C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
1
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
2
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
C IUDA DADE DES S INTELIGENTES Infrraestruc Inf ucttur ura a Dig Digit ita al v.1.0
3
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
C ONTENIDO ................................................... ........................................... ................. 3 C IUDADES INTELIG NTELIGENT ENTES ES.........................
INFRAEST NFRAESTRUC RUC TURA URA DIGITAL V.1.0C .1.0 C ONTENIDO .................................... 3 ........................................................................... ............................ ... 5 LISTA DE FIG FIGUR URAS..................................................
1. INTRODUC DUC C IÓ IÓN N ......................... .................................................. .................................................. ......................... 8 2. DEF DEFINICIO INIC IONES NES ....................................................................... ............................................................................ ..... 10 2.1
C IUDADES IUDADES INTEL INTELIG IGENT ENTES ES: .......................................... ................................................................ ............................................ ................................ .......... 10
2.2
STAKEHOLDERS ......................................... ............................................................... ............................................ ............................................ ......................... ... 11
3. POLÍTICA IC AS PARA LA LA PLANIFIC NIFICA AC IÓ IÓN N DE CIUD CIUDA ADES DES INTELIGENT IGENTES..... 13 4. ENFO ENFOQUE DE LAS C IUDADES IUDADES INT INTELIGENT IG ENTES .............................. ..................................... ....... 16 5. ARQUITECT ECTURA DIGIT DIG ITAL PA PARA C IUDADES INTELIGENT IG ENTES................... 21 6. DES DESC RIPCIÓ IPCIÓN N DE TECNO ECNOL LOGÍAS ÍAS TIC PARA C IUDA IUDADES DES INTELIGENT IG ENTES. 26 6.1
TE TEC NOLOG ÍAS IDE IDENTIF NTIFIC ICADAS ADAS PARA LA LA C APA DE DET DETEC C IÓN ....................................... ....................................... 26
6.2
TE TEC NOLOG ÍAS IDE IDENTIF NTIFIC ICADAS ADAS PARA LA LA C APA DE RED.......................................... .................................................... .......... 45
6.3
TE TEC NOLOG ÍAS IDE IDENTIF NTIFIC ICADAS ADAS PARA LA LA C APA DE DATOS DATOS Y SO SO PORTE PORTE .............................. ............................. 58
7. INDICA INDIC ADOR DORES C LAVE DE DES DESEMPEÑO EMPEÑO (KPI) PA PARA C IUDA IUDADES DES ................................................... .................................................... .......................... 65 INT INTELIG ELIGENT ENTES ......................... ..................... 70 8. SERV ERVICIO IC IOS S PAR PARA C IUDADES IUDADES INT INTELIGENT IG ENTES EN EL PER PERÚ .....................
8.1
C ENTRO NTRO DE OPERAC OPERAC IÓN INTE INTEG RADO (C O I) .......................................... ................................................................ ......................... ... 70
8.2
SERVICIO DE MONITOREO POR VIDEO (CCTV) .......................................... ............................................................... ..................... 72
8.3
SERVIC ERVIC IO DE MO NITO NITO REO REO DE EM EM ERG ERG ENCIA ENC IA Y RES RESPUEST PUESTA ................................................ ............................................... 74
8.4
SERVICIO DE GESTIÓN DE TRÁFICO Y PARQUEO ......................................... .............................................................. ..................... 76
8.5
DOMÓTICA .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ ......................... ... 79
9. C ONCLUSIONES ...................................... .............................................................. ................................... .......... 83 10. BIBLIOGRAFÍA ........................................................... ......................................................................... .............. 85 11. ANEXO DE NORMAS TÉCNICAS PARA EDIFICACIONES................. 86
4
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
LISTA DE FI FIGURAS Figura 1: Stakeholders ..................................................................................................................... 12 Figura Figura 2: Es Estra tra tegias teg ias p a ra imp imp lementar lementa r C iudad iuda d es Inteli Intelig g entes.......................................... 14 ................................................ 15 Figura gura 3: Mar Ma rc o de d e referencia referencia pa ra C iuda iuda des de s Inteli Intelige gentes ntes ................................................
Figura gura 4: Centr C entro o de d e Ope O perrac iones Integ Integrra do ........................................................................... 21 Figura gura 5: Arquitec Arquitectur tura a Digital Digital de una C iuda iuda d Intel Inteligente igente – Pers Perspec pe c tiva tiva Multic Multic a pa TIC ............................................................................................................................................................... .............................................................................................................................................................. 22
Figura gura 6: Identifica Identificacc ión de c a pa s digitales de una C iuda iudad d Inteli Intelige gent nte e.......................... 23 .................................................................................... 24 Fig Fig ura ura 7: Infra Infra estr estructur uc tura a físic física a exis existente ..................................................................................... .......... 25 Figura gura 8: Núcleo Ó ptic ptic o y Tec Tec nologías de Ac c eso eso par pa ra C iudade uda dess Intel Inteligent igentes es .......... .................................................................................................. 28 Figura Figura 9: Sensor Sensores es y Ac tuado tuad o res ..................................................................................................
Figura gura 10: Sensores ensores pa ra rec olec c ión de d e da d a tos medioamb med ioambient ienta a les ................................ 29 ......................................................................... 30 Figura 11: Sensores para redes de seguridad ..........................................................................
Figura 12: Sensores de tracking par pa ra segui eg uimi miento ento de d e vehícul vehíc ulos os ....................................... 31 Figura gura 13: 13: Es Estánda tánd a res de c omunic omunic a c ión inalámb inalámbrrica p ara C iuda iuda des de s Inteli Intelige gentes ntes..... 33 .......................................................................................................... 34 Fig Fig ura ura 14: 14: Ca C a pa s d e ZigBee igBee ..........................................................................................................
Figura 15: Bandas para WiFi IEEE 802.11ah ............................................................................... 35 ....................................................................................................... 37 Fig Fig ura ura 16: 16: Ele Elementos mento s de RFID RFID ........................................................................................................
Fig Fig ura ura 17: 17: Comp C ompone onentes ntes d e los sis sistema temass C C TV ...................................................................... 39 ........................................................................................... 40 Fig Fig ura ura 18: 18: Dise Diseño d e sistema istemass C C TV ...........................................................................................
Figura gura 19: 19: Soluc Solución ión de vid vid eo vigil vigila a nci nc ia par pa ra munic munic ipa lid lid a des de s ......................................... 42 Figura 20: Monitoreo de redes eléctricas, agua, hidrocarburos mediante sistemas ................................................................................................................................................ .... 45 SCADA ............................................................................................................................................. .................................................................................................... 46 Fig Fig ura ura 21: 21: Tipo Tiposs de fibra fibra óp tic tic a .................................................................................................... .......................................................................... ............... 46 Fig Fig ura ura 22: 22: Fibras Fibras p a ra redes ed es Metr Me tro o y Ac c eso ........................................................... ............................................................................. 47 Fig Fig ura ura 23: 23: So So lucione luc ioness FFT FFTx so so b re rede ed es PON PO N ............................................................................. ......................................................................................... 48 Fig Fig ura ura 24: 24: Seg Segmentos mentos de redes ed es PON PO N .......................................................................................... .................................................................................................................. ................................................ 49 Fig Fig ura 25: So So lució luc ión n FTT FTTB.................................................................. ................................................................................................................. 50 Fig Fig ura 26: So So lució luc ión n FTT FTTA .................................................................................................................. .................................................................................................................. 51 Fig Fig ura 27: So So lució luc ión n FTT FTTH .................................................................................................................. ........................................................................................................ 53 Fig Fig ura ura 28: 28: Tipo Tiposs de Small ma ll C ell ........................................................................................................
5
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes .................................................................. ......... 54 Figura 29: Comparativo Macro Cell vs Small Cell .........................................................
Figura gura 30: Ba ndas nda s de frec frec uencia uenc ia ex e xper pe rimentales imentales p a ra tecnolog tec nología ía 5G .......................... 56 ......................................................... 57 Figura gura 31: Tec nología 5G pa ra C iud iud a des de s Inteli Intelige gentes ntes .......................................................... .......................................................................................... 57 Fig Fig ura ura 32: 32: Funciona Func ionalilid d a d es LTE y 5G 5G ...........................................................................................
Figura gura 33: Repr ep resentac esentac ión de la defin d efinición ición de d e C loud C omput omp utin ing g ................................... 62 ............................................................................................ 65 Figure 34: Modelo de virtualización ............................................................................................
Figure gure 35: 35: Dimens Dimensiones iones de eval eva luac ión de d e KPI KPI pa ra c iuda iudad d es intel inteliigentes ge ntes .................... 66 Figura 36: Diagrama comparativo de COI .............................................................................. 70 Figura 37: Centro de Operaciones Integrado (COI) ............................................................. 71 ........................................................................................................ ......... 72 Figura 38: Funciones del COI ...............................................................................................
Figura gura 39: Dia Dia grama c onc eptual ep tual del ser servi vicc io de d e moni mo nitor toreo eo por po r vide video o .......................... 73 Figura gura 40: Dia Dia grama c onc eptual ep tual del ser servi vicc io de monitoreo monitoreo de d e emer e merge genc nciia y ............................................................................................................................................ 74 respuesta ............................................................................................................................................ Figura Figura 41: Esc enar ena rio de d e servi servicc io del d el monitoreo monitoreo d e emergenc e mergenc ia y res resp p uesta uesta ................ 75 Figura gura 42: Dia Dia gra gra ma c onc eptual ep tual del ser servi vicc io de d e c ontrol ontrol de señales eña les de trá trá fic fic o en en ........................................................................................................................................ ......... 77 tiemp tiempo o rea reall ................................................................................................................................ Figure gure 43: 43: Diag Diagrra ma c onc eptual ep tual del ser servi vicc io de d e ges g esti tión ón de d e incidentes inc identes ........................ 77 Figura gura 44: Dia Dia grama c onc eptual ep tual del de l ser servi vicc io de d e informac informac ión del de l tr transpo ansporrte públi p úblicc o78 Figure gure 45: 45: Es Esc enar ena rio c onc eptual ep tual del ser servi vicc io de d e ges g esti tión ón de d e tráfic tráfico o y par pa rq ueo ........... 78 .................................................................................................. 79 Figura Figura 46: 46: Elementos Elementos domótic do móticos os ..................................................................................................
6
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
LISTA DE TABLAS Ta Ta bla 1: 1: Elementos ementos de la red red de d e sens sensor ores es inalámbri nalámbric a ........................................................ 27 ...................................................................... 28 Ta Ta bla 2: 2: C ampo amp o de apli a plicc ac ión de los los sensor ensores es ...................................................................... ......................................... 32 Ta Ta bla 3: 3: Tipos de sens sensor ores es bás bá sic os par pa ra C iudad es Intel Inteliigent ge ntes es ......................................... .................................................................................. 35 Ta Ta bla 4: 4: C lases ases de di d ispos po sitivos tivos Bluetooth ..................................................................................
Ta Ta bla 5: 5: Vers Versiones de di d ispos po siti itivos Bluetooth ............................................................................ 35 Ta Ta bla 6: 6: Desc Desc ripc ión de los elementos elementos de RFI RFID ...................................................................... 37 Ta Ta bla 7: 7: Apl Ap lic ac iones de la tec tec nología RF RFID según eg ún la frec frec uencia de trab trabajo ajo.............. 38 ......................................................................................................... ......................................... 44 Ta Ta bla 8: 8: Subsi ubsistemas SC ADA ................................................................
Ta Ta bla 9: 9: Dis Distanci tanc ia s típica típica s de uso uso en fifibras bras mul multimodo timodo ........................................................ 47 Ta Ta bla 10 10: Tipos po s de fibr fibra a ópti óp ticc a en función función a su su lugar uga r de ins instalac talac ión ............................... 51 ........................................................................................ 55 Ta Ta bla 11 11: Mejor Me joras as del de l estánda estándarr LTE-A ......................................................................................... ...................................................... 59 Ta Ta bla 12 12: Resum esumen en de la la c lasi asific fic ac ión de Data Center C enter ....................................................... .............................................................. 60 Ta Ta bla 13 13: Tipos po s de edi ed ific fic ac iones par pa ra Data Center C enter .............................................................. .................................. 62 Ta Ta bla 14 14: Mode Mo dellos de pr p rovis ovisión de ser servi vicc ios de C loud Comput Co mputin ing g ..................................
Ta Ta bla 15 15: Mode Mo dellos de implement implementac ac ión de Cl C loud C omputing omputing .......................................... 63 ................................................................... 66 Ta Ta bla 16 16: Dimens Dimensiiones y Sub-dimens ub-dimensiones iones de KPI KPI ...................................................................
Ta Ta bla 17 17: Detall Detalle de KPI KPI par pa ra C iudade uda dess Intel Inteliigentes ............................................................ 67 Ta Ta bla 18 18: Defini Definicc ión de ser servi vicc ios de trá trá fic fic o y ges ge stión tión de par pa rqueo ................................... 76 Ta Ta bla 19 19: Resum esumen en de estánda estándarres par pa ra domót do mótiic a ............................................................... 80
7
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
1. INTRODUCCIÓN De acuerdo a lo indicado en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Desa Desa rro llo llo Sost Sostenible, enible, celeb c elebrra da en Río Río de d e J a neiro neiro en e n 201 2012, 2, “ l a m i t a d d e l a h u m a n id id a d v iv iv e e n c iu d a d e s y la la p o b la c ió n u rb rb a n a h a a u m e n t a d o d e sd sd e lo s 7 5 0 m illon es de p erson erson a s ha sta los 3,6 3,600 00 mill millon es en el 2011. 2011. Se Se e stim tim a q ue ha c ia el 2030 2030 c a si un 60% d e la p o b la c ión m und ia l re sid irá irá e n zon zon a s urb urb a na s. Es Este no ta b le c rec im ien to c o nll nlle va rá a q ue , en los p róxi óxim o s a ñ o s, la la s c iud a d es d e to d o e l m und o deban estar preparadas para prestar servicios, fundamentalmente no a d m inis nistra tra tivo tivo s, de m a ne ra soste oste nib nib le” (Plan Nacional de Ciudades Inteligentes,
Agenda Digital para España, 2015, p.02).
En ese sentido, atender a las necesidades de agua potable, transporte, energía o a ire ire limpio limpio c onsti onstitu tuiirá un reto reto de extr extra a ordinaria ordinaria magnit ma gnitud ud y una opo o porrtuni tunid a d par pa ra la industria. Así por ejemplo, teniendo una visión prospectiva, “la “la c on struc truc c ión de Ciuda d es Intelig ntelig ente s c onsti onstituye tuye un sec sec tor em erge nte e n el ma rc o d e los ob jetivos (Documento BOE-A-2015-8703, d e so so sten ib ilid a d d e la Unión Unión Europ Europ ea p a ra e l 2020 2020” ” (Documento
Agencia Estatal Boletín Oficial del Estado, Ministerio de Industria, Energía y Turismo, G o b ierno ierno d e Esp a ña, ña , 2015 2015,, p.6 p .671 7119 19). ).
“ Un Un n úm úm e r o si sig n i fific a t iv iv o d e c iu d a d e s d e t o d o e l m u n d o h a id o a d o p t a n d o la la s nue va s te c no log í a s p a ra rea liza r una g esti estión ón m ás e fic fic ien te e n la p resta esta c ión d e sus servicios públicos, la redefinición de los mismos o el replanteamiento de las relac ione s c on c iud a d a nos, nos, turi turista s, em p resa esa s y p rove ed ores” ores” (Plan Nacional de
Ciudades Inteligentes, Agenda Digital para España, 2015, p.02).
Del mismo modo, los organismos internacionales como la UIT, GSMA y empresas líderes globales como IBM, Siemens y Cisco, que tienen su propio camino para definir el concepto de "Ciudad Inteligente", vienen haciendo un gran esfuerzo para mejorar las ciudades diseñando soluciones inteligentes utilizando tecnología de últi última ma gener ge nera a c ión. Es importante destacar las experiencias internacionales sobre el desarrollo de ciudades inteligentes, así por ejemplo, la República de Corea ha desarrollado el concepto de U-City como una ciudad del futuro de alta tecnología, donde las infraestructuras TIC, las tecnologías convergentes y servicios, son integrados en la vivi viviend enda a , la la ec onomí ono mía, a, el e l tr tra nspo nsporrte y otros otros sec sec tores tores que a tiend tienden en a las nec esida esidade dess de la población utilizando tecnología de última generación optimizando el uso energé energéttico en ar a rmonía monía c on el e l med mediio ambiente. ambiente. “La “La c iud a d d e Seúl eúl-Corea tenía una a lta c on c en tra tra c ión d e p ob la c ión e ind ustr ustriia s, p e r o lu lu e g o d e la l a c re a c ió n d e l p r o y e c t o UU -C i t y se c re a ro n c in c o n u e v a s c iu d a d e s alrededor de Seúl metropolitana (fase 1) ayudando e ntre otras cosas a la descentralización. En la fase 2 se construyeron las ciudades inteligentes Paju- Unjeo ng C ity y Hwa seo ng -Dong ta n C ity (en tre tre 2008 2008 al 201 2012) 2).. En En la d é c a d a d e los nov enta , el a ug e d e la ind ustr ustriia d e la c on struc truc c ión y la la s tec nolog í a s d e la info rm a c ión (IT (IT) oc a sionó el surgimiento surgimiento d e la e c o no m í a b a sa d a en e l c o no c im ien to, y la la inve rsión c o ntinua ntinua e n la la ind ustr ustriia d e Tec Tec no log í a s d e la (KISDI, Per Pe rú-Korea In f o rm rm a c ió n (I ( IT) , g e n e r a n d o l a p ro sp sp e rid a d e c o n ó m ic a d e C o re r e a ” (KISDI,
Wor Wo rksho kshop p o n Smart City C ity,, 2014). 2014).
8
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
“Desd “Desd e el año 2000 2000 ha sta la fec ha , el nue vo m oto r d e c rec im iento d e la Rep úb lic a d e C o re r e a h a si sid o la la c o n st st ru ru c c ió n d e n u e v a s c iu d a d e s t e n ie ie n d o e n c u e n t a e l c on c ep to d e U-City, -City, de sa rrolla olla nd o m ejores ejores solucione s a tra tra vé s d e la c on verge nc ia d e la ind ustr ustriia d e la c o nstr nstruc uc c ión y la s tec no log í a s d e la inform a c ión (IT (IT). El El pa p el d el go b ierno c orea no ha sid o funda m enta l p a ra el de sa rrollo ollo d e la s U-C ity, a síen el añ o 2006, 2006, el Ministe Ministe rio d e C o nstruc nstruc c ión y Tra nsp nsp o rte (M O C T) y e l Minis Ministe rio d e Informa c ión y C om unic unic a c ione s (MIC (MIC ) de d ic ho p a í s, fifirm a ron un m em oránd um d e ente nd im iento p a ra la a p lic a c ión d e U-C ity y se se d esa esa rrolló olló la la p olí tic tic a na c iona l y estrategias para la convergencia, promulgando las l eyes que definieron las func ione s d e los los orga nis nism os gu b ernam enta les relac iona d os p a ra la c onstr onstruc uc c ión de c iud a d es inteli inteligg ente s” (KISDI, (KISDI, Perú-Korea Wor Wo rksho kshop p on Smart City C ity,, 2014 2014). ).
Bajo ese marco, el presente documento intenta ser un insumo para el diseño de políticas orientadas al desarrollo de ciudades inteligentes, identificando las TICs que permitan dotar de inteligencia a las ciudades a través del uso intensivo de tecnologías avanzadas y la creación de nuevos servicios que se centren en solucionar oluc ionar los problemas problema s a gudos gud os que a quej que jan a los c iuda iuda da nos. nos.
9
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
2. DE DEF FINIC INICIO IONE NES S IUDADES INT INTELIG ELIGENT ENTES 2.1 C IUDADES El concepto de ciudad inteligente lleva implicita la asunción de una visión especifica del desarrollo urbano moderno. Reconoce la importancia del uso de las tecnologías de información y comunicación (TIC) como motores de la competitividad económica, sostenibilidad ambiental y habitabilidad general. Mediante el aprovechamiento de las TIC como elemento central de su desarrollo, las ciudades inteligentes del futuro fomentarán el crecimiento económico, mejorando el estilo de vida de los ciudadanos, creando oportunidades para el d esarr esarrollo urb urb a no y so so p o rtando tand o las la s inic inic iativas ec o-sostenibles o-sostenibles.. La aparición de Ciudades inteligentes en el mundo ha ido acompañado de una gran cantidad de definiciones y terminologías relacionadas con la inteligencia, la sostenibilidad y la innovación en los entornos urbanos. Reconociendo la necesidad de una definición estandarizada de una Ciudad Inteligente, la UIT1 la definió de la siguiente manera: ma nera: "Un a C i u d a d In t e lilig e n t e y So So st st e n ib ib le e s u n a c iu d a d in n o v a d o ra r a q u e a p r o v e c h a la s Te c no lo g í a s d e la Info rm a c ión y la la C o m unica c ión (TI (TIC ) y otros m ed io s p a ra m ejora r la c a lid a d d e vida , la efic efic ienc ia d el func func ion a m iento y los los servic ervic ios urb urb a no s y la la c o m p e t itit iv iv id id a d , a l titie m p o q u e se se a se g u ra ra d e q u e re re sp sp o n d e a la s n e c e si sid a d e s d e la s g ene ra c ione s p resente esente y futura futura s en lo q ue resp resp ec ta a los a sp ec tos ec onóm ic os, os, so c ia les y m e d io a m b ie nta le s".
El concepto de una ciudad inteligente varía notablemente en las distintas regiones. Así Así por po r ejemplo, las pers perspec pe c tivas tivas de una c iuda iudad d inteli intelige gente nte en Amér A mériic a La tina tina están están fuertemente enfocadas en la mejora de la seguridad, la gestión de los gobiernos loca loc a les y la la movili movilida da d , mientr mientra a s que los enfoques enfoq ues europ europeo eoss a menudo se c entra entra n en la mejora de los servicios públicos eficientes con el fin de fortalecer el bienestar de los ciudadanos. En ese sentido, es importante reconocer que las estrategias para que una ciudad inteligente tenga éxito con el tiempo, necesitan estar bien articuladas y alineadas con los enfoques existentes de planificación urbana, a fin de garantizar que las tecnologías inteligentes, infraestructuras y servicios de la ciudad, respondan a una visión holística de la ciudad. Comprender el sistema urbano, sus metas, su operación, sus brechas y oportunidades, es un paso necesario que debe preceder, y servir como base para la implementación de las estrategias para una ciudad inteligente.
