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Redes de vivienda inalámbricas

@cmdearcos
Grupo TIECs

Cada día más dispositivos se conectan a las redes y por tanto cada vez cobra más importancia para los técnicos TIECs controlar el volumen de tráfico que se genera, explotar y gestionar adecuadamente la información producida por dichos dispositivos y minimizar el consumo energético en todo el proceso.

Un amigo me preguntaba esta semana ¿Qué tecnología inalámbrica es la que menos consume para conectar dispositivos en una red en casa?. Tenía la respuesta, pero no quise dársela porque la respuesta puede provocar más confusión y en ese momento le conteste depende y prometí contestarle a través del blog. Aquí va mi respuesta.

El problema a resolver en una red HAN (Home Area Network) no es solo que la electrónica de red consuma lo menos posible. Es importante tener en cuenta para elegir una tecnología o sistema para nuestra HAN los siguientes parámetros:

  • Usability del interface de usuario.
  • Variedad del tipo de dispositivos que tiene dicha tecnología.
  • Velocidad de transmisión.
  • Ancho de banda de transmisión.
  • Si el sistema es abierto o cerrado. Posibilidad de integración con otros dispositivos.
  • Etc.

Además del consumo energético, por supuesto.

Estas redes HAN se conectarán en un futuro (una vez que tengamos las infraestructuras necesarias) a las Smart Grid para que los datos obtenido de los dispositivos sirvan para mejorar, especialmente, los procesos de generación de energía y reducir al máximo las ineficiencias existentes entre generación y demanda. A continuación os dejo un gráfico sacada de este documento de AHAM (Association of Home Appliance Manufacturers) donde podéis observar cómo sería el esquema global de una arquitectura de smart grid.

Esquema Smart Grid

Estamos asistiendo a un desarrollo muy importante de los protocolos inalámbricos. La elección del protocolo no dependo solo del consumo energético de su electrónica de red como hablábamos anteriormente, siendo un parámetro fundamental el tema del tráfico. Estudios sobre consumo energético de los protocolo hay muchos, suscitando un debate muy importante cada vez que ve la luz uno de ellos. En 2010 salió publicado un informe de General Electric que comparaba la eficiencia energética el protocolo Zigbee con WIFI (dos de los protocolos más populares). Sobre este informe suscribo lo dicho en el siguiente blog.

El informe indica que protocolo consume menos, según las pruebas realizadas. A continuación os dejo unos gráficos comparativos sobre los consumos:

Consumo

Los mismos conceptos que aplicamos a los dispositivos que se conectan en una casa son aplicables a los dispositivos usados en oficinas, comunidades de vecinos, industrias, ayuntamientos, etc., pero al ser diferentes los problemas a resolver pueden ser diferentes las soluciones a adoptar.

Durante dos años he trabajado en el proyecto ADILUX  junto con la empresa SCHREDER – SOCELEC, SICE y demás miembros del equipo de trabajo. El objetivo de este proyecto subvenido por el Ministerio de Industria dentro de los proyecto AVANZA I+D+i, es desarrollar los protocolos necesarios para gestionar las luminarias de las carreteras para en función del tráfico existente regular la luz de las luminarias consiguiendo el máximo ahorro posible, sin sacrificar la seguridad.

Para conseguir este objetivo SCHEREDER – SOCELEC puso a disposición del proyecto su productos OWLET para la telegestión de luminarias de alumbrado exterior, cuyo protocolo de comunidaciones es Zigbee.

Zigbee es un protocolo que se adecua perfectamente a las necesidades de las comunicaciones de datos necesarias para telegestionar las luminarias. Utilizar en este caso WIFI sería matar moscas a cañonazos. Aquí os dejo, para los que no conocéis mucho el protocolo Zigbee la pila del mismo.

pila protocolo

Pero no solo se utilizan los protocolos Zigbee y WIFI, ya que existen muchos mas protocolos. Actualmente se está produciendo una revolución tecnológico en el sector de las lecturas de los contadores de agua, menos conocida por el gran público que la telelectura de los contadores eléctricos. Esta revolución consiste en la lectura automática de los contadores vía radio, pero como todos os podeis imaginar la electricidad y el agua no se llevan bien y esto unido a una clara apuesta del sector por la eficiencia energética ha hecho que se creen algoritmos que permitan un consumo mínimo y la incorporación de baterías en los sistemas radio capaces de durar hasta 10 años (minimizando el mantenimiento del sistema) y evitando la conexión directa de los sistemas radio a la red eléctrica. Aquí teneís información sobre estos sistemas que comercializa la empresa ISTA.