1
http:/ http://w /www.itu. ww.itu.int int// es/ITU-T es/ITU-T/ foc usgroups/ss usgroups/sscc /Pa ges/defa ges/d efault ult.aspx .aspx
10
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
2.2 STAKEHOLDER KEHOLDERS S Los “Stakeholders” son los principales actores interesados e involucrados en la construcción de Ciudades Inteligentes. La clasificación de stakeholders es diversa, en particular, distinguiendo entre instituciones públicas y privadas, entidades locales y supraloc supralocales ales,, así c omo entida entida des de s c omerciales y no c omer ome rc iales. ales. De acuerdo al documento denominado “Technical Report on Stakeholder for Smart Sustainable Cities”, elaborado por el WG4 FG SSC-0113 de la UIT, dentro de los principales actores que participan en las estrategias de una ciudad inteligente tenemos:
Municipalidades y administradores de la ciudad: “Son “Son resp esp on sa b les de la g esti estión ón de la ciudad y los principales promotores de las in iciativas de una ciudad inte lige nte . Sus Sus re sp o nsa nsa b ilid a d es m ás imp o rtan te s so n d e finir finir,, c o n u na visión visión holí stic tic a d e la c iud a d , un ca m ino a la rg o p la zo p a ra im p lem enta r solucione s esp esp ec í fic fic a s c on el fin fin d e a um enta r la la efic efic ienc ia , im im p uls ulsa r la la p a rtic tic ip a c ión d e la p o b la c ió n , in f o rm rm a n d o e i n c lu l u y e n d o a lo s c iu d a d a n o s e n l o s p ro y e c t o s d e hnic a l Re Re p o rt on o n Sta Stakeho keholde lderrs for fo r SSC , 2014 2014,, c iud a d es inteli inteligg ente s” (UIT, FG SSC Te c hnica
p.22).
Gobiernos nacionales y regionales: “ Pa Pa ra im p u ls lsa r e l c a m b io a u n a c iu d a d inteligente, los gobiernos nacionales deben definir el marco normativo que p e r m itit a la im p le m e n t a c ió n d e so lu l u c io n e s y a p lic a c io n e s q u e c a ra c t e ririza n a la s c iud a d es intelig ntelig ente s. Los Los g ob iernos reg iona les tien tien en el p a p el interme interme d io d e a rt ic ic u la la c ió n d e p ro y e c t o s e sp sp e c if ic ic o s a im p l e m e n t a r se se e n m ás d e u n a c iu d a d d e (UIT, FG SSC Te c hnica hnic a l Re Re p o rt on on Sta Sta keholde keho lderrs for for SS SSC , 2014 2014,, una m ism a reg ión” (UIT
p.27).
Compañías de servicios de la ciudad y proveedores de servicios públicos: “Son los enc a rg a d os d e a d q uir uirir e imp lem en tar la la tec nolog í a vertic vertic a l nec esa esa ria , relacionada con sus servicios, de una manera adaptable a plataformas t ra ra n sv sv e rs rsa le s d e la c iu d a d . Ex Exist e l a n e c e si sid a d d e q u e a p re n d a n a t ra ra b a ja r c o n m o d e lo l o s d e n e g o c io s b a sa d o e n in in d i c a d o re r e s KPI, t ra ra b a j a n d o e n c o n ju ju n t o c o n e l (UIT, FG SSC m unic unic ip io c on e l fin fin d e a um enta r la efic efic ienc ia d e sus sus solucione s” (UIT,
Tec Tec hnic hnic al Repor ep ortt on Stak Stakeholder eholderss for SSC , 2014, p.29 p.29).
Compañias TIC (operadores de telecomunicaciones, compañias de software): esa s TIC “ La s em p resa
d eb en p rop orciona r solucione solucione s tec nológic nológic a s glob a les y e stánd a re s c o n e l fin fin d e so p orta r e integ ra r lo s d iferente s se rvic vic ios d e la c iud a d . La s em p resa esa s TIC son los lla m a d os a d esa esa rrolla olla r mo d elos d e neg oc io p a ra la (UIT, FG so ste nib nib ilid a d d e la p resta esta c ión d e servi servicc ios p a ra la s c iud a d e s inte lig e nte s” (UIT,
SSC Technical Report on Stakeholders for SSC, 2014, p.30).
Organizaciones No Gubernamentales (NGOs):
a “ Tiene n lla
función d e c rea r c o n c ie n c ia so b re la s p r e o c u p a c io n e s d e la p o b l a c i ón ón , a se se g u ra ra n d o q u e t o d a la (UIT, FG SSC soc ied a d se si sien ta inc luí d a en el mo d elo d e c iud a d intelig ntelig ente ” (UIT,
Tec Tec hnic hnic al Repor ep ortt on Stak Stakeholder eholderss for SSC , 2014, p.32 p.32).
Organismos Multilaterales:
S on Son “
promotores de iniciativas de ciudades intelig ntelig ente s. Pued Pued en p rop orciona r fond fond os y tam b ié n p ued en p rop orciona r la la s b a ses d e d a tos y d oc um ento s d e a sistenc ia y c on oc im iento s té c nic nic os a los 11
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
a d m inis inistrad o re s d e la c iud a d y lo lo s re sp o nsa nsa b le s p o lí tic o s” (UIT, FG SSC Technical
Report Rep ort on o n Sta Sta keholde keho lderrs for for SS SSC , 2014 2014,, p.32 p .32). ).
Asociac Asoc iaciones iones Indust Industriales: “La “La s a soc ia c io ne s ind ustr ustriia le s a g rup a d a s en d iferente s se c t o re re s p u e d e n p ro m o v e r e l d e sp lie g u e d e c iu d a d e s in t e lilig e n t e s m e d ia n t e llaa adopción gradual de sistemas automatizados que perm itan optimizar sus p ro c e so so s e n t ie ie m p o y re re c u rs rso h u m a n o , b a sa d o e n e l u so so d e e q u ip ip a m i e n t o e l e c t ró r ó n ic ic o , ssee n so so re r e s y a c t u a d o re r e s q u e p e r m itit a n l a c o m u n ic ic a c ió n m a q u in in a - 2 m a q u iinn a ( M 2 M )” (UIT (UIT, FG SSC Tec hnica hnic a l Rep Repo o rt on o n Sta Stakeho keholde lderrs for SS SSC , 2014 2014,,
p.33).
La Academia y La Comunidad Científica: “Ba sa d o s e n la inve stiga c ión c ie ntífic fic a , la a p a ra c ión de nu e va s te c no log í a s p e rm itir itirá b rind a r nu e vo s se rvic rvic ios intelig intelig e nte s a los c iud a d a no s y será será la Ac a d em ia y la la C om unida d Cientí fic fic a los enc a rg a d os d e c om p a rtir tir c ono c im ien tos y fom fom en ta r el uso uso d e las nue va s tec nolgias a la s (UIT, FG SSC Tec hnica hnic a l Re Re p o rt on o n Sta Stakeho keholde lderrs for for SS SSC , 2014 2014,, nue va s soc ied a d es” es” (UIT
p.34).
El siguiente diagrama muestra las interrelaciones entre estos actores. Figura 1: Stakeholders
Fuente: Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC)
2
La comunicación M2M consiste en el intercambio automático de datos entre maquinas, equipos, modulos individuales y sistemas completos, sin ningún tipo de intervención humana
12
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Tod Todos os estos estos ac tores tores y otr otros ident de ntiific fic ables ab les,, actu ac tuarán arán y tendrá tendrá n int inter eres eses es vinculad vinculados os a la idea de C iuda des de s Intel Inteligentes igentes c on el e l fin fin de:
Mejorar la calidad de vida y el bienestar de los ciudadanos, lo que significa mejorar la calidad de la atención médica, el bienestar, la seguridad física y la educ ed uca a c ión, entr entre otr o tros os.. Asegurar un crecimiento económico sostenible para proporcionar un mejor nivel de vida vida y la la s opor op ortu tuni nida dade dess de empleo pa p a ra los c iudada uda danos nos.. Establecer e implementar un enfoque responsable y sostenible con el medio ambiente. Fortalecer la prevención y gestión de desastres naturales, incluyendo la c apac ap ac idad de reducir ed ucir los impac tos del cambio c ambio c limáti imáticc o. Proporcionar un mecanismo eficaz para el cumplimiento normativo y la gobe go berrnanza bien b ien equi eq uililibrad brada a , con c on polí p olíti ticc a s y proc proc esos esos estand estandari arizza dos do s.
ICA AS PARA 3. POLÍTIC
LA PLANIF NIFIC ICA AC IÓ IÓN N CIUDA DADES DES INTELIGENTES
DE DE
La planificación para la construcción de ciudades inteligentes es transversal en tanto involuc involuc ra la par pa rtic tic ipa c ión de d e d ifer iferentes entes Entida ntida des de s del de l Es Estado, tad o, por p or esta esta razón es necesario tener un Plan Maestro que defina lineamientos y procedimientos estand estanda a riza iza dos do s, con c on metas meta s estr estra a tégica tégic a s espe especc ífi ífic as que p romuevan omueva n la c onstr onstruc uccc ión planificada de ciudades, incorporando la tecnología de redes y TIC en su diseño, que permita ofrecer servicios inteligentes para beneficio de sus ciudadanos. Esta inic nic ia tiva debe de be ser lider lidera a da por po r el gobier go bierno no nac na c ional con c on el e l apoyo ap oyo d e los gobier go biernos nos regiona eg ionales les y lo lo c a les, les, así c omo p or la la s empr emp resas p riva iva d a s. Las políticas de planificación de ciudades inteligentes deben estar alineadas, entre otros, con los planes de desarrollo del país en lo que respecta al despliegue de redes ed es de banda ba nda anc ha y red redes es de ac c eso eso de últi última ma gener g enerac ac ión, ya ya que estas estas redes ed es forman el núcleo de la arquitectura digital que soportará los servicios que dotarán de inteligencia a las ciudades. Dentro de las políticas y estrategias que el Estado debe implementar para fomentar la construcción de Ciudades Inteligentes destacamos las siguientes: 1. Desarrollar un Plan Maestro de Ciudades. 2. Sensibilización de los stakeholders y de los ciudadanos sobre su neces nec esiida d e impo imporrtanci tanc ia . 3. Aclarar los roles y responsabilidades de cada organización pública en la promoción de proyectos de Ciudades Inteligentes. 4. Crear procedimientos y modelos estandarizados sobre Ciudades Inteligentes.
13
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
5. Emitir normativa relativa a la construcción y operación de Ciudades Inteligentes. 6. Desarrollar un estándar para el intercambio de información de los sistemas istemas de c omunic omunic ac ión de las C iuda des de s Intel Inteligentes igentes.. 7. Considerar tecnologías TIC avanzadas y sus tendencias de desarrollo en todas las fases de los proyectos de Ciudades Inteligentes. 8. Diseñar los conceptos de servicios ubicuos. 9. Asegurar los recursos públicos para el fomento del uso de las TIC con el objetivo de mejorar la penetración de la banda ancha con la cual se conseguirá un aumento en la eficiencia, capacidad y velocidad de las redes ed es de c omunic omunic ac iones. iones. 10. Desarr Desarrollar pro pro yectos yec tos p iloto ilotoss d e C iudad iuda d es Intelige Inteligentes ntes.. Figura 2: Estrategias para implementar Ciudades Inteligentes
Fuente: Consultoria KISDI - Korea
Por otro otro lado, lad o, las expe experriencias ienc ias c ompa omp a ra bles dirigi dirigida da s al dis d iseño eño e implementación implementac ión de de c iudade uda dess inteli nteligentes gentes han evi e vide denciad nciado o que no ex e xiste un enfoque únic únic o par pa ra hac er una ciudad inteligente y sostenible. Cada ciudad constituye un sistema único, donde los diferentes actores y organismos de la ciudad, llevando a cabo una serie de actividades, interactúan en múltiples escalas, utilizando diferentes plataformas e infra infra estruc truc tura tura s. Basándonos en referencias internacionales, como la indicada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) a través del grupo de trabajo sobre Smart Sustainable Cities (SSC), el marco de referencia presentado en la Figura 3 presenta presenta una visión visión gener ge neral al de d e los co mponentes mpo nentes c lave y las etapa etap a s imp imp lic a da s en el el proces proc eso o de d e c onst onstrucc ión de d e una c iudad uda d inteli nteligente. gente.
14
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes Figura 3: Marco de referencia para Ciudades Inteligentes
Fuente: Roadmap for Smart Sustainable Cities Implementation Focus oc us Group Smart martCity – UIT
El marco sugiere que el diseño e implementación de ciudades inteligentes es un proceso dinámico, considerando los siguientes elementos principales: a. La infr infra a estr estruc uctu turra TIC pa ra c iuda iuda des de s, que inc inc luye la implementac ión de redes ed es de sensores, redes de banda ancha (transporte y acceso), Data Center (virtualización, cloud computing), sistemas de seguridad de la información, desarrollo de aplicaciones para ofrecer servicios inteligentes a la ciudad como parte de una plataforma integrada y monitoreo de indicadores de des de sempeño empe ño c laves ave s (KPI). (KPI). b. Etapas complementarias interrelacionadas como parte de la planificación pa ra la c onstr onstruc uccc ión de las c iuda iudad d es, es, donde do nde se identi ide ntifi ficc a n a los stakeholders, takeholders, se definen las plataformas TIC, los servicios inteligentes, se definen los indicadores de desempeño claves, la seguridad de los datos y el posible impa impa c to de d e las la s ra diac iones one s no ioniz ioniza ntes. ntes.
15
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
4. ENF ENFO OQUE DE LAS C IUDA DADES DES INT NTEL ELIIGENTES “La “La s d iferente s c iud a d es tien tien en g eo g ra fí a s, p o b la c ion es y re re c urs ursos na tura tura le s ra d ic a lm e nte d istintos, tintos, a síc o m o p un to s d é b ile ile s singu lares. lares. Po Po r lo lo ta nto , la la visión visión d e una c iud a d intelig ntelig en te d eb e p ensa ensa rse a m ed id a d e las nec esi esid a d es, es, de sa fí os, os, op ortunid ortunid a d es y rec rec urs ursos p rop ios d e c a d a c iud a d . Una Una vez de fini finidd a la vis visión, la la s autoridades de la ciudad deben empezar por mejorar los sistemas operativos exis existente s, c om o los d e e lec tri tric id a d , a g ua , tra tra nsp nsp orte y g a s. La c om b ina c ión de hardware, software y dispositivos de medición inter conectados facilita la integ ra c ión y la la c olab orac ión e ntre ntre sistem a s y red red es. es. De e ste m od o, e s p osi osib le c rea r una m a sa c rí tic tic a d e d a tos relativos elativos a la infra nfra estr estruc uc tura tura d e un a c iud a d p a ra la m ejora ejora c ontinua d e los sistem a s. Log Log ra r tal integ integ ra c ión imp lic a g ra nd es m ejora ejora s en la s op erac ione s. La La m ejora ejora y c one xión d e los sistem a s p rop orciona un vo lum en nota b le d e inform inform a c ión q ue es p osi osib le a na liza r m ed ia nte si sistem a s d e softw softw a re inte lig en te. Es Ese a nálisis d e d a tos b rind a a la s c iud a d es la op o rtunida d d e d e sa rro lla r info rm a c ión úti útill q ue p o d rán e m p lea r p a ra p resta esta r servic ervic io s p úb ic o s d e m ejor c a lid a d , má máss eficiente s y efic a c es. es. De igua l m od o, se se d eb e log ra r la p a rtic tic ip a c ión d e las p rinc ip a les p a rtes interesa nteresa d a s e n e l p ro r o c e so so ( Es Est a d o , c iu d a d a n o s y e l se se c t o r p ri riv a d o ) , p a ra e n f re re n t a r d e m a n e ra ra c oo rd ina d a los ob stác ulos ulos ha c ia una vis visión hec ha rea lid a d . Ning Ning una em p resa esa ni orga niz niza c ión q ue a c túe túe en form form a ind ivid vid ua l p od rá c on strui truirr una c iud a d intelig ntelig ente ”
(Charbel Aoun, Schneider Electric, La piedra angular de la ciudad inteligente: la eficienc efic iencia ia urb urb a na, na , 201 2013, 3, p .06). .06).
En ese sentido, la propuesta de la empresa Schneider Electric 3 sobre los pasos a seguir para llegar a la ciudad inteligente plantea el siguiente enfoque orientado a los sistemas, el cual consta de cinco pasos:
PASO 1: VISIÓN Y PLAN “ El El c a m i n o h a c ia la c iu d a d in t e lilig e n t e e m p i e za za c o n e l e st st a b le c im ie n t o d e u n a vis visión. Es Esa vis visión d eb e p one r d e relieve elieve la s m eta s d e la c iud a d p a ra el la la rg o p la zo, d efini efiniend end o d ónd e d esea esea esta esta r la c iud a d en 5 a 10 a ñ os en lo q ue resp resp ec ta a eficiencia, sostenibilidad y competitividad. El siguiente paso es elaborar e im p le m e n t a r u n p la n p ra g m át ic ic o p a so a p a so o rie n t a d o a c re a r v a l o r e n e l la rg o p la zo . El El plan d eb e o c up a rse d e los pun to s d é b iles y o p o rtunida d es m ás inm ed ia tos c o n e l fin fin d e g e ne ra r e l im p uls ulso y la la c on fia fia nza nza c í vica en la vis visión e n su su to ta lid a d . El El p la n d eb e im p lem en tar una serie erie d e inic inic ia tiva tiva s en el c urs urso d e va rios a ñ os, os, ca d a una 4 d e las c ua les se c im en ta rá e n lo lo rea liza d o a nte riorm en te . Uno Uno d e los elem en tos
3
Enfoque de Ciudad Inteligente extraido del informe técnico “La piedra angular de la ciudad inteligente - la eficienc ia urbana ” elaborad elab orado o p or la empr emp resa Sc Sc hneider Elec Electr tric, ic, Enero 2013 2013.. http://w http:/ /www2.s ww2.scc hneider-electri hneider-electricc .co m/ m/do docc uments uments// supp upport/white-pa ort/white-pape perrs/ smartmart-cc it ities ies// 99 9988-11 1185 8546 469_s 9_smart-city mart-city-cornestone-urban-efficiency_CO.pdf 4 En el pasado, era típico que las empresas implementaran sus iniciativas de manera aislada. Cada organismo ponía en práctica sus propios planes, sin beneficiarse de las posibilidades de integración ni de gestionar de forma global las iniciativas. Como resultado, la mayoría de las implementaciones servía para mejorar los sistemas de una ciudad pero no aprovechaba las oportunidades de crear valor por medio de mejoras más integrales de la infraestructura urbana.
16
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
m ás im p ortante s a la hora d e d efini efinirr un p la n efic efic a z via via b le p a ra una c iud a d intelig ntelig ente es id ea r un p roc eso eso inc lusi usivo, d e c a rác ter c olab orativo. orativo. Un a c iu d a d in t e lilig e n t e n o se c re a p o r d e c re t o , re re q u ie ie re r e p a rt ic ic ip a c ió n , a p o rt rt e s e id e a s d e u n a a m p lia g a m a d e p a rt e s in t e re re sa sa d a s d e la c iu d a d . Sin d u d a , la la c on d uc c ión púb púb lic a es d ec isiva , pe ro la p a rtic tic ip a c ión d el sec sec tor priva priva d o y los c iud a d a nos es igu a lm en te imp ortante . Inc orpo ra r la s id ea s y el p en sa m ien to d e los ciudadanos permite identificar posibles problemas, al tiempo que garantiza el a p o yo y la p a rtic tic ip a c ión e n la la s inic nic ia tiva tiva s orie orie nta d a s a lo g ra r eficienc ia a tra tra vé s de su a p rop ia c ión. En los los c a sos q ue resul resulte te a d ec ua d o log ra r la p a rtic tic ip a c ión d e la c o m unid a d unive rsitaria itaria loc a l, é sta p e rm itir tirá o b te ne r a p o rtes, rtes, inve stig tig a c ione s e id ea s c rea tiva tiva s q ue servir ervirán d e a p oyo a los proyec tos d e c iud a d es intelige ntelige ntes. ntes. La La c iud a d nec esi esitarásoc ios q ue c olab oren e n la la d efini efinicc ión d e la vis visión y ga ra ntic ntic en el log ro d e o b jetivos en m a teria teria d e e fic fic ienc ia , ha b ita b ilid a d y sos sostenibil tenibiliid a d . Una vez e st st a b le c id o u n p l a n d e la r g o p la zo z o , la la c iu d a d p u e d e p o n e r e n m a r c h a su p la n p a so a p a so y b ene fic fic ia rse c on solucione solucione s inno va d oras im p lem en tad a s en a soc ia c ión c on em p resa esa s p a ra op tim tim iza r la la infra nfra estr estruc uc tura tura d e la c iud a d y vo lverla verla m ás eficiente” (Charbel Aoun, Schneider Electric, La piedra angular de la ciudad
inteligente inteligente:: la la eficienc efic iencia ia urbana urba na,, 201 2013, 3, p .08) .08)..
PASO 2: INCORPORACIÓN ADEC UADA
DE
LA
TECNOLOGÍA
“ C u a n d o se se e la b o ra r a u n p la n p a ra e l d e sa sa rro lll lo d e u n a c iu d a d in t e lilig e n t e , la la inm ensa ensa c a ntid ntid a d d e te c nolog í a s y ssolucione olucione s d isp onibles en la a c tua lid a d p ued e re sulta r a b rum a d o ra . Po Po r e ste m o tivo tivo , c e ntra rse rse e n los p un to s d é b ile s m ás a g ud os re sulta vita l. Co n fre fre c ue nc ia , la la s c iud a d e s d esc esc ub ren q ue resolver esolver un p unto d é b il les p la ntea op ortunid ortunid a d es d e m ejora ejora en otras área s d e la infra nfra estr estruc uc tura tura urb urb a na . Si Si una c iu d a d e n f re re n t a p ro b le m a s p o r fa fa lt a d e a g u a , la la i m p le m e n t a c ió n d e sist e m a s SC ADA p a ra ge stion tion a r la c irc ula ula c ión de l a g ua p ued e si sig nifi nificc a r un a ho rro d el 30% 30% d e la e ne rgí a utili utiliza d a p a ra a d m inistrar nistrar lo lo s siste m a s d e sum inis inistro tro d e a g ua , 20% 20% d e red uc c ión d e la p é rd id a d e a g ua y 20% 20% d e red uc c ión d e los c ortes d e sum inis nistro. tro. Asi Asi po r ejem ejem p lo, un p roye c to rec ien te d iseña d o p a ra d ota r de efic efic ienc ia en ergé tic tic a a c u a t ro ro p la n t a s d e t ra r a t a m ie n t o d e l a g u a e n Be Be iji jin g , C h i n a , p e r m itit ió ió o b t e n e r u n a nota b le red uc c ión d el 52% 52% en el c on sum o ene rg é tic tic o, lo lo q ue hiz hizo p osi osib le q ue el p roye c to se se a utofina utofina nc ia ra en m eno s d e 18 me ses y dio lug lug a r a a ho rros d e c ostos ostos en el la la rg o p la zo q ue p od rán d esti estina na rse a otras inic nic ia tiva tiva s en m ira s a la c iud a d inteligente. O tro e jem p lo se rela rela c io na c o n la g e stión d e l trá tránsito, nsito, uno d e lo s o b stác ulos m ás im p ortante s en la m a yorí a d e la s c iud a d es. es. La La c on g esti estión ón c onsti onstituye tuye un p rob lem a para casi todas las grandes zonas metropolitanas. E n la actualidad, existen so luc io ne s q ue p e rm iten o p tim tim iza r la la c irc ulac ión, ge stio tio na r el trá tránsi nsito p a ra red uc ir los los a ta sc os y lo lo s c ue llos d e b ote lla e n a uto p ista s, y da r re re sp ue sta ráp id a a lo s inc id e nte s q u e ssee p ro d u zc zc a n . Ya se tra tra te d e g esti estioo na r el si sistem a d e a g ua , el trá tránsi nsito u o tro tro s d o m inios, nios, c o n e sta s solucione s la s c iud a d es log log ra n c a p tura tura r infor inform m a c ión úti útill que p ermite ide ntifi ntificc a r posibles problemas antes de que se produzcan y toma r decisiones mejor fund a m en ta d a s g ra c ia s a sus func io ne s d e a nálisis e intelig intelig en c ia c o m e rc ia l. La 17
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
c a p a c id a d d e id entifi entific a r punto s d é b iles en la s c iud a d es, es, im im p lem en ta r soluciones soluciones integ ra d a s y esc esc a la b les c on resul esulta ta d os inm ed ia tos, tos, y p osteri osteriorme orme nte a p rove c ha r eso eso s re sultad os en o tra tra s iniciativa s te nd ie nte s a c rea r c iud a d e s inte lig en tes re q uiere uiere d e sól sóliid o s c o no c im ien to s té c nico s y de p roc e so s. Esa a g ud eza, fund fund a d a en la comprensión a cabalidad de cada sistema y la experiencia en los procesos sub ya c en tes, tes, es ind isp e nsa nsa b le p a ra d ise ñ a r soluc io ne s efica c es ta nto e n lo q ue re sp sp e c t a a m e t a s d e c o r to to p la zo c o m o a v is isió n d e la rg o p la zo ” (Charbel Aoun,
Schneider Electric, La piedra angular de la ciudad inteligente: la eficiencia urbana, 2013, p.09).
PASO 3: INTEGRACIÓN “ El El u so so d e la in t e g ra c ió n d e i n fo fo r m a c ió n p a ra c re a r u n a c iu d a d in t e lilig e n t e se se d a e n e l m a r c o d e u n p ro c e so so e v o lu l u t iivv o , a m e d id a q u e la c iu d a d p ro r o g re sa sa en en e l uso uso d e tec no log í a p a ra g e stion tion a r la infra nfra estr estruc uc tura. El El p rim e r p a so c la ve d e l p roc eso eso e s la implementación de sensores en toda la infraestructu ra urbana, con el fin de recopilar datos sin procesar, que luego se transmit en mediante redes de c om unic unic a c ión c a b lea d a s o inalám b ric a s. Una vez q ue los d a tos se ha n rec rec op ila d o y se en c ue ntran d isp o nib nib les, es, diversos diversos siste m a s en tie tie m p o rea l p ue d en util utiliza rlo s p a ra a utom a tiz tiza r la g esti estión ón d e la infr infra estr estruc uc tura tura d e la c iud a d , lo lo q ue resul resulta ta en v enta ja s significativas en materia de rendimiento y costos. Integrar sistemas aislados y c o m p a rt irir d a t o s p r o p o rc r c io n a o t ro ro s b e n e f ic ic io s e n c u a n t o a re n d im i e n t o m e d ia n t e la la coordinación de acciones y la gestión global de la ciudad como sistema de sistem a s. Co n las integ ra c ione s a nteriores nteriores en m a rc ha , la la s c iud a d es p ue d en sa c a r m a yor provec ho d e e lla s p a ra c rea r va lor ap lic a nd o h erra erra m ienta s d e a nálisis a va nza nza d a s p a ra la op tim tim iza c ión, y sum sum inis nistra tra r d a tos a los resi esid ente s d e la c iud a d a tra tra vé s d e se se rvic vic ios p úb lic os q ue m ejoran su vida c otid ia na . Me d ia nte la m ed ic ión d el ren ren d im iento d e los sistem a s d e infr infra estr estruc uc tura tura d e la c iud a d , el go b ierno p ued e id e ntifi ntificc a r área s p rob le m átic tic a s y efec tua r un sseg eg uimiento d e la e fic fic a c ia d e las soluciones en e l log ro d e los ob jetivos d e largo p la zo d e la c iud a d . D iv iv e rs rso s a v a n c e s t e c n o ló l ó g ic i c o s re c ie n t e s h a n i n c r e m e n t a d o e n g r a n m e d id a la s p o sib ilid a d es d e reu nir nir vo lúm en es inm en sos d e d a to s rela tivo tivo s a la infra nfra estr estruc uc tura tura d e una ciudad, tales como sensores ubicuos que permita recolectar datos de m ed ic io ne s rela tivo tivo s a sistem a s d e en e rg í a , ag ua , tra tra nsp nsp orte y e d ific fic ios en tie tie m p o re a l. C o m u n ic ic a c io n e s d e b a j o c o st st o q u e j u n to to c o n l o s n u e v o s p ro t o c o l o s d e c o m u n ic ic a c ió n si sim p lif ic ic a n e n g r a n m e d id a e l p ro c e so so d e re re c o le l e c c ió n d e d a t o s ob tenido s p or sens sensores ores y red uc en su c osto. osto. Los Los protoc olos c om o Zig b ee y Bl Blueto oth, el c rec im ien to d e las red es M2M y la la m ejora so so sten id a d e las te c no log í as de c o m u n ic ic a c ió n c a b le a d a e in i n a lám b ric a p e rm i t e n q u e la s c iu d a d e s re c o p ile n d a t o s obtenidos por redes de sensores ampliamente distribuidas a costos accesibles, c om o p or ejem ejem p lo los sistem a s d e g esti estión ón en tiem tiem p o rea l q ue a utom a tiz tiza n el c on trol trol d e los siste m a s d e infra infra estr estruc uc tura y m e joran a síla eficienc ia d e la infra infra estr estruc uc tura op tim tim iza nd o el ren ren d im ien to util utiliza nd o func ione s d e a nálisis a va nza nza d a s q ue tom a n e l g ra n vo lum en d e d a tos sin p roc esa esa r y los los c on vierten vierten e n informa informa c ión úti útill q ue la c iu d a d p u e d e e m p le a r p a ra a u m e n t a r e l re n d im i e n t o d e la la in f ra ra e st ru ru c t u ra ra . La c iud a d d e Rí o d e Ja neiro neiro es un e jem p lo c lásic o d el m od o en q ue la integ ra c ión d e d a t o s y si sist e m a s p u e d e i m p u ls lsa r la c o n c re c ió n d e u n a v is isió n d e c iu d a d inte lig en te. On c e c e ntros d e c o ntrol d iferente s g e stio tio na n la la infra infra estr estruc uc tura c rí tic tic a d e la c iud a d : elec tri tric id a d , a g ua , p etróleo etróleo , g a s, tra tra nsp nsp orte p úb lic o, trá tránsito nsito urb urb a no , c a lid a d d el a ire y a e ro p ue rto s. La La c iud a d c e ntró lo lo s esfuerz esfuerzos os en los p unto s d é b iles 18
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
d e e sa s func ion es e im im p lem en tó un si sistem a SC SC ADA p a ra a um enta r la e fic fic ienc ia d e la d istri trib uc ión d e a g ua ; un si sistem a d e g esti estión ón p a ra op tim tim iza r su su red e lé c tri tric a ; un sist e m a d e v i g ilila n c ia d e C C TV TV p a ra m e j o ra ra r la se g u ririd a d d e l a c o m u n id id a d ; y u n sistem a d e g esti estión ón d el tránsi nsito . Por Por sí síso la s, c a d a una d e esta esta s im p lem en ta c ion es p ro p orc io nó b en eficios sig nifi nificc a tivo tivo s a c a d a uno d e los siste m a s resp esp ec tivo tivo s; si sin e m b a rgo , la la visión visión d e m ás la rgo p lazo d e Rí o d e Ja ne iro c o nsi nsistí a e n ha c e r re a lid a d los be nefic nefic ios d e la integ ra c ión d e sistem a s. El El Ce ntro ntro intelig ntelig ente d e op erac ione s ( IO IO C - In In t e llllig e n t O p e ra t o r C e n t e r ) d e l a c iu d a d c o n st st itit u y e u n n iv i v e l a v a n za za d o d e inte lig en c ia q ue b rind a una visi visión g lob a l d e to d o s lo s sistem istem a s urb urb a no s, a síc o m o la (C harbe bell Aoun, op ortunid ortunid a d d e m ejora ejora c ontinua sob re la b a se d el an álisis d e d a tos” tos” (Char
Schneider Electric, La piedra angular de la ciudad inteligente: la eficiencia urbana, 2013, p.06).
PASO 4: APROVECHAMIENTO DE LA INNOVACIÓN “En “En un c on texto d e m erca d os fina fina nc ieros c on inc ertid ertid um b re resp resp ec to a los fluj flujos os d e ing resos esos,, no e s sorprend en te q ue ho y muc ha s c iud a d es se ve a n aq uejad a s p or la falta d e fond os. os. Los Los ing resos esos d e los q ue d isp one n d eb en a sig na rse, a nte tod o, a la s operaciones y al personal esencial; a menudo, es poco lo que queda para a c tua liza c ion es, es, m od ific fic a c ione s y o tra tra s m ed id a s orien orien tad a s a m ejora ejora r los los si sistem a s d e las c iud a d es. es. Sin em b a rg o, pa ra fina fina nc ia r p roye c tos d e c iud a d es intelig ntelig ente s se p ue d en rec urr urrir a m od elos fina fina nc ieros y de ne g oc ios innov a d ores c on e l fin fin d e h a c e r d e l a in i n f ra ra e st st ru ru c t u ra ra e f ic ic ie n t e u n a re a lid a d a p e sa sa r d e c o n t a r c o n c a p it a l lim ita d o. Una Una d e la s estr estraa te g ia s m ás efica c es c on siste e n e l uso uso d e c o ntra ntra tos d e ren d im iento d e a horro horro ene rg é tic tic o (ES (ESPC ), que seg ún la e xp erienc erienc ia c om p a ra d a p ermiten fina fina nc ia r los p roye c tos d e c iud a d intelig ntelig en te c on los a ho rros d e c ostos ostos g en erad os p or los los p royec tos. tos. Los p rove ed ores d e solucione solucione s p a ra la c iud a d intelig ntelig en te ta m b ié n p ued en colaborar en la elaboración e implementación de otros modelos comerciales inno va d ores p a ra ge nerar el ca p ita l req uerid uerid o p a ra m ejora ejora s. Por Por ejemp lo, p od rí an c rea rse fluj flujos os a d ic iona les de ing resos esos c om o b ene fic fic io c olate ra l de integ ra r si sistem a s p úb lic os a nte s a isla d os y m e jorarlo jorarlo s. Asi Asim ism o, los a va nc es log ra d os en el a nálisis d e d a tos pe rm ite n c o nve rtir tir gran d es volúm volúm en es d e d a tos ob tenido s a p a rtir tir de la c one xión d e los sistem a s urb urb a nos en info rm a c ión úti útill y, e n úl últim tim a insta nsta nc ia , en ingresos ingresos p a ra c iud a d es c o n e sc a se z d e fon d o s. Po r ejem p lo , en u na c iud a d inte lig e nte se se imp lem en ta rí a n si sistem a s d e g e stión tión y m on ito re o d el trá tránsito nsito q ue p rov ee n d a tos sob re el trá tránsi nsito e n tiem p o rea l re la tivo tivo s a a uto m o tores, tores, tra tra nsp nsp orte p úb lic o e inc luso uso trá tránsi nsito p ea to na l. Los Los d a to s c a p turad o s p o r esos esos siste m a s p o d rí a n ve nd e rse a em p resa esa s p riva d a s q ue d ese ese en o b te ne r m ás c o no c im ien to s sob re p a tron tron e s d e tránsi nsito p a ra t om a r d ec isio ne s re la l a t iv iv a s a d e sa sa rro llllo d e n u e v o s n e g o c io s, s, n iv iv e le l e s a d e c u a d o s d e d o t a c ió n d e p e rso na l p a ra sus e m p resa esa s y m uc ho s otros uso uso s. La c iud a d intelig intelig en te e xp lo ta la informa c ión d e sus sus d a tos p a ra b ene fic fic io p rop io y d e la e c ono m í a loc a l en su tota lid a d , fac ilita nd o ta m b ié n, a la s a c tivi tividd a d es d e fis fisc a liza c ión d e a c tivi tividd a d es a ntisoc ntisoc ia les, es, lo lo q ue red uc e los c osto osto s p rod uc id os p or la la s m ism a s” (Charbel Aoun,
Schneider Electric, La piedra angular de la ciudad inteligente: la eficiencia urbana, 2013, p.11).
19
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
PASO 5: PROMOVER LA COLABORACIÓN “ A sí síc o m o u n a c iu d a d e s la su m a d e su su s p a rt e s, s, p a ra q u e l a e la b o ra r a c ió n y la la e j e c u c ió n d e u n p la n p a ra c re a r u n a c iu d a d in t e lilig e n t e se se a n e f ic ic a c e s e s n e c e sa sa ria la c olab orac ión d e tod a s la s p a rtes interesa nteresa d a s. Ca d a p la n tiene c a ra c terí stic tic a s p rop ia s y req req uiere uiere el tr tra b a jo c onjunto c on e m p resa esa s, p rove ed ores internac iona les d e te c no lo g í a y orga niza niza c ion es loc a les q ue resulten resulten m ás a p ta s p a ra p rop orc ion a r las m e jora s e sp e c í fic a s req ue rid a s. La s c iud a d e s intelig intelig e nte s q ue surja urja n c o n m ás fue rza rza se rán a q ue llas e n q ue los so c io s a c a rg o d e p rove er la la s solucione s ha g a n a un la la d o la c om p etiti etitivid vid a d ind ustr ustriia l y la la s d iferenc ia s p o lí tic a s p a ra g e sta r e ntre to d o s la s soluc io ne s m ás integ ra le s y d e m e jor c a lid a d . Pa Pa ra log ra rlo será ne c esa esa rio c om p a rtir tir inform a c ión en tre tre los d iferente s d e p a r t a m e n t o s d e l a s c iu d a d e s c o n e l f in in d e d e r ririb a r lo s c o m p a rt im im e n t o s y c o n t a r c on la p a rtic tic ip a c ión d e lí d eres glob a les, es, co n c om p ete nc ia s d e p rim er nivel, nivel, a sí c om o d e p rove ed ores loc a les y pa rtes interesa nteresa d a s, q uiene uiene s m ejor c on oc en sus sus p ro p ia s c iud a d e s. El El é xito xito re sulta ulta rá d e c om b ina r la la c o nd uc c ión p úb lic a , la la p ro p ie d a d d e lo s c iu d a d a n o s y la la c o l a b o r a c ió n e m p re sa sa r ia ia l, a sí síc o m o d e a le n t a r la c o m u n ic ic a c ió n e n t re re e so s g r u p o s p o si sib i lilit a n d o l a p a rt ic ic ip a c ió n re re a l d e c a d a u n o d e e lll lo s e n l a c iu d a d in t e lilig e n t e c o n st st ru ru id id a a p a rt irir d e la c o m u n id id a d . La colaboración comercial entre empresas y sectores puede aportar ideas in n o v a d o r a s a lo s p ro y e c t o s d e c iu d a d in t e lilig e n t e . La La p a rt ic ic ip a c ió n d e e m p re sa sa s d e tec no log í a y de ot ro s a c to re s inte rna c ion a les c la ve e n la la Inic Inic ia tiva tiva d e infra infra estr estruc uc tura urba na d el C on sejo Em Em p resa esa ria l M und ia l p a ra el Desa Desa rrollo ollo Soste oste nib nib le (WBC (WBC SD) c on stituye tituye un ejem p lo d e c olab orac ión. Es Este p rog ra m a , que reúne eúne a q uinc uinc e lí d eres g lob a les de la ind ustr ustriia p rove niente niente s d e tod os los sec tores, tores, ofrec ofrec e los co noc im iento s c om b ina d os d e sus sus integ ra ntes a c iud a d es d el mu nd o ente ro, en tre tre ella ella s: Tur Turku, ku, Finla inla nd ia; Til Tilbb urg , Pa Pa í se s Ba jos; jos; tre tre s c iud a d e s d e G uja ra t, IInd nd ia ; Gu a d a la jara , Mé xic xic o ; (Charbel Aoun, Schneider Electric, La piedra angular Kob e, Ja Ja p ón; y Yi Yixing , China ” (Charbel de la c iuda iuda d intel inteligente: igente: la la eficienc ia urb urb a na, 2013 2013,, p.11) p.11).
Cabe destacar que las principales etapas en los proyectos de ciudades inteligentes se centra en la implementación de redes de telecomunicaciones de banda ancha a nivel nacional, que garantice la conectividad ubicua de toda la población, y la construcción de Centros de Operaciones Integrado (COI) a nivel local y regional, que centralice la información recolectada de las redes de sensores y sistemas de cámaras de video vigilancia, con el objetivo de monitorear la operación de la ciudad.
20
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes Figura 4: Centro de Operaciones Integrado
Fuente: IFEZ U-CITY Operation Center – Korea
En ese sentido, en los siguientes capitulos se describirán tanto la arquitectuta digital como las tecnologias mas relevantes que soportarán las comunicaciones de las ciudades inteligentes.
5. ARQUITEC ECT TURA
DIGIT DIG ITAL
PARA
C IUD IUDA ADE DES S
INTEL ELIIGENTES Desde Desde el punto punto de vis vista tec nológic nológic o, una C iudad uda d Int Inteligente eligente puede p uede ser cons co nsiider de ra da como un sistema integral que comprende diferentes capas o subsistemas y una arquitectura TIC asociada, donde cada subsistema esta direccionado a brindar servic ervic ios inteli intelige gentes ntes en d iferentes iferentes ca c a tegorí teg oría a s.
21
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
De acuerdo a los documentos de trabajo realizados por la UIT, la arquitectura TIC par pa ra una C iudad uda d Inteli Intelige gent nte e es e stá di d ividida vidida en c uatro uatro c apas ap as:: Figura igura 5: Arquit Arquitect ec tura ura Digit Digital al de una Ciudad C iudad Inteligente – Perspec erspecttiva Multicap icapa a TIC
Elaborado por: Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC) Fuente: UITFocus oc us Group On Smart martSustainable inable Cities
CAPA DE DETECCIÓN: Es la capa responsable de la “detección” de los datos registrados por las redes de sensores, a fin de captar y responder a los diversos estímulos del mundo físico. Proporciona la capacidad para detectar el entorno y la intel inteliigenc ge ncia ia pa p a ra monitorear monitorear y contr c ontrola olarr la la infr infra a estr estruc uctur tura a fís física dent de ntrro d e la c iud iud ad. ad . La capa de sensado está compuesta por nodos terminales tales como: sensores, traductores, actuadores, cámaras, lector de RFID, símbolos de códigos de barra, seguidor GPS, etc., y redes capilares tales como: redes SCADA, redes de sensores, redes de video vigilancia, RFID, redes GPS, etc., que proporcionan la capacidad superior para detectar el entorno que nos rodea y la inteligencia para el monitoreo y contr c ontrol ol de d e la infr infra a estr estruc uctu turra fís física d entro entro de la c iuda iudad d.
CAPA DE RED: Está conformada por las redes de los operadores de telecomunicaciones, así como de otras redes proporcionadas por las partes interesadas y/o empresas privadas de comunicaciones que sirven de soporte para el acceso y transporte de las comunicaciones de la ciudad. La capa de red va actualizándose en función a la evolución de la tecnología, así por ejemplo pode po demos mos indicar ndica r c omo tecnologías tec nologías bas ba se que sopor op ortar tarán án las comun c omuniic ac iones de las Ciudades Inteligentes a las siguientes: xDSL, FTTx, WiFi, Metro Network, 2G/3G/4G, PLC, entre otras tecnologías. Cuando no existe una red comercial de comunicaciones en la zona donde se instalarán los equipos terminales, utilizar una red de propieda propied a d pr p riva iva d a pued p uede e ser ser una de d e las soluciones oluc iones.. 22
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
CAPA DE DATOS Y Y SOPORTE: SOPORTE: La c apa ap a de datos d atos y sopo soporrte hac e que q ue la la c iudad sea "más inteligente". Su objetivo principal es asegurar la capacidad de apoyo de diversas aplicaciones y servicios. La capa de datos y soporte contiene a los Data Center de las industrias, departamentos, empresas, municipalidades. Son equipos y sistemas establecidos para el procesamiento de datos y almacenamiento de apl ap lic ac iones y conteni c ontenido doss.
CAPA DE APLICACIÓN: Esta capa maneja las aplicaciones y servicios de una Ciudad Inteligente, tales como: transporte, seguridad pública, salud, energía, protec proteccc ión medi med ioambi oa mbiental ental,, etc. Figura 6: Identificación de capas digitales de una Ciudad Inteligente
Fuente: UITFocus oc us Group Group Smart City
La arquitectura TIC incluye un marco de protección y funciones de seguridad para la op o p erac ión, ad a d minis ministr tra a c ión, mantenim mante nimiento iento y ap a p rovisiona ovisionami miento ento d e los lo s sistema istemass TIC de las Ciudades Inteligentes. Se debe considerar medidas preventivas contra ataques que intenten vulnerar la seguridad de las redes, mejorando los mecanismos de protección y recuperación, evitando la interrupción de las comunicaciones entre entre las la s redes ed es de sens sensores ores y la la red de c omunic omunic a c ión y la la vulner vulnera a bilidad bilidad d e los datos da tos almacenad almac enad os en los Data C enter enter.. La infraestructura física existente en la ciudad está incluida dentro de la arquitectura base inicial para la implementación de las Ciudades Inteligentes. Esta infraestructura podría utilizarse o adecuarse, cuando sea necesaria, a las exigencias de los proyectos para instalar sobre ellas equipamiento electrónico, antenas, sensores y cableados de fibra óptica. Dentro de esta infraestructura tenemos: la infraestructura de las redes eléctricas, las tuberías de las redes de agua, las tuberías de redes de gas, la infraestructura de las redes de transporte, cámaras y ductos, entre otros que dispo disponga nga la c iudad. udad .