Hay números ejemplos más.

La elección adecuada del protocolo de comunicaciones es un parámetro importante a la hora de evaluar por un técnico TIECs a la hora de plantear una solución para un cliente. Pero es importante tener en cuenta que no es imprescindible que el protocolo de comunicaciones sea inalámbrico, ya que en muchos casos la mejor opción es un protocolo que vaya por cable.

Por último os quiero dejar un par de documentos que me parecen interesantes para ampliar información. El primero de ellos es un documento del IEEE de diciembre de 2012 sobre sistemas de gestión energética en viviendas.

El segundo es un documento del U.S. Departement of Energy que habla sobre las HAN y las SmartGrid.

Espero que haya contestado a la respuesta de mi amigo, aunque conociéndole creo que no …

Energy Efficient Ethernet

@cmdearcos
Grupo TIECs

Aproximadamente el 2% de las emisiones de CO2 mundiales son debidas a las redes de telecomunicaciones, estimándose que aproximadamente la mitad de esas producciones las generan equipos que están en estado inactivo (en otra entrada ya hable de los consumos fantasmas provocados por standby).

¿Cuántas redes locales existen?. No tengo un número oficial para dar, pero si tenemos en cuenta que cada ADSL es una LAN, el número de redes locales existentes es muy elevado. El protocolo IEEE 802.3az es una posible solución para minimizar el consumo energético y en paralelo las emisiones de CO2 emitidas por dichas redes.

El protocolo IEEE 802.3az, también es conocido como Energy Efficient Ethernet, define una serie de estados transparentes para el resto de protocolos de la capa de comunicaciones que gestiona en función del tráfico para conseguir ahorros en los equipos. Los estados que define el protocolo son los siguientes:

  • Active: Es el estado en que se transmiten datos de la forma habitual, es decir, en el que una trama Ethernet está siendo transmitida por el enlace.
  • Sleep: Es estado en que se permanece durante el tiempo que el puerto necesita para pasar de Active a Low Power Idle, cuando no tiene más datos listos para transmitir.
  • Low Power Idle: Es el estado en que se permanece durante tiempo en que el puerto no está siendo utilizado y entra en un estado de consumo eléctrico reducido, y por tanto es el estado en que se obtiene el ahorro de energía. En los primeros estudios este porcentaje de consumo se estimó en torno al 10%, aunque posteriormente resultados medidos en las primeras tarjetas Ethernet EEE disponibles en el mercado dieron porcentajes de consumo del 30% para 1000BASE-T y del 70% para 100BASE-TX.
  • Refresh: Para mantener la sincronía entre emisor y receptor, periódicamente (a intervalos tq) se envía una señalización Refresh para mantener el alineamiento entre transmisor y receptor. Refresh es el estado en que se permanece el tiempo que se tarda en transmitir esa señalización.
  • Wake: Es el estado en que se permanece el tiempo que el puerto tarda en pasar del modo LPI al modo Active cuando llega una trama nueva a transmitir.

Si el puerto emisor se encuentra en el estado activo, continúa enviando tramas hasta no tener ninguna pendiente en la cola de transmisión. Una vez transmitida la última trama de la cola tarda un tiempo ts en pasar al estado de bajo consumo LPI (estado de ahorro). Transcurrido un tiempo tq sin que haya llegado una trama para transmitir entra en el estado Refresh durante un periodo de tiempo tr, tras el que vuelve de nuevo a LPI. Con la llegada de una nueva trama para trasmitir el puerto pasa al estado Wake y tarda un tiempo tw en pasar de nuevo al estado activo y empezar la transmisión de la trama.

La pila de protocolos con la incorporación del EEE quedaría de la siguiente forma.

A continuación os dejo una tabla con los tiempos de espera que se suelen utilizar en este protocolo.

Gracias a este protocolo y teniendo en cuenta el bajo tráfico, en general, de las redes de área local se pueden conseguir fácilmente ahorros cercanos al 50%. Con la tecnología actual se aconseja apagar los routers ADSL para reducir el consumo energético de las viviendas cuando no hay ningún usuario conectado. Con este protocolo el consumo es tan reducido cuando no hay tramas transmitiéndose que apagar el router no produce un ahorro representativo.

Siempre que sea posible, os aconsejo que instaléis equipos de red que soporte el protocolo IEEE 802.3az

@cmdearcos
Grupo TIECs