23
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes Figura 7: Infraestruc estructtura físic física a exist existente ente Tuberías de redes de gas, agua, cámaras, ductos, postes
Fuente: Consultoria KISDI - Korea
Durante la etapa de planificación para construir nuevas ciudades se debe definir qué tecnologías se implementarán en cada capa de la arquitectura digital, esto conllevará a tener una ciudad planificada desde su creación para brindar servicios inteligentes en beneficio de la población. La infraestructura TIC impactará la forma en que cada ciudad se creará y evolucionará, permitiendo a las ciudades inteligentes incluir mejoras en áreas sostenibles, tales como edificios inteligentes, infraestructuras inteligentes (agua, energía, transporte, etc.) y servicios inteligentes (salud, educación, entretenimiento, etc.), que cambiarán drásticamente la experiencia urbana para los habitantes de la c iudad iuda d y lo lo s viajeros. viajeros. Las tecnologías y servicios utilizados en las ciudades inteligentes requieren plataformas comunes abiertas e infraestructuras TIC ubicuas subyacentes (conectividad en todo momento y en cualquier lugar), que incluyan acceso a Internet de alta velocidad, infraestructura cableada y redes inalámbricas. También necesitará aplicaciones TIC (APPS) para habilitar servicios inteligentes que permita el ac c eso eso a medios, medios, a los sens sensor ores es y ac tuad tuador ores es de toda la c iudad. uda d. Para los proveedores proveed ores de servi ervicc ios de telec telec omunic omunic a c iones y oper ope radores ad ores a ltern lterna a tivos tivos,, tales como proveedores de servicios públicos, empresas de televisión por cable y proveedores proveed ores d e equi eq uipo poss d e telecomuni telec omunicc ac iones one s, quienes sumi sumini nisstra tra n el har ha rdwa dw a re y software que habilitan las redes de banda ancha, esto significa que cada infr infra a estr estruc uctu turra d e la c iuda d intel inteligente igente deb d ebe e tener tene r:
24
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Una red core 100% IP, lo que crea una infraestructura convergente para a rquitec tura tura s y sis sistemas temas TIC, IC , integ integrra ndo nd o tecnolo tec nología gíass a lámbr lámb rica ic a s e inalámbri inalá mbricc a s. Una red de acceso de banda ancha, que pueda soportar la integración de numerosos componentes vía inalámbrica, fijo, cobre, fibra y otros nodos de acceso para hacer una ciudad "inteligente" permitiendo servicios avanzados y aplicaciones, tales como: gestión del tráfico urbano, automatización de edificios, ges ge stión tión efi e ficc iente iente de d e la ener ene rgía, red redes es de segur eg uriida d y ac c eso. eso. Figura 8: Núcleo Óptico y Tecnologías de Acceso para Ciudades Inteligentes
Elab Elaborado orado por: Minis Ministterio de Transporte y Comunica C omunicac c iones (MTC) Fuente: Published Published online online “The role of of small small cell c ell technolog tec hnology y in futur future e Smart City ity app applic lica ations”
25
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
DES SC RIP IPC C IÓ IÓN N DE TECNO NOL LOGÍA ÍAS S TIC PARA 6. DE C IUDA DADES DES INT NTEL ELIIGENTES Las Ciudades Inteligentes pondrán a disposición de los ciudadanos una amplia gama de servicios, incrementando la calidad con menores costos y un menor impac to a mbiental mbiental.. En ese sentido, en esta sección se desarrolla de manera descriptiva las tecnologías que per pe rmitan mitan la c onvergencia onvergenc ia de d e ser servi vicc ios sobr ob re redes rede s de ba nda a ncha nc ha fija fija y móvil móvil,, tales como: redes de sensores, sistemas de video vigilancia, redes de fibras ópticas, tecnologías de acceso y aplicaciones, que soportarán las comunicaciones y el intercambio de información entre las diferentes plataformas de una Ciudad Inteligente.
6.1 TECNOL NOLOGÍAS ÍAS IDENT IDENTIFIC IFICA ADAS PA PARA LA C APA DE DET DETEC C IÓ IÓN N Esta capa esta íntegramente relacionada con la adquisición de datos a través del uso de sensores interconectados ya sea a personas o cosas.
REDES DE SENS SENSO O RES RES INA LÁM LÁM BRICA RIC A S (WSN WSN) 6.1.1 REDES Las redes inalámbricas de sensores (WSN ó Wireless Sensor Network por sus siglas en ingles), están conformadas por una gran cantidad de dispositivos pequeños y autónomos llamados nodos sensores, los cuales son distribuidos físicamente e instalados alrededor del fenómeno que se requiere monitorear. Se basan en dispo dispossitivos tivos de ba jo c oste oste y cons c onsum umo o que son c a pac pa c es de obtener ob tener infor nformac maciión de de su entorno, procesarla localmente, y comunicarla a través de enlaces inalámbricos hasta hasta un nodo c entra entra l de c oor oo rdinaci dinac ión. Los sensores pueden ser fijos o móviles y pueden controlar diversas condiciones en distintos puntos, entre ellas la temperatura, el sonido, la vibración, la presión y movimiento o los contaminantes. Debido a las limitaciones de la vida de la batería, los nodos se construyen teniendo presente la conservación de la energía, y generalmente pasan mucho tiempo en modo ‘dur ‘d urmi miente’ ente’ (sleep) (sleep) de d e bajo b ajo c onsum onsumo o de d e potenc p otenciia. Las WSN tienen capacidad de auto restauración, es decir, si se avería un nodo, la red encontrará nuevas vías para encaminar los paquetes de datos. De esta forma, la red sobrevivirá en su conjunto, aunque haya nodos individuales que pierdan potencia o se destruyan. Las capacidades de autodiagnóstico, autoconfiguración, auto organización, auto restauración y reparación, son propiedades que se han des de sa rrolla olla d o pa ra este este tipo tipo de redes ed es par pa ra solventa olventa r probl prob lemas ema s q ue no eran pos p osiibles c on otr o tra a s tecnolog tec nologías ías.. Las redes de sensores se caracterizan por ser redes desatendidas (sin intervención humana), con alta probabilidad de fallo (en los nodos, en la topología), habitualmente construidas adhoc para resolver un problema muy concreto, es dec de c ir, ir, para ejecut ejec utar ar una únic únic a apli a plicc ac ión. 26
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
LEM ENTO NTO S DE UNA UNA RED RED DE DE SE SENSO NSO RES RES INAL INA LÁ M BRIC RIC A S 6.1.2 ELEM Tod Toda a red red de d e sens sensor ores es inalámbri nalámbric a (WS (WSN) c uenta uenta con c on los los siguientes iguientes elementos elementos:: Tabla 1: Elementos de la red de sensores inalámbrica
ELEM ELEMENT ENTO O S DE LA LA RED RED DE SENS SENSO O RES RES INALÁ INA LÁM M BRIC BRICO OS
SEN SENSORES SORES
NODO NO DOS S DE SENSOR
GATEWAY
ESTACIÓN BASE
Son d e distint distintos os tipos y tecnologías los c uales toman información del medio y la la c onviert onvierten en en seña les eléctr eléc trica ica s. Toma Toman n los los da tos del de l sens sensor or a través de sus puertas puertas de da tos y envía envía n la la infor informac mac ión a la estac estac ión ba b a se. Son los elementos eleme ntos pa ra la interconexión entre entre la red d e sensores y una red IP. Es el recolec rec olec tor de da tos. tos.
Típi Típicc a mente mente RED ba sad a en el INALÁMBRICA estándar 802.15.4 ZigBee. Elab Elaborac oración: ión: Minist Ministerio de Transportes y Comunicac omunicac iones (MTC)
SENSORES& SENSORES &AC TUADO DOR RES Los sensores son dispositivos capaces de detectar magnitudes físicas o químicas y tra tra nsform nsforma a rlas en var va riables iab les eléc tric trica a s a tra tra vés de un dis d isp p o sitiv itivo o tra tra nsd nsd uctor. uc tor. Como C omo se ha mencionad menc ionado, o, los sens sensores ores p ueden ued en medi med ir temperatura temperatura , presenc presenc ia, viento, viento, c a mpos mpo s magnéticos, flujos de líquidos, calidad del aire, propiedades de los líquidos, vib vib ra c iones, p o siciones ic iones geo gráfica gráfic a s, altitud, altitud, pr p resió esió n, entre entre otr o tra a s magnit mag nitude udess. Los actuadores permiten la interacción con el mundo físico. Son los elementos finales que permiten modificar las variables a controlar en una instalación automatizada. Se trata de elementos que ejercen de interfaces de potencia, convirtiendo magnitudes físicas, normalmente de carácter eléctrico en otro tipo de magnitud que permite actuar sobre el medio o proceso a controlar. Los actuadores p ueden ued en a b rir p uerta uerta s, mostr mostra a r mensa mensa jes, jes, enc ender end er luc luces, es, envia envia r señales eña les,, contr c ontro o lar un flujo de líquidos, controlar el aire acondicionado, encender y apagar motores, etc.
27
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes Figura 9: Sensores y Actuadores
Fuente: uente: Univer Universi sida dad d de de Ovideo O video España paña - Ingeniería Ingeniería de Sist istemas emas y Automátic Automátic a
Los tipos de sensores y actuadores son elegidos en función a lo que se quiere monitorear, monitorear, c ontrola ontrolarr y ges ge stiona tionarr d e ac a c uerdo uerdo a las la s nec esi esid a des de s d e la c iuda d. Tabla 2: Campo de aplicación de los sensores
ENERG NERG ÍA
G ESTIÓN IÓ N
M O NITO NITO REO REO
Elabor laboración: ac ión: Minist Ministerio de Transportes ansportes y Comunicac omunica ciones (MTC)
FAMILIA DE SENSORES SENSORESPARA PARA CIUDADES CIUDADESIN INT TEL ELIIGENTES La familia de sensores para las ciudades se puede agrupar en tres grandes clases:
Sensores ensores pa ra recolec rec oleccc ión de d a tos medioambientales medioa mbientales
Sensores para control de seguridad
Sensores de seguimiento (tracking)
28
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
SENSORESPARA SENSORES PARA RECOLECCIÓN DE DATOS DATOSMEDIOAMBIENTALES MEDIOAMBIENTALES A nivel de red, la aplicación de los sensores para recolección de datos medioambientales se caracteriza por tener un gran número de nodos continuamente censando y transmitiendo datos de vuelta a un conjunto de estaciones base que almacenan los datos para analizarlos utilizando los métodos tradicionales. Los parámetros típicos que se monitorean con este tipo de sensores son: temperatura, intensidad de luz y humedad. La s p rincipa incip a les c a ra c terís terísti ticc a s son:
Estas redes requieren generalmente muy bajas velocidades de datos. En un escenario de uso típico, los nodos se distribuyen de manera uniforme sobre un entor entorno no al a l aire aire libr libre e de d e a c uerdo uerdo a la topología top ología d e red, diseñad diseñada a previ previamente, y luego se estima las rutas óptimas hacia los puntos centrales de recolección de datos. Las aplicaciones de monitoreo ambiental no tienen requisitos de latencia e stric tricta tass. Las muestras de datos pueden tener retrasos dentro de la red por períodos moderados de tiempo sin afectar significativamente el rendimiento de la aplicación. En general, los datos se recogen para el análisis futuro y no para la operación en tiempo real. Con el fin de satisfacer las necesidades en tiempo real, cada evento de c omunica omunicacc ión deb d ebe e ser ser prog progrramada ama da c on pr p rec isión. Los nodos sensores permanecerán en espera la mayoría de veces; sólo entrarán en ope o perra c ión cuand c uando o sea nec esari esario o tra tra nsmi nsmiti tirr o rec ibir da tos. tos. Figura 10: Sensores para recolección de datos medioambientales
Aplicac Aplicaciones iones:: Detec Detecc c ión de incendios incendios,, inundac inundaciones iones,, medición de de la calidad del air aire, temperat temperatur ura, a, humedad.
29
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
SENSORESPARA SENSORES PARA CONTROL CONTROLD DE SEGURIDAD Las red redes es par pa ra monitor monitoreo eo de seguri eguridad da d se c omponen ompo nen de nodos nod os que se se c olocan oloc an en en ubicaciones fijas a lo largo de un ambiente que uno o múltiples sensores vigilan continuamente para detectar alguna anomalía. Cada nodo tiene que comprobar con frecuencia el estado de sus sensores, pero sólo tiene que transmitir un informe de da tos c uando hay una una violac violac ión de segur seguriidad. da d. La comunicación inmediata y fiable de mensajes de alarma es el principal requisito del sistema primario. Además, es esencial que se confirme que cada nodo está presente y en funcionamiento. Si un nodo esta deshabilitado representaría una violac violac ión de seguri eguridad da d que debe de be ser rep repor ortado tado a la estac estación ión bas ba se c entral. entral. Para aplicaciones de monitoreo de seguridad, la red debe estar configurada de manera que los propios nodos sean responsables de confirmar el estado de cada nodo adyacente integrante de la red. Uno de los enfoques es que a cada nodo se le as a signe funcionali func ionalida dade dess simil imilares ares pa ra report ep orta a r si si un nodo nod o no está está funcionand func ionando. o. “ La La n o r m a a c e p t a d a p o r lo lo s sist e m a s d e se se g u ririd a d e s q u e c a d a se n so so r d e b e (Syste tem m Arquitec Arquitec ture ture for fo r Wire Wire less c o m p r o b a rse a p r o xi xim a d a m e n t e u n a v e z p o r h o ra ra ” (Sys Sens en sor Netwo Ne tworrk, J a so n Lester Hil Hill,l, Univers Universit ity y of o f C a lifo lifo rnia, nia, 2003, 2003, p.15 p .15)). El mayor
porcentaje del consumo de energía en una red de seguridad se da debido al c umplimi umplimiento ento de los requi eq uissitos itos estr estriic tos de latencia latenc ia a soc iados iad os a la seña señalilizza c ión de d e la alarma cuando se produce una violación de seguridad. Una vez detectado una violación de seguridad, esta debe ser comunicada a la estación base inmediatamente. La latencia de la comunicación de datos a través de la red a la estación base tiene un impacto crítico en el rendimiento de la aplicación.
Los usuarios exigen que las situaciones de alarma sean reportadas dentro de segundos de la detección. Esto significa que los nodos de la red deben ser capaces de responder rápidamente a las peticiones de sus nodos vecinos para reenviar datos. En las redes ed es de segur eg urida idad d , la la reduc ed uccc ión de la latencia latenc ia de d e una tra tra nsmi nsmissión de a larma larma es significativamente más importante que la reducción del costo de la energía de las transmisiones. Esto se debe a que se espera que los eventos de alarma no sean de manera continua. La reducción de la latencia de transmisión conduce a un mayor consumo de energía porque los nodos de enrutamiento deben supervisar el c a nal de radi ad io c on mayor fr frec uencia. En En la la s redes ed es de segur eg uriida d, una gr g ra n canti c antida dad d de energía se consume en confirmar la funcionalidad de los nodos vecinos y en estar estar prepar prepa ra dos do s pa ra a nunciar nunc iar la alar a larma. ma. Figura 11: Sensores para redes de seguridad
Fuente: Wireless eless Sensor ensor Network Technolo ec hnology gy Santosh Kumar, Shivani Shivani Singh Chauha C hauhan n
30
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
SENSORESD SENSORES DE SEGUIMIENTO Con las redes inalámbricas de sensores, los objetos pueden ser rastreados etiquetándolas con un nodo sensor pequeño. El nodo sensor realizará un seguimiento a medida que avanza a través de un campo de nodos de sensores que se despliegan en lugares conocidos. Estos nodos serán desplegados para detec de tectar tar los los mens mensa a jes de RF de los nodos nod os cone c onecc tados tad os a divers diversos objetos ob jetos.. Los nodos se pueden utilizar como etiquetas activas que anuncian la presencia de un dispositivo. Una base de datos registra la ubicación de los objetos rastreados en relación con el conjunto de nodos ubicados en posiciones conocidas. Con este sistema istema es pos po sible detec tar la ubica ubic a c ión ac tual de un objeto. ob jeto. Las aplicaciones de seguimiento de nodo tendrán cambios en la topología de la red debido de bido a q ue los nodos nod os se mueven c onstantemente onstantemente a travé travéss de la red red.. Mientras Mientras que la conectividad entre los nodos de ubicaciones fijas se mantendrá relativamente estable, la conectividad con nodos móviles estará en continuo c a mbio. mbio. Es Es esenc esenciial que la red sea c apaz ap az de detecta de tectarr efic efic ientemente entemente la pr p resenc esenciia de nuevos nodos nod os que entra entra n en la red red.. Figura 12: Sensores de tracking para seguimiento de vehículos
Solución olución de tracking ac king integrado integrado con sist sistemas emas GIS Elab Elaborac oración: ión: Minist Ministerio de Transportes y Comunicac omunicac iones (MTC)
Durante la etapa de selección de los sensores que se instalarán dentro de las ciudades inteligentes se debe analizar previamente las características técnicas indicadas por los fabricantes de manera que se disponga de información de pri primera mera mano pa p a ra dimens dimensiionar ona r las red redes es en lo que q ue res respe pecc ta a la c a pac pa c idad da d de la red y el ni nivel de c onsumo onsumo ener ene rgéti gé ticc o. Tod Todas as las las ini inicc ia tivas tivas que se se des de sarroll arrollen en para p ara dotar d otar de inteli nteligenc genc ia a las ci c iudade uda dess a tra tra vés de los sensores ensores d eberán eb erán apo a poyar yarsse en es e stánda tánd a res o a linea inearrse c on p roc esos esos de estandarización en curso.
31
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
En una Ciudad Inteligente puede haber varios tipos de sensores. Los más básicos e imp imp orta orta ntes p ara a plic plic a c iones esp esp ec ífic fic a s pode po demos mos indic indicar ar los sigui siguientes entes:: Tabla 3: Tipos de sensores básicos para Ciudades Inteligentes
TIP TIPOS OS DE SENSO NSO RES Sensores de aparcamiento
Sensores de tráfico
Sensores de humedad
Sensores de luz
Sensores ensores de pa so
Sensores meteorológico meteorológico s y de contaminación
Sensores de recogida y tratamiento de residuos urbanos Sensor ensor de c ontrol ontrol de c onsum onsumo o de ag ua y electricidad
Sensores de la red eléctrica
DES DESC RIPC IPC IÓN El sensor de aparcamiento facilita la fluidez del tráfico dentro de las ciudades, evitando así que los automóviles estén dando vueltas en busc busc a de d e apa a pa rc amiento. amiento. Los sensores de tráfico facilitan a los ciudadanos y a las administraciones públicas saber el estado del tráfico, posibles incidencias o incluso elegir la ruta de menor congestión. También contribuyen al manejo de los semáforos, así como de las vallas o puentes eleva elevado dorres. es. Los sensores de humedad contribuyen a la gestión de parques y jardines jardines públic públic os, os, hac iendo end o que el regado rega do sea c uando rea lmente la tierra lo necesite y durante el tiempo justo. Cuando el sensor detecte la humed humeda a d a dec de c uada uad a de la tier tierrra , los los aspe asperrsores ores dejará dejará n de regar eg ar el espac espa c io. Estos sensor sensores es pued en a justar justar el riego riego y así a horra horra r muc mucha ha agua. El sensor de luz es uno de los más comunes. Este detecta si se hace de noche o amanece o si la ciudad necesita más luz o menos a c a usa usa del de l tiempo. tiempo. El El sens sensor or de luz hac e que el alumbrado alumbrado públic públic o se encienda o apague, en función de la luz natural que hay en la ciudad. En el alumbrado público de una ciudad inteligente también se pueden instalar sensores de paso. Los sensores de paso hacen que el alumbrado público permanezca con una luz tenue hasta que detecte el paso de algún vehículo o peatón. Es en ese momento cuando la luz del alumbrado por esa zona se intensificará hasta que deje de d e detec d etectar tar el paso paso del d el vehí vehícc ulo ulo o peatón. pe atón. Con los sensores meteorológicos se puede conseguir la monitorización y seguimiento de los parámetros ambientales. Se puede medir, medir, por ejemplo, ejemplo, la la c alida alida d del aire, aire, la c alida alida d d el agua, agua , el ruido uido,, la la humed humeda a d, la temperatura temperatura y la la c onc entra entra c ión de polen. p olen. En cambio, los sensores de contaminación miden otras variablesmedioa variables medioambient mbientales ales,, como c omo la la c oncent once ntrrac ión de C O2 y de las partículas en suspensión. Estos sensores avisan, por ejemplo, cuando los contenedores están llenos y ayudan a planificar la retirada de los residuos según las necesidades reales de la ciudad. Este hecho hace que las rutas de los rec oged og edores ores de ba sura ura sea n más efic efic a c es. es. Los sensores de control de consumo interactuarán con algún dispositivo donde se reflejará la lectura del consumo. Este tipo de sensores hacen que los ciudadanos sean más conscientes e intenten cambiar sus hábitos domésticos de la mejor manera para contribuir al contribuir al a horr horro ener e nergé géti ticc o. Estos sensores son los que hacen que la red eléctrica de la ciudad inteligente sea inteligente, avisando de las incidencias que se produc producen en a lo largo largo de la red red eléctr eléc triic a, de a, de los datos de c onsumo onsumo o de la meteorología mete orología (estos (estos últi últimos mos pa ra prevenir p osibles osibles inc incidenc idenc ias a c ausa ausa de algún fenómeno fenómeno c limátic mátic o). Fuente: Endesa – Grupo Enel
32
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
6.1.3 PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN PARA REDES DE SENSO NSO RES INAL INA LÁ M BRICA IC A S Los estándares y protocolos de comunicación inalámbrica están clasificados en bas ba se a la tasa tasa de d e datos d atos y potencia po tencia que q ue pueden pued en manejar. manejar. Los estándares más utilizados a nivel mundial para establecer las comunicaciones en las redes de sensores tenemos: -
ZigBee Bluetooth WiFi Figura 13: Estándares de comunicación inalámbrica para Ciudades Inteligentes
Fuente: ZigBee Allienc Allience e
ZIGBEE(IEEE ZIGBEE (IEEE802.15.4) 802.15.4) ZigBee es el estándar más aceptado para redes de sensores inalámbricos que define un conjunto de protocolos para la implementación de redes de corta distancia y baja velocidad de datos. Opera en las bandas de 868 MHz, 915 MHz y 2.4 GHz y puede transferir datos hasta 250Kbps. La b a nda más uti utilliza iza da a nivel nivel mundia mundiall par pa ra la implementa implementa c ión de d e redes ed es ZigBee igBee es la de 2.4G .4G Hz por po r ser una una ba b a nda no lic lic enciada enc iada.. Este estándar fue desarrollado por la Alianza ZigBee 5 , adopta al estándar IEEE 802.15.4 para sus 2 primeras capas, es decir la capa física (PHY) y la subcapa de ac c eso eso al a l medio medio (MAC ) y agr ag rega la c apa ap a de d e red red y de apl a pliic ac ión.
5 http: http:// / www.zigbee.org/ www.zigbee.org/
33
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes Figura 14: Capas de ZigBee
Fuente: ZigBee Allienc Allience e
El estándar ZigBee fue diseñado con las siguientes especificaciones:
Ultr ltra bajo ba jo c onsumo onsumo que q ue perm p ermit ita a usa usa r equi eq uipo poss a ba tería. tería.
Ba jo c osto osto d e dis d isp p ositi ositivos, vos, instala instalacc ión y mantenim mante nimiento. iento.
Alca Alc a nce nc e c orto orto (típ (típ ic o menor meno r a 50 metros metros). ).
Optimizado para ciclo efectivo de transmisión menor a 0.1 %.
Velocidad de transmisión hasta 250 kbps para 2.4GHz, 40kbps en 915 MHz y 20Kbps en 868MHz. Diseñado para las necesidades especiales de comunicación de dispositivo a dispositivo, pensado para el Internet de las Cosas. Protocolo fiable y robusto que utiliza redes de malla multi-salto para eliminar puntos únic únic os de fallo fallo y ampli a mplia a r el alca alc a nce nc e de d e las la s redes ed es.. Utilice una variedad de mecanismos de seguridad como el cifrado AES-128, c laves de red y disp disp ositi ositivo. vo. Interoperable entre redes y aplicaciones estandarizadas, lo que permite que d isp isp ositi ositivos vos de diferentes fabr fab rica ic a ntes p ueden ued en traba trab a jar juntos juntos sin sin problemas. prob lemas.
Permite la conexión de hasta 65,000 nodos en una red.
Prop Propor orcc iona meca mec a nis nismos de detecc de tecc ión de energía energía (ED). (ED).
BLUET BL UETOOTH (IEEE (IEEE802.15.1) 802.15.1) El estándar IEEE 802.15.1 es la base para la tecnología de comunicación inalámbrica Bluetooth. Bluetooth es una especificación industrial para Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN) que posibilita la transmisión de voz y datos y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia por radiofrecuencia en la banda la banda ISM de 2.4 GHz. 2.4 GHz. Está Está diseñado para dispositivos pequeños y de bajo coste con bajo c onsum onsumo o de energía. energía. La tecnología funciona con tres clases diferentes de dispositivos: Clase 1, Clase 2 y Clase 3, donde el rango es de unos 100 metros, 10 metros y 1 metro, respectivamente.
34
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes Tabla 4: Clases de dispositivos Bluetooth
Fuente: IEEE Standard
La s redes ed es LAN inalámbr inalámb ric as func funcionan ionan en e n la mis misma ba b a nda de 2.4 2.4 GHz de frec frec uencia uenc ia que Bluetooth, pero las dos tecnologías utilizan diferentes métodos de señalización p a ra evitar inter interferenc ferencias ias.. Los disp disp osit ositiv ivos os con co n Blu Bluetoo etooth th ta ta mbién pued p ueden en c la sifica ificarrse seg según ún su su ca c a pa c idad ida d d e canal: Tabla 5: Versiones de dispositivos Bluetooth
Fuente: IEEE Standard
WIFI (IEEE (IEEE802.11AH) 802.11AH) La necesidad de cubrir el vacío existente entre las redes móviles tradicionales y la creciente demanda de redes de sensores inalámbricos ha motivado el diseño del nuevo estándar IEEE 802.11AH, que es una nueva apuesta para redes inalámbricas, dentro de la familia de WiFi, y especialmente adaptada a entornos de c omunic omunic a c iones d e redes rede s d e sens sensores ores.. Entre ntre las princip principa a les ventajas venta jas de IEE IEEE 802 802.1 .11AH 1AH res resp p ec to a l estánd estánda a r WiF WiFii ac a c tual en e n el el ámbito de las comunicaciones M2M, destacan los mecanismos de ahorro energético que alargan el tiempo de vida de los dispositivos, una mayor área de c obert ob ertur ura a c omo resul esultad tado o del d el uso uso de la ba b a nda de frec frec uencias uenc ias sub-1GHz (900 (900MHz MHz)) y un mayor número de estaciones conectadas a un único Ac c ess (hasta 8,191 ess Point (hasta d ispo ispossiti itivos), vos), gra gra c ias a un nuevo esque esquema ma de organi orga nizza c ión jerá jerá rquica quic a . Figura 15: Bandas para WiFi IEEE 802.11ah
Fuente: Qualcomm 35
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
De los tres protocolos de comunicación para redes de sensores descritos, en la actualidad el más utilizado es el protocolo ZigBee por su bajo consumo energético, sin embargo, el estándar WiFi IEEE 802.11AH será también, luego de su estand estanda a riza iza c ión, unos de los protoc olos má má s eficientes pa ra la Internet Internet de d e las C osas osas (IoT) (IoT) y las la s Ciuda C iudad d es Inteli Intelige gentes ntes..
6.1.4
SISTEMAS RFID (RADIO FREQUENCY IDENTIF DENTIFIC ICA A TION IO N)
RFID (Identificación por Radiofrecuencia) es un método de almacenamiento y recuperación remota de datos, basado en el empleo de etiquetas o “tags” en las que reside la información. RFID se basa en un concepto similar al del sistema de código de barras; la principal diferencia entre ambos reside en que el segundo utiliza señales ópticas para transmitir los datos entre la etiqueta y el lector, y RFID, en cambio, emplea señales de radiofrecuencia (en diferentes bandas dependiendo d e l tip tip o d e sistema sistema , típic a me mente nte 125 KHz KHz,, 13,56 13,56 M Hz Hz,, 433-86 433-860-96 0-960 0 MHz y 2,4 2,45 5 GHz G Hz). ). Todo Tod o sis istem tema a RFID se c ompo ompone ne pr priincipa ncipallment mente e de los sigui guientes entes element elementos os:: (1 (1)) etiqueta etique ta RFID, RFID, (2) (2) lec lec tor RF RFID, (3) (3) ord ord ena d o r y (4) (4) softwa softwarre de d e a plic plica a c ión RFID. RFID.
Una etiqueta RFID, también llamada tag o transpondedor (transmisor y receptor). La etiqueta se inserta o adhiere en un objeto, animal o persona, portando información sobre el mismo. En este contexto, la palabra “objeto” se utiliza en su más amplio amplio senti entid d o: pued p uede e ser un vehíc vehíc ul ulo, o, una tar tarjet jeta a , una llave, un pa p a que quete, te, un producto, una planta, etc. Consta de un microchip que almacena los datos y una pequeña antena que habilita la comunicación por radiofrecuencia con el lector. Un lector o interrogador, encargado de transmitir la energía suficiente a la etiqueta y de leer los datos que ésta le envíe. Consta de un módulo de ra diofr diofrec ec uenc uenciia (t (trra ns nsmi missor y rec ep eptor tor), ), una una unidad unida d de d e c ontr ontrol ol y una una a ntena pa p a ra interrogar los tags vía radiofrecuencia. Los lectores están equipados con interfaces estándar de comunicación que permiten enviar los datos recibidos de la etiqueta a un subsistema de proces proc esa a mi miento ento de da tos tos,, como c omo puede p uede ser un un orde ordenad nador or pers persona onall o una ba se de de datos. Algunos lectores llevan integrado un programador que añade a su capacidad de lectura, la habilidad para escribir información en las etiquetas. Un ordenador, host o controlador, que desarrolla la aplicación RFID. Recibe la infor in formac mac ión de d e uno o vari varios os lec lec tor tores es y se la c omuni omunicc a a l sis sistema tema de d e in infor formac mac ión. También T ambién es c ap apaz az de trans transmi miti tirr ór órde denes nes al lec lector tor.. Adicionalmente, un middleware y en backend un sistema ERP de gestión de sistemas IT son necesarios para recoger, filtrar y manejar los datos.
36
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
El siguiente siguiente diag d iagrra ma d escri escribe be los eleme elementos ntos d el RFID: RFID: Figura 16: Elementos de RFID
Fuente: Consultoría KISDI - Korea Tabla 6: Descripción de los elementos de RFID
TIPO TIPO
DES DESC RIPC IPC IÓN
Air Interface
Son especificaciones técnicas relativas a la interfaz de conexión inalámbrica entre la etiqueta RFID y el lector.
Code System
Sistema istema de d e c ódigo ód igo de identifi identificc ac ión que se registr registra a en las la s etique etiquetas tas RFID
Middleware
Software para intercambio de datos y procesamiento común aplicable a varios RFID
Applicable Interface
Interfaz para la comunicación entre el lector RFID y el sistema servidor
Network
Función de servicio de red requerida en la operación del servicio RFID
Data protección
Función de protección de datos requerido en la etiqueta RFID, lector lec tor y sis sistema temass apli ap licc a b les. les. Fuente: Consultoría KISDI - Korea
Es importante destacar que la frecuencia de trabajo de la etiqueta y de los lectores c ondic ondiciiona las car ca ra c ter teríísti ticc as fífísic as de pr p rop opag aga a c ión del d el campo c ampo elec electtromag omagnéti néticc o y, por tanto, las de la transmisión de los datos, tipo de acoplamiento, distancia máxima de lectura, velocidad de transmisión y sensibilidad a los materiales. Estas características condicionan también las aplicaciones comerciales para las que se puede utilizar la tecnología RFID. 37
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
En la siguiente tabla se indican las aplicaciones comerciales más usuales de la tecnolog tec nología ía RFID ID.. Tabla 7: Aplicaciones de la tecnología RFID según la frecuencia de trabajo
FREC FR ECUE UENC NCIA IA DE TR T RAB ABAJ AJ O
A PLI PLIC C AC IO IONES NES US USUALE UALES S
135 KHz (LF)
13.56 MHz (HF)
860-960 MHz (UHF)
2.4GHz, 5.8GHz
C ont ontrrol de ac c es eso o Identificación de animales Control antirrobo en coches C ont ontrrol de ac c es eso o Bibli bliotec otecas as y contr c ontrol ol de d e do docc um umentac entaciión Pago Pag o en e n medios d e trans transpo porrte C ontr ontrol ol de eq equi uipa pa je en avi a viones ones C a d ena enass de sumi uminis nistr tro o Trrazabil T azabiliida d de obj ob jetos de valor C ontr ontrol ol anti a nti fa fa ls lsif ifiic a c ión Automati Automa tizza c ión de d e las tar tarea eass d e invent nventa a rio Pago Pag o de pea jes en aut a utop opiistas Pag o de pe Pago peajes ajes en aut a utop opis istas tas Rastr Ras treo eo d e vehí ve hícc ulos
Fuente: Consultoría KISDI - Korea
La correcta elección de las aplicaciones de la tecnología RFID para Ciudades Inteligentes deberá ser asesorada por fabricantes especializados teniendo en c uenta la regulac ión en el uso uso de d e las fr frec ec uenc uenciia s.
6.1.5 REDES DE VIDEO VIGILANCIA PARA CIUDADES INT INTELIG ELIG ENTES ENTES La s c iud iud a des de s intel inteligentes igentes nec esit esita a n ser ser monit monitorea oreada da s en todo to do momento, de d e manera tal que se disponga de información en tiempo real para el análisis y toma de decisiones. Un sis sistema tema de d e video vide o vigila vigila nci nc ia pa ra c iuda iuda des de s intel inteligentes igentes debe de be c onsider onsidera a r:
Monitorear lugares importantes, como los edificios comerciales, los bancos, los c orreo orreoss y la la s esc esc uelas uela s, en forma forma d imens imensiona ional.l. Apli Ap licc a r divers diversos métod métodos os de vigil vigila a ncia nc ia ba b a sa dos do s en: -
Alarmas Vide Video o vigil vigilanc anc ia Conexión de alarmas
Promo Promover ver la la inform informa a tiz tiza c ión y detec d etec tar potenc po tenciales iales eventos en tiempo tiempo real. ea l.
Garantizar la seguridad dentro de la ciudad. 38
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
A continuación describiremos al Sistema de Circuito Cerrado de Televisión (CCTV System por sus siglas en inglés), que consiste en dispositivos electrónicos u otros diseños, construida o adaptada para supervisar o grabar imágenes dentro o en las proxim proximidad idad es de locales loc ales..
SISTEMASCCTV SISTEMAS CCTV PARA CIUDADES CIUDADESIN INT TEL ELIIGENTES Los sistemas CCTV permiten monitorear la ciudad a través de cámaras de video vigilanc vigilanc ia estr estra a tégica tégic a mente dis d istr tribuida ibuidass. La selec selec c ión de los tip tip os d e cá c á mara PTZ PTZ, Domo, Semi Domo y Fijas, dependerá del nivel de detalle, alcance y calidad de ima ima gen ge n que q ue se se des de sea obs ob servar. ervar. Asimismo, es necesario realizar el dimensionamiento de la red considerando el ancho de banda que consumirá cada cámara, para este fin se debe definir la calidad de la imagen que se va transmitir (HD, FHD, etc.) y la simultaneidad en el uso de cámaras, es decir, el número de cámaras transmitiendo en simultáneo. Como resultado del dimensionamiento se definirá si será necesario utilizar redes de fibra óptica para interconectar las cámaras o en su defecto, la utilización de enlaces microondas de alta capacidad. En ambos casos, las imágenes serán transportadas hacia el Centro Integrado de Seguridad para su almacenamiento y análisis. Los sistemas avanzados de video vigilancia utilizan cámara IP y se configuran soluciones que permiten grabar, gestionar y visualizar imágenes detalladas de Alta Definición (HDTV 720p, 1080p o 5 Megapíxel) a través de todo tipo de infraestructura (Ethernet, WiFi, WiMAX, LTE, etc.). Figura 17: Componentes de los sistemas CCTV
Fuente: Seguridad Urbana - Indra
39
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
CONSIDERACIONESD CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA SISTEMAS SISTEMASCCTV CCTV Para el dis d iseño eño d e sistemas CC TV se se rec omienda c onsider onsidera a r el sigui siguiente ente diagrama d iagrama d e flujo: Figura 18: Diseño de sistemas CCTV
Diagrama de flujo Elab Elaborac oración: ión: Minist Ministerio de Transportes y Comunicac omunicac iones (MTC)
SITESURVEY SITE SURVEY ((ESTUDIO DE SITIO): Como trabajo previo se debe realizar un estudio de sitio para determinar la ubicación de las cámaras, la necesidad de instalar iluminación adicional a las cámaras, determinar la provisión de energía eléctrica, determinar la existencia de infraestructura para su instalación o la necesidad de realizar adecuaciones previas y las facilidades de espacio para realizar los trabajos de mantenimiento de manera periódica. El trabajo de Site Survey incluye la realización de planos donde se indique la ubicación exacta de las cámaras y el rec orrido orrido de la fibra fibra ópti óp ticc a nec esa esa ria pa p a ra su inter intercc onex one xión. Si Si la la inter intercc onex one xión entr e ntre e las c á mara mara s y el centr ce ntro o de c ontrol ontrol es vía vía enlac es mic mic roonda oo ndass, se se deb d ebe e indica indic a r en los planos pla nos la ubica ubic a c ión de los enlac es requer eq ueriidos do s.
SELECCIÓN DEL EQUIPAMIENTO: Durante la etapa de diseño y selección de equipos, se debe considerar las especificaciones técnicas de los componentes individuales, así como la compatibilidad y desempeño durante la operación con otros otros c ompone omp onentes ntes..
CÁMARAS Y CÁMARAS Y LENTES: Se deben elegir cámaras y lentes que sean compatibles y deben ser seleccionados teniendo en cuenta que debe identificar a cualquier per pe rsona u obj ob jeto y a las c arac terí terístic tic a s a mbientales del de l área área que se van va n a c ubrir ubrir.. Dentr Dentro de los par pa rá metr metros que se se deb d eben en de d e c onsi onsider de ra r par pa ra la elecc ión de c ámar áma ras tenemos: Sensibilidad a la luz, campo de visión, iluminación adicional, carcasas de protec proteccc ión y sop sopor ortes tes,, rotac rotac ión c ompleta ompleta y veloc velociidad da d de rotac ión requer eq ueriida .
40
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
REQUIS REQ UISIT ITO O S DE ENERGÍA:
Se debe considerar los requisitos de alimentación del sistema, esto incluye: definir si será conexión eléctrica local o centralizada, la distancia límite del cableado de energía recomendado por el fabricante, considerar energía de respaldo, considerar la posibilidad de utilizar sistemas Power over Ethernet (PoE) de alta potencia para ciertas cámaras, especialmente para aquellas con iluminadores incorporados, funciones de calentador o cámaras PTZ c on rotac ión motori motorizada ad a .
RENDIMIENTO DE DELL VIDEO: El diseño global del sistema y los equipos utilizados deben tener en cuenta la necesidad de alcanzar los niveles de rendimiento esperados durante la etapa de funcionamiento. Esto incluye considerar la velocidad de los fotogramas (frame rate), la resolución y calidad de las imágenes en vivo y grabadas, tanto para la visión humana como para el análisis a utomatiz utomatiza d o de los vide videos. os.
CARACTERÍSTICAS DE ALMACENAMIENTO: El diseño global del sistema y los equi eq uip p os uti utilliza iza d os debe de ben n tener en c uenta la nec esida esidad d de a lca nza nza r los niveles niveles de rendim end imient iento o espe esperra dos do s durante la etapa etap a d e funciona func ionami miento. ento. Es Esto incl inc luye cons c onsiider de ra r la velocida veloc idad d d e los fotogr fotog ra mas (fr (fra me ra ra te), la la resoluc esolución ión y c a lidad ida d de d e las imá imá genes ge nes en vivo y grabadas, tanto para la visión humana como para el análisis a utomatiz utomatiza d o de los vide videos. os.
PRES PRE SENT NTA A C IÓ IÓN N DE LA IMAGEN: El dispositivo de presentación de imágenes (multipantallas) debe ser seleccionado después de definir el nivel de detalle requerido por las cámaras para identificar, reconocer, detectar o controlar. Se debe tener en cuenta si las pantallas serán utilizadas para visualizar mapas, planos, lista de dispositivos, estado del sistema, condiciones de alarma, etc. Para superficies de visualización más grandes, la resolución de la pantalla puede ser definido de a c uerdo uerdo al tamaño ta maño míni mínimo mo visible visible de d e un pixel. pixel. Cuand C uando o se vis visualiz ualiza n imá imá genes ge nes en las la s que está presente una cantidad significativa de movimientos (por ejemplo tráfico vehicular), las tasas de refresco de pantalla y resoluciones deben ser adaptados a la ima ima gen ge n fuente. fuente.
DISEÑO DE DELL SIST ISTEM EMA A Y ELABORACIÓN DE DELL PLAN DE SIT ITIO IO:: El
diseño debe tener en cuenta los requerimientos definidos para el sistema y considerar la ubicación de las cámaras identificados en las etapas anteriores. En esta etapa se debe elaborar un plan de sitio, que es un dibujo de ingeniería que detalla las mejoras propuestas incluyendo ubicaciones de los diferentes componentes claves, por ejemplo la características de las cámaras (incluyendo campo de visión), y las posiciones preestablecidas, detectores (incluyendo alcance y cobertura), salas de c ontrol, ontrol, fuentes de a limentac limentac ión, inter intercc onex one xiones, iones, etc . El sis sistema tema dis d iseña eñad d o debe de be esti estipular pular la la s c ondi ond ic iones one s d e prueba en que q ue se se d ebe eb e utili utilizza r cualquier imagen. Por ejemplo, si el sistema se utilizará tanto en condiciones diurnas y nocturnas, las pruebas independientes deben realizarse para las diferentes c ondiciones ond iciones de luz. uz. Cualquier cambio en los planes de sitio, planes de instalación, diseños de sistemas y arquitectura lógica debe ser incluido y adjuntarse a la documentación final y debe incluir los permisos de cambio y riesgo durante el proceso de instalación.
41
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA LA IMPL IMPLE EMENTAC IÓ IÓN N DE UN SISTEMA INTEGRADO DE CCTV SYSTEM A continuación describiremos algunas consideraciones técnicas para implementar una solución con CCTV System teniendo en cuenta las propuestas de algunos fabricantes que diseñan sistemas integrados de video vigilancia. La solución que se implemente ya sea a pequeña escala o gran escala, debe soportar networking centralizado por capas que integre unidades periféricas (PU), redes, dispositivos de almacenamiento, computación y almacenamiento en nube y que cuente con gran escalabilidad. Las características de esta solución en p a rtic tic ular ula r so n las la s siguientes iguiente s:
Debe tener una plataforma abierta unificada de diseño modular por capas de alta alta c ompati ompa tibil biliida d. La solución debe utilizar interfaces y protocolos abiertos y estandarizados para video, audio y transmisión que cumplan con los estándares internacionales e industriales. Debe considerar mecanismos de protección, gestión de ancho de banda y ba jo retardo retardo de tra tra nsmi nsmissión que q ue c umpla c on los req requer uerim imient ientos os d e c onfiabil onfiab ilidad idad y calidad. Se recomienda utilizar la tecnología de almacenamiento en nube y plataformas de computación que garanticen el almacenamiento confiable, con c apac ap ac idades da des de bús b úsqueda queda efectiva. efectiva. El sistema debe permitir detectar y grabar en forma automática a los vehículos que infrinjan las normas de tránsito. El sistema debe permitir la integración con el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y el Sistema Georeferencial (GIS) para atender emergencias precisando su ubicación a través de mapas georeferenciados. Figura 19: Solución de video vigilancia para municipalidades
Fuente: Huawei (IVS)
42
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
La solución integral debe considerar la construcción de un centro integrado de seguridad y emergencias que centralice la atención y monitoreo de alarmas, así c omo el e l c ontrol ontrol y la vigilancia vigilancia d e la c iuda iudad. d. El Centro Integrado de Seguridad y Emergencias debe albergar los sistemas de vid vid eo vigil vigila a nci nc ia , el si sistema de a tención tenc ión por p or GIS/ GIS/ G PS y un si sistema de d e a la rmas, mas, que a su vez, formen parte de los equipos de respuesta en caso de emergencia de los depa de parrtamentos de bombe bo mberros, os, de la pol po licía y de trá trá nsit nsito. o. La s c á mara mara s de video vigil vigila ncia nc ia estar estará á n interc nterc onec one c tada tad a s a travé travéss de enl e nlac ac es microondas o fibra óptica, según sea el caso, al Centro Integrado de Seguridad y Emergencias construido dentro de la ciudad con el fin de recibir y analizar las imágenes capturadas por el sistema de CCTV. Esta información será analizada por personal especializado para informar a la policía, bomberos o tránsito en caso de una emerge emergencia ncia para p ara la la ac a c c ión inm inmed ediia ta.
6.1.6 SIST ISTEM A S SC A DA PAR PA RA C IUDADES IUDADES INTE INTELIGE IG ENTE NTES Las soluciones automatizadas para monitorear y controlar las redes eléctricas, redes de agua y redes de hidrocarburos permitirán a las ciudades inteligentes reducir el consumo energético y las emisiones contaminantes, mejorando la calidad del servi ervic io y la la sa tis tisfac c ión de la pob p oblla c ión. Actualmente las ciudades enfrentan grandes retos en lo relacionado a eficiencia energética, la integración de múltiples instalaciones heterogéneas o la monitorización de procesos. El sistema SCADA es una excelente solución para gestionar los recursos de la ciudad mediante procesos eficientes, puntos claves dent de ntrro del de l conc c oncep epto to de d e C iudade uda dess Intel Inteligent igentes es.. Los sistemas SCADA, son sistemas computarizados que procesan información proveniente de campo, en tiempo real, y que pueden controlar y monitorear infraestructuras industriales, o procesos continuos de producción, transporte, generación, redes eléctricas, de gas, de petróleo, de productos refinados, de agua, de telecomunicaciones, etc. Permiten monitorear y controlar variables en áreas físicamente alejadas unas de otras en grandes zonas geográficas a través de un conjunto de elementos de software y hardware que permiten una comunicación bidirec bidirec c ional con c on los elementos elementos de c ampo amp o en tiempo tiempo real ea l.
43
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Un sis sistema SC ADA se c ompone omp one d e var va rios sub subssistema istemass: Tabla 8: Subsistemas SCADA
SUBS UBSIST ISTEMA EMAS
DESC DESC RIPCIÓ RIPC IÓN N
Interfaz HombreMáquina (MMI)
Son los d isp isp ositi ositivos vos y elementos de softwar oftwa re q ue le perm p ermit iten en a l operador estar en comunicación en tiempo real con el proceso, sus variables, fijar límites de supervisión y alarma, tomar decisiones en situaciones críticas, hacer diagnósticos, tendencias, pronósticos, mantenimientos programados, etc.
Sistema de Computo
Adquiere la información proveniente del proceso y envía c omando oma ndoss de c ontrol ontrol al a l sis sistema tema c entra entra l.
Unidades Reciben las señales en tiempo real de todos los sensores del Ter Termi minales nales Remotas proceso y los convierte en señales digitales enviando los datos (RTUs) al C entro entro de C ontrol. ontrol. Controladores Lógicos Programables (PLCs)
Ejecuta en forma autónoma procesos o rutinas en forma independiente de la Computadora Maestra, o Centro de Control.
Infr Infra estr estructur uc tura a de Comunicaciones
Permite la conectividad de las RTUs con el Centro de Control. Es una red de fibra óptica, respaldada por una red de c omunic omunic a c iones vía vía sa télite. télite.
Instrumentación de campo
Monitorea las variables que participen en el proceso a controlar. Convierte señales analógicas en señales digitales mediante transductores. Fuente: Sc heider heider Elec Electtric
Para que un sistema de monitorización y control adquiera la denominación de SCADA debe soportar protocolos de comunicaciones normalizados (OPC) e implementar capacidades de gestión de alarmas e históricos de las variables de proceso. Es necesario también que incluya gestión de usuarios y permisos, a la vez que p otentes edit ed itores ores gráfic gráfic os de pantall pa ntalla a s y gener gene ra c ión de d e informes informes..
44
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes Figura 20: Monitoreo de redes eléctricas, agua, hidrocarburos mediante sistemas SCADA
Fuente: www.t www.tec ecnolog nologiatotal.net iatotal.net
La impor impo rtanc ia d e los sis sistema temass SC ADA en el c o ntrol ntrol del d el sumi suminis nistr tro o d e servicio ervicioss críticos, como la energía eléctrica o el agua potable, hace que se conviertan en sistemas estratégicos. El empleo cada vez más generalizado de los sistemas SCADA constituye una realidad en la infraestructura de muchas ciudades y para afrontar este este nuevo reto, las Ciu C iud d a des de s Inteli Intelige gent ntes es deben deb en estar estar prep prepa a ra da s.
NOLOGÍAS ÍAS IDENT IDENTIFIC IFICA ADAS DAS PARA LA C APA DE RED 6.2 TECNOL El tr tráfico áfic o d e red gener ge nera a do por po r la s redes ed es de sens sensores ores,, la la s redes ed es de c á mara mara s de vide video o vigilancia y toda información que se curse en las ciudades inteligentes, deben ser soportados por redes de transporte y acceso de banda ancha de alta eficiencia, garantizando que la información llegue a su destino con alta velocidad y sin sufrir distor distorssiones en el ca c a nal de c omunic omunic ac ión. En ese ese sentido, sentido, el e l diseño diseño y cons c onstr truc uccc ión de C iuda iuda des de s Inteli Intelige gent ntes es d ebe eb e c onsider onsidera a r la instalación de medios de transmisión alámbricos e inalámbricos, considerando la infr infra estr estruc uctur tura a nec esaria esaria pa p a ra su instala instalacc ión. Para cumplir con este objetivo se debe desplegar redes de fibras ópticas a lo largo de la ciudad el cual será la columna vertebral de la red de comunicaciones, así mismo, para brindar el acceso a los servicios inteligentes, se debe utilizar redes inalámbri nalámbric as avanzad avanzadas as que p ermi ermitan tan la c onec tivi tivida dad d ubicua. ubicua . Las redes comerciales de los operadores de telecomunicaciones ayudan al propósito de brindar acceso de banda ancha a los pobladores, pero es necesario gar ga rantiza antiza r la c ober ob ertur tura a en toda to da la c iuda iuda d de lo c ontrari ontrario o los servi ervicc ios inteli intelige gentes ntes no lleg llega a rá n al 100 100% de la pob p oblac lación. ión. La instalación de la fibra óptica debe ser armonizada respetando el entorno arquitectónico de la ciudad sin impactar el medio ambiente, es por esto la importancia de planificar su instalación considerando en primera instancia canalizaciones subterráneas a lo largo de la ciudad. En caso no sea factible realizar c a naliz nalizac iones subterr ubterrá neas nea s, un por po rc entaje de d e la red de fibra fibra pod p odrría ser ser aérea.
45
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
De la misma manera, la implementación de redes de acceso inalámbrico deberá considerar la instalación de equipos de pequeñas dimensiones como las denomin de nomina a das da s “small “small cel ce ll” y el uso uso de a ntenas mimeti mimetizza da s de fábr fáb ric a . A continuación se describirán las consideraciones técnicas para la implementación de redes ed es de fibr fibra a ópt óp tic a y tec tec nologías de ac c eso eso pa ra c iudade uda dess inteli ntelige gent ntes es..
REDES DE FIB FIBR RA Ó PTIC PTICA A PAR PA RA C IUDA IUDADES DES INTE INTELIGE IG ENTE NTES 6.2.1 REDES La elección del tipo de fibra óptica a utilizar dependerá de la aplicación que se le va a dar, es decir, si va a utilizarse como una red de transporte que va a cubrir largas distancias se debe utilizar fibras del tipo monomodo, y si se va utilizar como red de acceso para brindar conectividad al usuario final en tramos cortos, las fibras del tipo multimodo son las más recomendables. En ese sentido, podemos agrupar los tipos de fibras ópticas de la siguiente manera: Figura 21: Tipos de fibra óptica
Fuente: Fiberhome
Para proyectos de telecomunicaciones de redes Metro los fabricantes de fibras ópticas recomiendan utilizar el tipo G.652D y para proyectos FTTH recomiendan la fibra G.657.A1 porque tiene bajas pérdidas por atenuación. Así mismo, para c a b lead lea d os inter internos nos (ind (indo o o r) se se rec o miend mienda a utili utilizza r la fibra tipo G .657 .657.A2 .A2 o G .657 .657.B .B3. 3. Figura 22: Fibras para redes Metro y Acceso
Fuente: Furukawa
OLT ONU CO LCO
: Terminal de Línea Óptica Unida da d de Red Ó ptic ptic a : Uni O ficc ina C entra entra l : Ofi O ficc ina C entra entra l Loc a l : Ofi
46
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Respecto a las fibras multimodo, recomendable para redes LAN y sistemas de comunicaciones de corto alcance, el fabricante Fiberhome recomienda utilizar las fibras del tipo OM, donde las distancias máximas de aplicación varían en función a la veloc idad d e tra tra nsmi nsmissión de d e la fibra. fibra. Tabla 9: Distancias típicas de uso en fibras multimodo
TIP TIPO O DE FIBR IBRA
DISTANCIA DE TRANSMISIÓN PARA PA RA 1GB 1G BPS
DISTANCIA DE TRANSMISIÓN PARA 10GBPS
OM1
275m 275m
32m 32m
OM2
800m
150m
OM3
1000m
300m
OM4
1100m
550m
Fuente: Fiberhome
SOLUC UCIO IONES NES DE FIBR IBRA A ÓPTIC ICA A SUG UGER ERIDA IDAS S PARA FFTX “La “La soluc ión FT FTTx es un a e xpre sión g e né ric a p a ra a sig na r arq uitec tura s e n red e s d e tra tra nsm nsm isión d e a lto d e sem p eño, b a sa d a s e n te c no lo g í a óp tic tic a . So So n red es tot a lm e nte p a siva s, tam b ié n lla lla m a d a s re d e s PO N (Pa (Pa ssive O p tic tic a l Ne tw o rk). k). De un a m a ne ra g e ne ra liza d a , en la Sa Sa la d e Eq Eq uip uip os (CO - Ce ntral Offic Offic e ) la la se ñ a l es tra tra nsm nsm itid tid a p or una red óp tic tic a d on d e e n una reg ión p róxi óxim a a los susc usc rip tores, tores, la la se ñ a l ssee d ivid ivid e y e s tran sm itid itid a a los Te rm ina les d e Re d Óp tic tic a O NTs NTs (O p tica l Ne tw o rk Te rmina l) lo c a liza d a e n lo lo s re sp e c tivos susc usc rip to re s” (Guía de Aplicación
FTTX, Furukawa, s.f., p.01).
Figura 23: Soluc iones iones FFTx sobre sobre redes redes PON
Fuente: Furukawa
OLT ONU ONT CO LCO
: Terminal de Línea Óptica Unida da d de Red Ó ptic ptic a : Uni Termiinal de Red Ó ptica : Term O ficc ina C entra entra l : Ofi O ficc ina C entra entra l Loc a l : Ofi
47
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Una red de transmisión basada en la arquitectura PON está compuesta por los siguientes iguie ntes seg segmento mentoss: Figura 24: Segmentos de redes PON
Fuente: Furukawa
SALA DE EQUIPOS/ C ABE ABEC C ER ERA A : “Es el
loc loc a l d on d e e stán insta insta la d o s e l e q uip uip o d e tra tra nsm nsm isión óp tic tic a (OLT (OLT) y e l Dis Distri trib uid uid or Óp Óp tic tic o G e ne ra l (DG (DG O ) re re sp on sa b le p o r la la transición entre el equipo de transmisión y los cables ópticos troncales de (G uía d e Apli Ap licc a c ión FTT FTTX, Fur Furuk uka a wa, wa , s.f. s.f.,, p.0 p .02). 2). tra nsm nsm isión” isión” (Guía
RED Ó PTICA TRONCAL/ FEEDER: “C o m p u e stst a
b ásic a m e n t e p o r c a b le s ó p t ic ic o s q u e lle va n la seña l de la Sa Sa la d e Eq uip o s ha sta lo s c e ntros d e d istr istriib uc ión. Es Esto s c a b le s óp ó p t ic o s son so n ind ic a d o s p rio rita rit a ria m e n t e p a ra in st a la c ión ió n sub t e rrán e a e n e l in t e rio r d e lí ne a s d e c o nd uc to s o sub d uc tos y e n insta insta la c io ne s a é re a s, de va na d os p or m en sa jero. Pa Pa ra red es PO N, la s fib fib ra s óp tic tic a s util utiliza d a s so n d el tip tip o m o no m o d o ”
(Guía (G uía d e Apli Ap licc a c ión FTT FTTX, Fur Furuk uka a wa, wa , s.f. s.f.,, p.0 p .02). 2).
PUNT UNTO O S DE DISTRIB DISTRIBUC UCIÓ IÓN N: “Pa ra
op tim tim iza r el ap rove c ha m iento d e fib fib ra s óptica s, la la s re d e s PO N no rm a lm e nte se p re se nta n e n to p o lo g í a Estrella trella -Dis -Distribu tribu id a . En En e sta c o nfig nfig ura ura c ión, los los p unto s d e d istri trib uc ión ha c en la d ivis visión d e la se ñ a l óp tic tic a e n áre a s m ás d ista n t e s d e la c e n t ra l, d ism in u y e n d o e l n úm e ro d e f ib ra s ó p t ic a s p a ra a te nd er a e sto s a c c eso eso s. En En e ste loc a l son son insta nsta la d os p eq ue ñ o s a rm a rios óp tic tic o s d e d istri trib uc ión a soc ia d os a d ivis visores óp tic tic os. os. En En e ste p unto d e d istri trib uc ión e s he c ha la d ivis visión, d istri trib uc ión ión y la g erenc ia d e la seña l óp óp tic tic a a soc ia d a a esta esta áre a . De fo rm a a lt e rn rn a d a , e st st o s a rm a rio s p u e d e n se se r c a m b i a d o s p o r c a ja s d e e m p a lm e a so c ia d o s a d ivis iviso re s óp tic tic os p a ra uso uso e sp ec í fic fic o . Esto s d ivis ivisore s óp tic tic o s d e b e n te ne r e xc e le nte (Guía de d e Aplic Aplic ac ión esta esta b ilid a d té rm ic a , uniformid uniformid a d y b a ja s p erdid a s d e inse nse rc ión” (Guía
FTTX, Furukawa, s.f., p.02).
RED Ó PTICA DISTRIB RIBUC UCIÓ IÓN N: “ C om p ue sta
p or c a b le s óp tic tic os, os, llllev a n la seña l de los c e ntros d e d istrib trib uc ión a la s áre a s e sp e c í fic fic a s d e a te nc ión. Es Esto s c a b le s norma lm ente son a uto sop sop ortad os c on núc núc leo sec o p a ra fac ilita r la insta nsta la c ión.
48
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Asoc Asoc ia d os a estos estos c a b les, es, sson on util utiliza d os c a ja s d e e m p a lm e p a ra d eriva eriva c ión d e las fib fib ra s p a ra una d istri trib uc ión m ejorad a d e la seña l. Ca ja s d e e m p a lm e ta m b ié n nom b ra d a s d e NAP (Netw (Netw ork Ac c ess ess Point), oint), sson on p uestos uestos p a ra la d istri trib uc ión d e la se ñ a l rea liza nd o la tra tra nsi nsic ión d e la red óp tic tic a d e a lim en ta c ión a la re d term ina l, tam bié n c o n o c id a c o m o r e d d e b a ja d a ” (Guía de Aplicación FTTX, Furukawa, s.f.,
p.02).
RED Ó PT PTIC ICA A DE A COMETIDA : “C o m p u e st st a
p o r c a b le s ó p t ic ic o s a u t o so so p o r ta ta d o s d e b a ja c a ntid ntid a d d e fib fib ra s. Deb id o a la s g ra nd es restr estriic c ione s d e esp esp a c io y utili utiliza c ión de conductos ya existentes, normalmente son utiliza das fibras ópticas de c a ra c te rí stic a s e sp e c ia les p a ra e vita r la la p é rd ida d e se ñ a l p o r c urva tura s acentuadas. Otra alternativa es la utilización del cable de acometida para a p lic a c ión en c ond uc to sub sub terrá terráneo ” (Guía (G uía d e Apli Ap licc a c ión FTT FTTX, Furukawa Furukawa , s.f. s.f.,, p.0 p .02). 2).
RED INTERNA: “A
p a rtir tir d e l b lo q ue o óp tic tic o (FO (FO B) o d istri trib uid uid or interno óp tic tic o (DIO (DIO ), so n u tili tiliza d a s e xten sione s o c o rd o ne s óp tico s p a ra re a liza iza r la la tran sic ión d e la se ñ al óp ó p t ic a d e la fib ra a l re c e p t o r in t e rno rn o d e l a b o n a d o . Po r la l a s m ism ism a s ra zo n e s d e restr estriic c ión d e esp esp a c io y util utiliza c ión d e c on d uc tos exis existente s internam ente a la c a sa d el ab on a d o, la la s extensi extensione s y c ordo nes óp tic tic os son hec ha s en fib fib ra óptica flexi flexibb le”
(Guía (G uía d e Apli Ap licc a c ión FTT FTTX, Fur Furuk uka a wa, wa , s.f. s.f.,, p.0 p .03). 3).
Los principales modelos de arquitectura FTTx que se desarrollan actualmente son:
FTTB – Fiber-To-The-Building (Fibra al edificio) FTTA – Fiber-To-The-Apartment (Fibra al apartamento) FTTH – Fiber-To-The-Home (fibra a la casa)
SOLUCIÓN FTTB– B– FIBER FIBERT TO THE BUILDING “FT “FTTB es una a rq uitec uitec tura tura d e red d e transm transm isión óp tic tic a , do nd e la red d e b a ja d a t e rm rm i n a e n la la e n t ra ra d a d e u n e d i fific io ( c o m e r c ia ia l o re si sid e n c ia l ). ). A p a rt irir d e e st st e p u n t o term ina l, el a c c eso eso interno a lo s usua usua rios es no rm a lm en te h e c ho a tra tra vé s d e u na re d (G uía de Apli Ap licc a c ión FTT FTTX, Fur Furuk uka a wa, wa , s.f. s.f.,, p.0 p .04). 4). m e t álic a d e c a b l e a d o e st ru ru c t u ra ra d o ” (Guía Figura 25: So Solució luc ión n FTTB
Fuente: Furukawa
49
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
SOLUCIÓN FTTA – FIBER FIBERT TO THE APARTMENT “FTTA e s una a rq uitec uitec tura tura d e red d e tra tra nsm nsm isión óptica , d on d e la red red d e b a ja d a entra a l ed ific fic io (c om ercial o resi resid enc ia l) lllleg a nd o a una sa la d e e q uip uip os. os. A p a rtir tir d e e sta sa la, la se ñ a l óp tic a p ue d e sufrir ufrir una d ivis ivisión d e la se ñ a l a tra vés d e l uso uso d e d i v is iso re r e s ó p t ic ic o s, s, p o st e ri rio rm r m e n t e e n c a m i n a d o in d iv id id u a l m e n t e a c a d a h a b it a c ió n u ofic ofic ina . Otras a lternativa ternativa s d e d ivis visión interna interna d el ed ific fic io p ued en ser im im p lem enta d a s p ero si siem p re c a d a ha b itac ión u ofic ofic ina será a tend id o p or una úni únicc a y exclusi exclusiva fib fib ra óp tic tic a , el p unto terminal de a c c eso eso interno interno a los usua usua rios es lleva d o a d en tro tro (G uía d e Apli Ap licc a c ión FTT FTTX, Fur Furuk uka a wa, wa , s.f. s.f.,, p.0 p .04). 4). d e c a d a h a b iti t a c ió n u o f iicc in a ” (Guía Figura 26: Solució Soluc ión n FT FTTA
Fuente: Furukawa
SOLUCIÓN FTTH– H – FIBER FIBERT TO THE HOME “FT “FTTH es una a rq uitec uitec tura tura d e red d e transm transm isión óptica , d on d e la red d e b a ja d a entra e n la la resi esid enc ia d el ab ona d o y e s sum inis nistra tra d o p or una fib fib ra óptica exclusi exclusiva para este acceso. Normalmente entre la red de bajada y la red interna del a b on a d o, es util utiliza d o u n m ini-DI ni-DIO O o u n b loq ue o óp tic tic o (FO (FO B) p a ra rea liza r la tran sición d e la se ñ a l óp tic tic a a l inte inte rior d e la re side nc ia . De sp ué s d e e sta tran sic ión, la seña l es d e b id a m en te sum inis nistra tra d a a tra tra vé s d e una exte nsi nsión o c o rd ón óp tic tic o p a ra e l re c e p t o r ó p t ic ic o d e l a b o n a d o ” (Guía de Aplicación FTTX, Furukawa, s.f.,
p.06).
50
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Figura igura 27: Soluc Soluc ión ión FT FTTH
Fuente: Furukawa
Par Pa ra las soluc soluc iones ione s FFT FFTx se rec omienda miend a utiliz utiliza a r lo lo s siguientes iguien tes tip tip o s d e fibr fib ra : Tabla 10: Tipos de fibra óptica en función a su lugar de instalación
APL AP LICAC IC AC IÓN IÓ N
TIPO DE FIB FIBRA
C ARAC ARA C TERÍS ERÍST TICAS IC AS
Fibra enterrada (Underground)
C a ble tipo tipo S, cable tipo SZ
C a ble c entral entral ranur ranurad ado o helic helic oidal, fibra de alta densidad.
Fib ra aér aé rea (Aerial)
C a ble ADSS ADSS, Cab C able le ti tipo figura figura 8, Ca C a b le SS SSW
Fabricado con elementos totalmente dieléctricos.
C able able de bajada (Drop Cable)
C abl ab le Drop Drop
Estructura de soporte suave, capucha externa fácil de remover.
C a ble inter interior ior (Indoo (Indoorr c able) ab le)
Cable curvado EZ
Cable de baja fricción, fácil de remover la la c ap ucha uc ha exter exterior ior..
Fuente: Fiberhome
6.2.2 REDES DE ACCESO DE ALTA CAPACIDAD PARA C IUDADES IUDA DES INT INTELIG ELIGENT ENTES ES Uno de los principales pilares para la creación de Ciudades Inteligentes la c onforman onforman la la s redes ed es de a c c eso eso inalámbrico inalámbrico de alta alta c apa ap a c idad, idad , ya ya que es e stas red redes es y tecnologías permiten movilidad y conectividad de banda ancha ubicua a los ciudadanos, siendo esto uno de los requisitos claves de las futuras Ciudades Inteli Intelige gentes ntes p ara a c c eder ed er a los servi ervicc ios en c ual ua lquier mome momento nto y en c ualquier luga lugarr. En ese sentido, serán los operadores de servicios de telecomunicaciones quienes deberán desplegar o repotenciar sus redes en toda la ciudad, garantizando c obert ob ertur ura a total, c alidad y contin c ontinui uida da d d e ser servi vicc io. Para Para este este fin, fin, corr c orres espo ponde nderrá a las autoridades municipales brindar las facilidades para el despliegue de la infraestructura de telecomunicaciones respetando las normas vigentes. 51
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
A continuación describiremos la tecnología LTE-Advanced (LTE-A) que a la fecha de elaboración del presente documento es el estándar de redes inalámbricas de banda ba nda ancha anc ha más avanzad avanzado, o, que p ermi ermitte a través de la téc nic nic a de agr ag regac ega c ión de de por po rtadoras tad oras,, obtener ob tener veloc veloc idade ida dess máxim máxima a s de 1Gbps 1Gb ps (@ (@100 MHz) MHz) por p or estac estación ión base, b ase, soport op orta a ndo el trá trá fic fic o de d e da d a tos y video video que se gene g enerra rá en las Ciudade Ciuda dess Inteli Intelige gentes ntes.. Asimismo, describiremos el funcionamiento de las denominadas “Small Cell” y la infraestructura necesaria para su instalación, como equipamiento alternativo para mini minimi mizza r el impa impa c to pa p a isa isa jísti ísticc o d e la c iuda d.
SMALL C EL SMALL ELLS LS Y LTE-ADVANCED (LTE-A): C CO ONC NCE EPTOS BÁSIC ICO OS Y AVA VANC NCES ES POTENC ENCIA IAL LES PARA C IUDA IUDADE DES S INT INTEL ELIG IGENT ENTES Los servicios avanzados de las Ciudades Inteligentes se centran en la integración y el procesamiento de grandes cantidades de datos generadas por fuentes heterogéneas como por ejemplo, el clima, la contaminación ambiental, monitoreo de la c iuda iuda d, entr e ntre e otra otra s fuentes fuentes.. En ese sentido, las predicciones de los patrones de tráfico a nivel de la red siguen siendo extremadamente especulativas, tal es así que el diseño y dimensionamiento de una adecuada infraestructura de comunicación debe tener en cuenta la capacidad de la red a adaptarse a las necesidades de demanda de tráfico y esc esc enar ena rios ca c a mbiantes. mbiantes. Dentro de las consideraciones de comunicación y operación que las redes de las C iuda iuda des de s Inteli Intelige gentes ntes debe de ben n c umplir umplir pode po demos mos menc menc ionar los sigui siguientes entes asp asp ec tos: tos: 1. Interoperabilidad: una tendencia clara es interconectar todas las posibles fuentes de datos a través de una infraestructura global para soportar nuevos servicios, por ejemplo, un servicio basado en la nube. 2. Escalabilidad: la comunicación y la creación de infraestructura de red de una ciudad inteligente debe proporcionar capacidad de banda ancha y alto rendimiento, utilizando arquitecturas capaces de escalar y actualizarse fácilmente a medida que aumentan los usuarios y servicios cuando las redes a lc a nza nza n la la mad ma d urez. urez. 3. Rápido despliegue: el despliegue de nuevas soluciones o mejoras de la infraestructura existente debería ser lo más rápido posible, favoreciendo la instala instalacc ión de d e dis d isp p osit ositivos ivos p equeño eq ueñoss fác iles iles d e instala instalarr. 4. Robustez: vivir en una ciudad inteligente requerirá un gran número de servicios. Como consecuencia de esto, las comunicaciones deben ser lo suficientemente robusta como para proporcionar garantías en la disponibilidad incluso en condiciones extremas. 5. Limitado consumo de energía: los recursos inteligentes de gestión y el impacto ambiental controlado son otros aspectos importantes a tener en cuenta en las Ciudades Inteligentes. A raíz de las recientes actividades en el campo de la denominada comunicación verde, la infraestructura debería tener un impacto a mbiental lim limit ita a do y bajo ba jo c onsumo onsumo de d e ener e nergía gía pa ra reduc ed ucir ir a l mín míniimo los cos co stos de oper op erac ac ión y ges g esti tión. ón.
52
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
6. Acceso Multi-modal: los usuarios deben estar facultados para utilizar los servicios de una ciudad inteligente, independientemente de los dispositivos que estén utilizando. El acceso a los servicios en las Ciudades Inteligentes deberán seguir el principio AAA: Any-time (todo el tiempo), Any-where (en todo tod o luga lugarr), Any-devi Any-de vicc e (cualquier (c ualquier disp disp osit ositiv ivo). o). Teni Teniendo endo en c uenta uenta estas estas c onsi onsider de rac iones de c omunic omunic ac ión, la s C iudade uda dess Inteligentes dependerán en gran parte de la infraestructura de red. Asimismo, la conectividad móvil de banda ancha tendrá que experimentar un aumento de la cobertura y calidad de servicio. En este marco, las Small Cell representarán una tecnología adecuada para hacer frente a estos requerimientos.
SMA MAL LL CEL CELL LS: En la perspectiva de LTE-A, una Small Cell es una estación base de bajo consumo de energía y bajo costo, cuyo principal objetivo es proporcionar una mayor cobertura celular en zonas residenciales y empresariales de manera complementaria a la cobertura de las Macro Cell, así mismo, operar como hot spot en a mbientes al air a ire e lib lib re. Dentro Dentro d e los p rincipa inc ipales les tip tip os de Small Cell C ell tene tenemos: mos: 1. Pico-celdas: Son pequeñas, ligeras y de conexión directamente a una red c entral entral del d el oper op era a dor do r. 2. Femto-celdas: Es una topología específica de Small Cell cuyo objetivo es p roveer ovee r c ober ob ertu turra de c orto orto a lcanc lca nce e en e n ambient a mbientes es inter interior iores es.. 3. DAS (Distribution Antenna System): Los Sistemas de Antenas Distribuidas, se utilizan para agregar cobertura puntual en áreas de alto tráfico en ambientes interiores y exteriores. Diseñadas para una instalación sencilla y un mínimo de impacto visual. Su aplicación está centrada en áreas difíciles de cubrir como edif ed ific icios ios a ltos, ltos, esta esta dios dio s, aer ae ro p uerto uerto s y centr c entro o s c o merc merc iales. iales. 4. Nodos de retransmisión: Utilizadas para ampliar la cobertura de las macro c élula élula s o c ubrir ubrir los huecos huec os de c ober ob ertu turra . Figura 28: Tipos ipos de Small mall Cell C ell
Fuente: Nokia Siemens Network
53
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
En los primeros estudios de viabilidad sobre los sistemas LTE-A y versiones superiores, se asignó un papel clave a las Small Cell respecto a la cobertura de banda ancha futura hasta 25 Gbps/km2 en ambientes urbanos. En tal perspectiva, el uso intensivo de la duplexación por división de tiempo dinámico, agregación de portadoras, coordinación de interferencia y MIMO masivo, incrementarán la capacidad disponible en algunos órdenes de magnitud. Por otra parte, los usuarios que intercambian datos en cada Small Cell experimentarán un aumento en la calidad y experiencia de los servicios, porque los recursos de transmisión son compartidos por un número menor de usuarios móviles en comparación con el caso de las macro celdas. De hecho, la cobertura de radio usando el despliegue de Small Cell permitirá un mejor control del área geográfica de la ciudad y una reducción de la emisión electromagnética en las zonas urbanas (menores niveles de RNI). Figura 29: Comparativo Macro Cell vs Small Cell
C O BERTURA C O N M AC RO C ELDAS
C O BERTURA C O N SM ALL C ELL
Fuente: uente: Published Published online “The role of small cell c ell technolog tec hnology y in futur future e Smart Cit City y app applic lica ations”
Las Small Cell también son consideradas como una solución valiosa para el prob problem lema a de la sosteni ostenibil bilidad idad ec ológica pa ra futu futurra s redes ed es de a c c eso eso inalámbri nalámbric o de banda ba nda anc ha. La La idea de un despli despliegue egue de d e est estac iones bas ba se de d e baja b aja poten p otencc ia, auto-organizados y de bajo costo, ha demostrado que tiene el potencial de incrementar significativamente la capacidad de las redes de telefonía móvil, mientr mientra a s reduc ed uce e el e l cons c onsumo umo de d e ener e nergía. gía.
TEC NO NOL LOGÍA ÍAS S INALÁ INALÁMB MBR RIC ICA AS AVANZ AVANZA ADAS LT LTE-A Y 5G: La tecnología LTE Advanced es un estándar definido por la 3GPP que será una de las princ principales ipales tec tec nologías nolog ías habi hab ilitad litadoras oras del de l ac c eso eso a los servi ervicc ios p a ra las C iudades iudad es Inteli Intelige gentes ntes en el e l ámbito ámbito de d e las la s plataform pla taforma a s d e c omunic omunic ac iones. iones.
54
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
La tecnología LTE-A incorpora múltiples mejoras a la red móvil que se pueden agrupar en tres categorías principales: 1. Permite realizar la agregación de portadoras (Carrier Aggregation) para a p rovec har más más el espe especc tro tro radioeléc rad ioeléctr triic o y aumentar aumenta r la tasa tasa de da tos (bps (bp s). 2. Permite el uso de técnicas de antenas avanzadas para aumentar la eficiencia espectral (bps/Hz). 3. Opera sobre Redes Heterogéneas (HetNets), permitiendo la operación de Macro Celdas y Small Cell de manera sincronizada para incrementar la capacidad y el área de d e c ober ob erttura ura (bps/ (bps/ Hz/ Km2). Aunque cada una de estas mejoras tiene un papel que desempeñar para aumentar la capacidad y mejorar la experiencia del usuario, la mejora más importante proviene de la optimización de las redes HetNets. Tabla 11: Mejoras del estándar LTE-A
DES DESC RIPC RIPCIÓ IÓN N DE LAS M EJ O RAS LTE-A C a rri e r A g g re g a t io io n
Esta técnica combina múltiples portadoras en el dispositivo para proporcionar altas tasas de datos a los usuarios mejorando la experiencia en la navegación por internet y el uso de aplicaciones en teléfonos inteligentes. El estándar define el uso de hasta 5 portadoras sobre 100MHz de espectro radioeléctrico para obtener velocidades de hasta 1Gbps.
Técni éc nic ca de antenas antenas avanzadas Esta técnica hace referencia a los sistemas MIMO que consiste en el arreglo de un conjunto de antenas que permiten incrementar la eficiencia espectral basada en la técni téc nicc a de divers diversidad y mult multipl iplex exa a c ión. El estándar LTE-A define el uso del MIMO hasta 8x8 (8 antenas de transmisión y 8 antenas de rec epc ión).
Redes edes Heterog Heterogéne énea as HetNet HetNet La optimización de redes HetNet es el componente más importante de la tecnolog tec nología ía LTE-A. Las redes HetNet combinan celdas pequeñas y macro celdas para incrementar la c apac ap ac idad da d de la red. red. El estándar LTE-A define herramientas de gestión para controlar y minimizar las interferencias que pudieran existir en las celdas. Fuente: uente: Qualc Qualcomm omm 55
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Las redes y tecnologías avanzadas que se implementen en las ciudades inteligentes deberán ser actualizadas y mejoradas en forma gradual, en base al desarrollo de nuevas tendencias tecnologías desarrolladas por la industria, tal es así que en lo que respec espec ta a las tecnol tec nolog ogías ías de a c c eso eso inalámbr inalámbriic o de d e band b anda a móvil móvil ya se se viene viene trabajando en el estándar 5G que permitirá la conectividad ubicua de alta veloc veloc ida d y de a c uerdo uerdo a lo indicado indica do por po r los expe experrtos de la industr ndustriia y la la a c ad emia emia será la columna vertebral de la nueva economía digital permitiendo la modernización de las ciudades y la industria como el transporte, la salud y los servicios públicos. Se espera que las redes 5G sean implementadas comercialmente en el año 2020 y ofrezc ofrezc a n nuevos nuevo s y mejores mejores serv servic icios ios q ue los lo s ofrecido ofrec idoss a c tualmente c on las red redes es LT LTE. Una d e las la s grandes grande s inter interrroga og a ntes que a ún no son defi de fini nida dass pa ra el estánd estánda a r 5G es la la banda de espectro radioeléctrico sobre el cual se desplegarán los servicios inalámbricos. Las tendencias apuntan al uso de bandas licenciadas y no licenciadas compartiendo espectro en bandas altas para zonas ultra densas des de splega pleg a da s sobr ob re small c ell. ell. Ta Ta l es a sí que los des de sa rrollad ollad ores d e tec nología nolog ía c omo Fujitsu, NEC, Ericsson, Samsung, Nokia, entre otros, vienen desarrollando pruebas exper expe rimenta imentales les en las la s siguientes siguientes banda ba nda s: Figura 30: Bandas de frecuencia experimentales para tecnología 5G
Fuente: NTT NTTDOCO DOC OMO
La tecnología 5G permitirá la masificación de la Internet de las Cosas (IoT) facilitando la conectividad y la gestión de autos, robots, drones y ecosistemas enteros de las ciudades inteligentes. La Industria que será posible gracias a 5G, permitirá a los fabricantes automatizar operaciones de extremo a extremo y establecer nuevas líneas de productos de forma virtual. Con miles de millones de sensores, robots, equipos y máquinas autónomas, todos ellos capaces de comunicarse y operar de forma remota en tiempo real a través de las redes 5G, los fabricantes ganarán en productividad. Lo que implica eliminar las ineficiencias del proceso, garantizar la calidad, minimizar los c ostes ostes y res respo ponde nderr a la d emanda ema nda en tiempo tiempo real. ea l.
56
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
La movilidad conectada será importante para los fabricantes de automóviles, logística, equipos y también para los municipios, ya que se podrían manejar más vehíc vehíc ulos ulos y soluc soluciones iones c on la infra infra estr estruc uctu turra exis existente. tente. La c onduc ond uccc ión a utónoma se convertirá en una realidad y para ello será necesario un sistema de comunicación que conecte los vehículos en el que realmente se pueda confiar, proporcionando latencia cero. Figura igura 31: Tecnología ec nología 5G par para C iudades iudades Int Inteligentes
Fuente: 5G Focus Magazines – European Commission
En la siguiente figura se describen las funcionalidades y características más resaltantes de las tecnologías LTE-A y 5G, tecnologías que permitirán la conectividad ubicua a los ciudadanos, permitiendo acceder a servicios de banda ancha como descarga de video en tiempo real proveniente de las cámaras de video vigilancia, información del tráfico vehicular en tiempo real, información del estado del clima, informaciones sobre situaciones de emergencia y desastres directamente en los terminales móviles (Smartphone). Estas redes serán imp imp lementada lementa da s p or la la s empr emp resa esa s op erado erad o ra s en los lo s p ró ximo imo s a ños. Figura 32: Funcionalidades LTE y 5G
Fuente: NGMN 5G White Paper 57
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
6.3 TECNOL NOLOGÍAS ÍAS IDENT IDENTIFIC IFICA ADAS DAS PARA LA C APA DE DAT DATOS Y SOPORTE Las nuevas tendencias hacia el uso de plataformas tecnológicas abiertas, flexibles, escalables y seguras permiten consolidar y gestionar de forma unificada toda la infraestructura, los datos y los servicios de una Ciudad Inteligente desde el extremo de la red hasta el almacenamiento en Data Center tradicionales o en los nuevos servicios de almacenamiento en nube (cloud). Estas plataformas de nueva generación permitirán no sólo consolidar y gestionar de forma forma c entra entra liz liza d a servic ervicios ios inteli intelige gentes ntes sino sino también ta mbién simplifi implificc a r, ac a c elerar y red reduc ucir ir el coste de despliegue de nuevos servicios gracias a las capacidades de vir virtua tua liz liza c ión, esc esc alabili ala bilida dad d , automati automa tizzac ión y anal ana líti ític a en el e l extr extremo emo de la red. Se estima que en la actualidad hay 15,000 millones de dispositivos conectados a Intern Internet et a esc esc a la globa glob a l. C isc o c a lc ula ula que esta esta c ifr ifra a umenta umenta rá en el e l 20 2020 hasta hasta los 50,000 millones y que un 40% de los datos procederán de sensores y objetos inteligentes. Para entonces, una ciudad inteligente con 1 millón de habitantes generará más de 180 millones de Gigabytes de datos diariamente, de forma que procesar la información en el extremo de la red y conectarla con el cloud será esenc esenciial para p ara c iudade uda dess y paí pa íses de todo el mundo. mundo. Bajo esta prospectiva, en esta sección se describen las nuevas tendencias orientadas al almacenamiento y análisis de datos para las Ciudades Inteligentes, tales c omo: omo : ▪
▪
▪
Data C enter C loud C omputi omputing Big Data Da ta
DAT DA TA C ENTER6 Los Data Centers albergan recursos críticos de computación en ambientes controlados y bajo una gestión centralizada lo que permite a las entidades e instituciones garantizar una operación continua en sus actividades. Estos centros de datos deben tener la capacidad de administrar toda una gama de aplicaciones, dispo disponer ner de un número número d e servi ervido dorres de a p oyo pa ra las oper op era a c iones de red y aplicaciones basadas en protocolos como: FTP, DNS, DHCP, TFTP, sistema de archivos de red NFS, aplicaciones para telefonía IP, streaming de vídeo a través de IP, etc. Los Data Center están conformados por equipos y servidores centralizados que almacenan, gestionan y realizan análisis de datos, utilizando hardware y softwar oftwa re es e sc alable ala ble de d e a lto lto rendim end imient iento. o. La infraestructura para Data Center debe ser diseñada y provisionada considerando la volumetría especifica del trabajo computacional que van a realizar Los Data Center se implementan bajo el estándar ANSI/TIA-942-A “Norma de infraestructura de telec telec omunica omunica c iones pa ra Data C enters enters”. 6
58
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
los equi eq uipo poss pa ra soport op orta a r las a plic plic a c iones de las C iuda iuda des de s Inteli Intelige gentes ntes,, teniend teniendo o en c uenta uenta las tr tra nsa nsa c c iones de c arga arga pico pic o que q ue deb d ebe e realiz realizar por segundo segundo,, así así como co mo la dispo disponi nibil bilida idad d y esc esc a lab ilida lida d. Los Data Centers deben ser construidos con alta confiabilidad y seguridad, protegidos contra riesgos físicos o fallas de infraestructura. Su construcción debe ser plani pla nifi ficc a da pa ra que no haya ha ya inter interrrupc ión en los servi ervicc ios prestad prestados os en la C iuda iuda d. Los proyectos de implementación de Data Centers deben ser modulares, con entornos seguros y con niveles de redundancia Tier II, III o IV, idealizados para evoluc evoluc ionar ona r de ac uerdo uerdo c on las neces nec esiidade da dess de la c iudad. uda d. El Uptime Uptime Insti Institut tute e c lasif lasific icó ó los siguientes a sp ec tos c laves p a ra un Data Da ta C enter ente r: La d isponi po nibil biliida d, c onfiabilid onfiabilid a d, c ostos ostos de c onstr onstruc uccc ión y manteni ma ntenimi miento. ento. Asim Asimiismo, ha definido un sistema de certificación (TIER) de Data Centers basado en cuatro niveles: Tabla 12: Resumen de la clasificación de Data Center
TIER I (Básico) (Básic o)
1. Diseño mecánico, eléctrico y ventilación de una sola ruta, sin c omponentes ompo nentes red redundantes undantes.. 2. Sin piso piso elevado eleva do.. 3. Susceptible a interrupciones de las actividades planificadas o no planificadas. 4. Disponibilidad 99.671%. 5. 28.8 28.8 hora hora s anuales anua les de downti do wntime. me. 6. El tiemp tiempo o de c onstr onstrucc uc c ión es a proxim proxima a da mente de tres tres meses. meses.
TIER II (Componentes redundantes)
1. Dis Diseño mec mec ánico , eléctr eléc trico ico y ventil ventila c ión de una una sola sola ruta uta , c on componentes redundantes. 2. C on piso piso elevado 3. M enos eno s susc usc epti ep tible ble a inter interrrupc iones en c ompa omp a ra c ión al a l Tier 1. 4. Disponibilidad 99.741%. 5. 22.0 22.0 horas anua les de do wntime. wntime. 6. El tiempo tiempo de c onstr onstrucc uc c ión es e s a proxim proxima a da mente d e tres tres a seis meses. meses.
TIER III (Mantenimiento concurrente)
1. Diseño Diseño mec á nico, nico , eléc trico trico y ventilac ventilac ión múlti múltiple, ple, per pe ro solo una ruta activa. 2. Componentes redundantes. 3. Permit Permite e c ualqui ua lquier er mod modif ifica ica c ión de layout y ma ma ntenimiento ntenimiento sin sin interr interrupc upc iones de las a c tivi tivida da des de s operativ op erativa a s. 4. Disp Disp o nibili nib ilid d a d 99.98 99.982% 2%.. 5. 1.6 1.6 hora hora s a nuales nua les de d ownti ow ntime. me. 6. El titiempo de c onstr onstrucc ucc ión es a proxi proximada mad a mente de quinc quinc e a veinte veinte meses.
TIER IV (Tolerancia a fallas)
1. Diseño Diseño mec á nico, nico , eléctr eléc trico ico y ventil ventila a c ión multi multiple, ple, amba a mbass rutas activas. 2. C omponentes ompo nentes redundantes ed undantes.. 3. Tod Todos os los hardwar hardwa res debe de ben n tener tener fuente fuente de ener ene rgía red redundante. undante. 4. Soport op orta a máxim máximo o una falla falla no plani p lanifi ficc a da o event e ventos os c on impa impa c tos en la pérdida de los datos no críticos. 5. 0.4 0.4 hora hora s a nuales nua les de d ownti ow ntime. me. 6. Disp Disp o nibili nib ilid d a d 99.99 99.995% 5%.. 7. El titiempo de c onstr onstrucc ucc ión es a proxi proximada mad a mente de quinc quinc e a veinte veinte meses. Fuente: Estánda Estándarr ANSI/T ANSI/ TIAIA-942
59
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Los Data Center se albergan en edificaciones especialmente construidas y ambientadas para su correcto funcionamiento en lo que respecta a climatización, energía, sistemas de seguridad, etc. A continuación se describen algunos tipos de edi ed ific fic ac iones pa ra Data C enter. enter. Tabla 13: Tipos de edificaciones para Data Center
TIP TIPO O S DE EDIF DIFICAC ICA C IONES IONES PARA DATA DATA CE C ENTE NTER EDIF EDIFIC ICIO IOS S DE MISIÓN CR C RITICA IC A:
Edificios exclusivos dedicados totalmente a l Data C enter ente r y otro otro s entor ento rnos de TI. Son Son proyectados para albergar equipos de TI, TI, telec telec omunica omunicacc iones, ones, da tos, tos, voz e imagen, y proveer los niveles de seguridad y redundancia necesarios para garantizar la alta disponibilidad de las oper op era a c iones. iones.
EDIFICIO IC IOS S MUL MULTIDISCIPL IDISCIPLINA INAR RIOS IOS:
Entornos construidos en edificios compartidos con otros departamentos, donde los riesgos de incidentes son mayores. Estos Data Centers demandan soluciones de seguridad física comprobadamente eficientes, que garanticen la protección de datos y la disponibilidad, independientemente de los riesgos del entorno, con el uso de Salas-Cofres. DAT DATA CENTER PREFABRICA IC ADOS DOS:
MODUL MO DULARES
Construidos outdoor, diferente de los contenedores tradicionales, estos Data Centers tienen la ventaja de no limitarse a tamaños-estándar. Pueden ser c onstr onstrui uid d os par pa ra la nec esidad esidad d e TI TI de la ciudad y ampliados cuando sea necesario. Fuente: Aceco TI - Brasil
60
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
En lo que q ue respe respecc ta a la infr infra estr estruc uctur tura a eléctr eléc trica ica,, un Data C enter nec nec esit esita a ser de a lta lta confiabilidad y disponibilidad. Cuanto mayor es la calidad y el nivel de redundancia d el sis sistema tema,, menor meno r será será su vulnera vulnera bilida bilida d a fallas. fallas. C uando uand o se se pr p royec ta el diseño diseño de un Data C enter se deb d ebe e ex e xplorar varios varios esc esc enar ena rios posibles de la operación considerando la vida útil del Data Center, en ese sentido, se rec o miend mienda a tener tene r en c uenta los siguientes siguientes c riteri iterio o s: •
Determinar la capacidad total para todos los equipos.
•
Anticipar el crecimiento futuro.
•
Busc usc a r so luciones lucio nes esc esc a lables lab les..
•
•
•
•
•
Proyectar un buen sistema de cableado estructurado, que ofrezca desempeño a dec de c uado uad o a sus nec esida esidade dess ac tua tua les y futu futurra s. Utilizar, para los sistemas críticos, cableado redundante en el Área de Distr Distribuc ibución ión pr p rincipa incip a l (MDA) (MDA ) y el Área d e Distr Distribuc ibución ión Horiz Horizo ntal (HDA). (HDA). Utili tilizzar rec rec orridos orridos red redunda undantes ntes c on fib fib ra ópti óp ticc a o c obr ob re. Se debe de be tener un un ba b a c kup d e los equi eq uip p os críti críticc os, os, más los los mód módul ulos os de repues ep uestos tos (obligatorio). Pro Pro yectar yec tar sis sistema temass q ue permi p ermitan tan una total tota l ges ge stió tió n de d e la infra infra estr estruc uctur tura a.
En los data centers de hoy en día, muchas de las tecnologías clave, tales como la vir virtualiza tualiza c ión y el c loud c omputing, omputing, han mejor mejorad ado o en e n gran gran medi med ida la efic efic ienci enc ia y la utilización de los diferentes activos de la infraestructura. Sin embargo, también han intr introduc od ucido ido un nivel nivel muc mucho ho más má s alto de c omplej omp lejida idad d en e n la la red. A medida que las ciudades inteligentes generarán altos niveles de tráfico en la red, el uso de la virtualización optimizará los recursos de hardware de los Data Center, permitiendo crear máquinas virtuales mediante software para gestionar parte de la red en horas de alto tráfico sin necesidad de usar nuevo hardware, lo que se tra tra duc e en e n una red reduc uccc ión de c ostos ostos en equi eq uipa pami miento. ento. En ese sentido, describiremos algunos conceptos asociados al almacenamiento en nube nub e y la virtualiz virtualiza a c ión.
C LOUD CO C OMP MPU UTING : El Cloud Computing, también conocido como “Computación en la Nube”, ha sido definido por el NIST (National Institute of Standards and Technology) c o m o “u “u n m o d e l o d e se r vi v ic io s e sc sc a la b le s b a j o d e m a n d a p a ra la a sig n a c ió n y e l c o n su su m o d e re c u rs rso s d e c ó m p u t o ” . Describe el uso de infraestructura, aplicaciones, información
y una serie de servicios compuestos por reservas de recursos de computación, redes, información y almacenamiento. Estos componentes pueden orquestarse, abastecerse, implementarse y liberarse rápidamente, con un mínimo esfuerzo de ges ge stión tión e inter interac ac c ión por po r par pa rte del proveed proveedor or de C loud C omputing omputing y de ac a c uerdo uerdo a las neces nec esida idade dess a c tuales del de l cliente. cliente.
61
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Figura 33: Representación de la definición de Cloud Computing
Elaboración: Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC) Fuente: National Institute of Standards and Technology - NIST
La prestación de servicios de Cloud Computing puede asociarse a tres modelos específicos. Tabla 14: Modelos de provisión de servicios de Cloud Computing
MODELO
DESCRIPCIÓN Ofrece al consumidor la provisión de procesamiento, almacenamiento, redes y cualquier otro recurso de Infraestr estruct uctura ura c omo cómputo necesario para poder instalar software, servicio (IaaS) incluyendo el sistema operativo y aplicaciones. El usuario no tiene control sobre el sistema de nube subyacente pero si del sistema operativo y aplicaciones.
Plataforma como servicio (PaaS)
Ofrece al consumidor la capacidad de ejecutar aplicaciones por éste, desarrolladas o contratadas a terceros, a partir de los lenguajes de programación o interfaces provistas por el proveedor. El usuario no tiene control ni sobre el sistema subyacente ni sobre los recursos de Infraestructura en nube.
Software como servicio (SaaS)
Ofrece al consumidor la capacidad de utilizar las aplicaciones del proveedor que se ejecutan sobre la infraestructura en la nube. Las aplicaciones son accedidas desde los dispositivos del cliente a través de interfaces, por ejemplo un navegador web. En este caso, el usuario solo tiene acceso a una interfaz de configuración del software provisto.
Fuente: Nationa Nationall Instit Institute ute of Standards tanda rds and Tec hnology hnology - NIST NIST
Dependiendo de cómo se despliegan los servicios en la nube, existen cuatro modelos mod elos que c arac teri teriza n la la implementa implementa c ión de los servi ervicc ios de C loud C omput omp utin ing. g.
62
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Tabla 15: Modelos de implementación de Cloud Computing
MODELO
DESCRIPCIÓN
Nube Pública
Es aquel modelo de Nube en el cual la infraestructura y los recursos lógicos que forman parte del entorno se encuentran disponibles para el público en general o un amplio grupo de usuarios. Suele ser propiedad de un proveedor que gestiona la infraestructura y los servicios ofrec ofrec idos. idos. Ejemplo: Ejemplo: Ser Servi vicc io de d e G oogleAp oo gleApp p s.
Nube Privada
Es aquel modelo en el cual la infraestructura se gestiona únicamente por una organización. La administración de aplicaciones y servicios puede estar a cargo de la misma organi orga nizzac ión o d e un terc terc ero. La La infr infra estr estruc uctu turra a soc ia da puede estar dentro de la organización o fuera de ella. Ejemplo: Cualquier servicio de nube propio de la organización o contratado a un proveedor pero cuyos recursos sean exclusivos para dicha organización.
Nube Comuni C omunittaria
Es aquel modelo donde la infraestructura es compartida por diversas organizaciones y su principal objetivo es soportar a una comunidad específica que posea un conjunto de preocupaciones similares (misión, requisitos de seguridad o de cumplimiento normativo, etc.). Al igual que la Nube Privada, puede ser gestionada por las organizaciones o bien por un tercero y la infraestructura puede estar en las instalaciones propias o fuera de ellas. Ejemplo: El servicio app.goc (www.apps.gov) del gobierno de EEUU, el cual provee servicios de cloud computing a las dependencias gubernamentales.
Nube Hibrida
Es aquel modelo donde se combinan dos o más tipos de Nubes (Pública, Privada o Comunitaria) que se mantienen como entidades separadas pero que están unidas por tecnologías estandarizadas o propietarias, que per pe rmiten miten la la por po rtabi ab ilida lida d de datos da tos y apl ap lic ac iones. ones.
Fuente: National Institute of Standards and Technology - NIST
Debido a que los Data Data C enter trad tradicionales icionales gener gene ra n un alto alto c onsum onsumo o de energía, energía, la c omputac omp utación ión en nube nub e es e s también una de la s princ principales ipales form forma a s de G reen ee n IT, que se refiere al uso eficiente de los recursos informáticos reduciendo así al mínimo los impactos ambientales, contribuyendo a la reducción de las emisiones de consumo de energía energía o de gas ga ses de efecto efec to inver invernad nader ero. o. Se debe tomar ventaja de la convergencia de las tecnologías Cloud, tales como: SaaS (Software como servicio), STaaS (Almacenaje como servicio), IaaS (Infraestructura como servicio), para aumentar la disponibilidad, fiabilidad y segur eg uriida d, proporcionando proporcionand o una ópti óp tima ma c alida alida d de d e ser servi vicc io de d e apli a plicc ac iones par pa ra el gran númer núme ro de d e dis d isp p ositi ositivos vos y p lataform lata forma a s heter hete rogéne og énea a s.
63
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
BIG DATA: Se denomi d enomina na Big Big Data a l conj co njunt unto o d e datos d atos de gran gran volumen, volumen, de gran gran veloci veloc ida d y procedente de una gran variedad de fuentes de información que demandan formas innovadoras y efectivas de procesar la información. Aplica a toda aquella información que no puede ser procesada o analizada utilizando procesos o herramientas tradicionales. Sin embargo es importante entender que las bases de datos convencionales son una parte importante y relevante de las soluciones analíticas. Además, este gran volumen de información existe en una gran variedad de datos, que pueden ser representados de diversas maneras en todo el mundo, por ejemplo de dispositivos móviles, audio, video, sistemas GPS, sensores digitales en equipos industriales, automóviles, medidores eléctricos, veletas, anemómetros, etc., los cuales pueden medir y comunicar el posicionamiento, movimiento, vibración, temperatura temperatura , humedad humeda d y hasta hasta los ca c a mbios químic químic os que sufre ufre el air a ire, e, de d e tal forma forma que las aplicaciones que analizan estos datos requieren que la velocidad de respuesta sea muy rápida para lograr obtener la información correcta en el momento precis prec iso. o. Las ciudades inteligentes están llenas de información, generadas por fuentes heterogéneas en diferentes formatos, granularidad, dinamicidad y calidad. El c onoc imiento miento de este este espa espacc io de d e infor informac mación ión compl co mplejo ejo es vit vital pa ra la c reac ea c ión de de servicios y está ligado no sólo a las cuestiones tecnológicas que subyacen a la centralización, almacenamiento, transformación y análisis de la información, sino que se extiende a cuestiones como la seguridad, la propiedad de los datos gener ge nera a dos do s, la la interop interoper era a bilida bilidad, d, etc. etc .
VIR VI RTUALIZ IZA AC IÓ IÓN N: La virtualización es la creación de una versión virtual de un sistema operativo, un servidor, un dispositivo de almacenamiento o recursos de la red. Es una técnica empleada para el aprovechamiento de los recursos informáticos a través de la cual se consolidan múltiples servidores, aplicaciones o escritorios físicos en un único host, en el que se ejecutan máquinas virtuales. Permite que funcionen varios sistemas operativos en un servidor físico. La automatización de las tareas esenciales asociados a los procesos de computación del núcleo de red, como la administración de servidores de dominio de red (DNS), (DNS), asignac asignac ión de d e dir d irec ec c iones IP (DHCP) (DHCP) y la admini a dminisstra tra c ión de c a mbios y configuraciones en la red, permiten administraciones más dinámicas, eliminando errores de configuración y mejora la seguridad de las redes. La tecnología de automatización es clave para la visualización y el aprovisamiento de las complejas redes de hoy en día y las que existirán de cara al desarrollo de las ciudades inteligentes, especialmente las que dependen en gran medida de máquinas virtuales, enrutadores, switches y direcciones IP que cambian rápidamente.
64
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Figure 34: Modelo de virtualización
Fuente: Universidad de Málaga - España
La tendenc tende ncia ia a nivel nivel de red redes es móviles móviles también va hac ha c ia la vir virtualiz tualiza c ión del de l cor co re de de la red. La funcionalidad basada en software permite a los elementos de red desacoplar las funciones de hardware, manejando funciones y recursos más flexible flexibless e inteligentes. intelige ntes. La virtualización de plataformas puede proveer aplicaciones abiertas para a d minis ministr tra a r funciones func iones utiliz utiliza a ndo nd o rec urs urso s comp c ompa a rtid tid o s. Entre ntre los lo s benefic be neficios ios p otenc ote nciales iales tenemos tene mos:: ▪
▪
▪
Eficiencia en costos y en el uso de energía de extremo a extremo, maximizando el c onjunto de d e recur rec urssos fís físicos ic os co c o munes. munes. Flexibilidad en la implementación, asignación y gestión de recursos. Ec osis osistema tema más amplio amplio per pe rmiti mitiend endo o una rá pida a c tua tua liz liza c ión y mejora mejora s.
7. INDIC INDICA ADO DOR RES C LAVE DE DE DES SEMP MPE EÑO
(KPI)
PARA CIUDA IUDADE DES S IN INT TELIG IGENT ENTES7 Los indicadores clave de desempeño (Key Performance Indicators) son mediciones cuantificables establecidas de antemano a través de métricas y evaluaciones para determinar los posibles impactos de las TIC en la sostenibilidad ambiental, la efic efic ienci enc ia energéti energéticc a, la c alida alidad d de vida vida , los los aspe aspecc tos soc iales iales y económico ec onómicoss de los proyectos proyec tos de c iuda des de s inteli intelige gent ntes es..
7 Grupo Temático de la UIT-T sobre Ciudades Inteligentes y Sostenibles (Focus Group - Smart Sustainable Cities, FGSSC SSC )
65
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
La evaluación de estos indicadores permite monitorear los procesos, resultados y el impacto, lo que permite conocer el grado de implementación de una Ciudad Inteli Intelige gente. nte. Los Los KPI KPI ta ta mbién per pe rmiten miten hac e c ompa omp a ra c iones entre entre c iuda des de s c on el e l fin fin de determinar qué ciudad es más inteligente y sostenible de cara a los desafíos comunes. Las dimensiones y sub-dimensiones de KPIs para ciudades inteligentes pueden ser c a tegor tego riza iza das da s de la si siguiente maner mane ra : Tabla 16: Dimensiones y Sub-dimensiones de KPI
DIMENSIONES
SUB-DIMENSIONES
TIC TIC
C ubre ubre las las ins instalaciones de red red y servicios ervicios de infor informac mación. ión.
Sostenibilidad Ambiental
C ubre el e l medio a mbiente, ener ene rgía y rec rec urs ursos naturales. naturales.
Prod Produc ucti tivi vida da d
C ubre los temas de innova innovacc ión y sostenibil ostenibilidad idad ec onómica. onómic a.
C alidad alidad de Vida Vida
Cubre la comodidad y confort, seguridad y protección, asistencia médica, educación y formación.
Igualdad Igualda d e Inclusión Inclusión Social
Cubre la participación ciudadana, sostenibilidad social y sostenibilidad de gobierno.
Infraestructura Física
Cubre la construcción, transporte, saneamiento y redes de tuberías municipales.
Fuente: Overview of Key Performance Indicator ITU-TFocus oc us Group Group on on Sma Smart rt Susta ustainable inable C ities
Figure 35: Dimensiones de evaluación de KPI para ciudades inteligentes
Fuente: UIT
66
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Tabla 17: Detalle de KPI para Ciudades Inteligentes
DIMENS DIM ENSIÓ IÓN N
SUB-DIM UB-DIMENS ENSIÓ IÓN N
INDIC A DORE DO RES S Fija (alámbrica) – abonados de banda ancha por cada 100 habitantes. Ancho de banda de internet internacional (bits/s). Suscritores de banda ancha inalámbrica por cada 100 habitantes. Porcentaje de hogar hoga res c on ac c eso eso a inter internet. net.
INSTALAC IONES IONES DE RED
Tasa Tasa de c ober obe rtur tura de redes ede s de radiodif ad iodifus usión ión de próxim próxima a generación. Marco de cumplimiento para emisiones de frecuencias elec troma tromagnétic gnéticas as (EMF). (EMF). Planificación de la legislación incorporando redes TIC y requerimientos de antenas.
TIC
Disponibilidad de Información al público sobre la emisión de frecuencias electromagnéticas. Porcentaje de empresas que ofrecen servicios basados en la red(e-commerce, e-learning, e-entretenimiento, computación en la nube). Propo Propo rción de negoc ios bas ba sados ad os en c omputac omputac ión en nube. nube.
SERVICIO VIC IOS S DE INFORMACIÓN
Proporción de negocio basado en sistemas GIS (localización, navegación, etc.). Porcentaje de hogar hoga res c on al menos una computadora. c omputadora. Nivel de cyber-security. Tasa Tasa de protec proteccc ión de niños niños online. online. Nivel Nivel de informac nformación ión publica publica da sobre c alidad ambiental. ambiental. Nivel Nivel de progreso progreso de d e las TIC TIC en la p rotec c ión de los princ principales ipales rec urs ursos hídri hídricc os de la c iudad. iudad . Efecto del monitoreo y control de inundaciones a través del uso de TIC.
MEDIOAMBIENTE
Nivel de control de la contaminación del agua a través del uso de TIC. Nivel de monitoreo de la contaminación del aire a través del uso de TIC. Nivel de monitoreo de sustancias tóxicas a través del uso de TIC. TIC.
SOSTENIBILIDAD AMBIENTAL
Nivel Nivel de monitoreo monitoreo del de l rui ruido do a travé travéss del de l uso uso de TIC. IC . Nivel de gestión respecto a la eliminación de residuos sólidos a través del uso de TIC. Nivel de mejora respecto al consumo de electricidad civil (per c ápit áp ita) a) c on medidas TIC. TIC.
ENERGÍA Y RECUR RECURSOS SOS NATURALES
Nivel Nivel de mejora respec respec to al c onsumo onsumo de elec tricida tricida d industr industrial ial (produc to bruto bruto interno) interno) c on medidas med idas TIC TIC.. Nivel de mejora respecto al consumo de agua civil (per c ápit áp ita) a) c on medidas TIC. TIC. Nivel de mejora respecto al consumo del agua industrial (produc to bruto bruto interno) interno) c on medidas med idas TIC TIC.. 67
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
DIMENS DIM ENSIÓ IÓN N
SUB-DIM UB-DIMENS ENSIÓ IÓN N
INNOVACIÓN
PRODUCT DUCTIVIDAD IVIDAD
SOSTENIBILIDAD ECONÓMICA
INDIC A DORE DO RES S Porcentaje de gasto destinado a investigación y desarrollo en PBI (producto bruto interno). Número de empresas de innovación y conocimiento. Repartición de ingresos (Revenue Share) de las empresas de innovación y conocimiento. Número Número de patentes pa tentes por po r ca da 100, 100,00 000 0 habitantes. habitantes. Oportunidades de nuevos proyectos de ciudades inteligentes. Nivel Nivel de penetr pe netrac ac ión del sis sistema tema de d e teletra teletra ba jo. Nivel de mejora de la industria tradicional a través del uso de TIC. IC . Porcentaje de la ec onomía onomía del c onoc imient imiento o en la invers inversión ión total. Porcentaje de la ec onomía onomía del c onoc imient imiento o en e n el PBI. PBI. Tasa Tasa de empleo en sec tores tores de innovac innovac ión y c onocim onoc imient iento. o. Porcentaje de la cantidad de transacciones de comercio electrónico. Nivel de satisfacción de los servicios financieros y comerciales en línea. Nivel Nivel de satisfac atisfac c ión de la seg segur urida idad d a mbiental. Nivel Nivel de d e satisfac atisfac c ión de los servic ervic ios de gob g obier ierno. no.
COMODIDAD Y CONFORT
CALIDAD DE VIDA SEGUR EGURIDAD IDAD Y PROTEC C IÓN
Nivel de satisfacción de los servicios de administración e inform informac ac ión del d el tráfic tráfico o inteli intelige gente. nte. Nivel de satisfacción de la calidad del transporte público. Nivel de satisfacción de la prevención del delito y control de la seguridad. Nivel Nivel de satisfac atisfac c ión de las c ontrame ontramedida didass c ontra ontra des de sastr astres. Nivel Nivel de satisfac atisfac c ión del de l monitor monitoreo eo de la seg segur uridad idad . Nivel Nivel de satisfac atisfaccc ión de la a tención medica urba urbana. na. Nivel de satisfacción de los ciudadanos de acceder a rec urs ursos de educ ac ión. Tasa Tasa de predicción predicc ión de ac a c c identes identes.. Nivel Nivel de penetr pe netrac ac ión de TIC TIC pa ra p revenc ión de d esastr esastres. es. Tasa Tasa de public public ac ión de las alertas alertas por desast desastrres. es. Nivel de penetración de los sistemas de video vigilancia para la c iudad. Porcentaje de registros electrónicos sobre la salud de residentes.
ASIST ASISTENCIA ENCIA MEDIC MEDICA A
EDUCACIÓN Y FORMACIÓN
Tasa Tasa de util utiliz izac ac ión de los registr egistros os médicos electr elec tróni ónicc os. os. Tasa Tasa de c ompar ompa rtición tición de rec urs ursos e infor informac mación ión entre entre hospitales. Tasa Tasa de c obe rtur tura de d e serv servicios icios electrónicos electrónicos par pa ra la salud salud en el hogar. Nivel Nivel de e fic fic ac ia del de l uso uso de d e la tec nología nología en los c entros entros de conocimiento (centros de investigación, universidades, etc.). Nivel de penetración de los sistemas e-learning
Fuente: uente: Smart City City - UIT
68
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
DIMENS DIM ENSIÓ IÓN N
SUB-DIM UB-DIMENS ENSIÓ IÓN N PARTICIPACIÓN CIUDADANA
INDIC ADO AD O RES RES Contribución favorable de la población al medio a mbiente a tra tra vés del de l uso uso de d e TIC TIC.. Mejora de la participación ciudadana en las audiencias de la ciudad a través de las TIC. Participac Participac ión ciuda ciudada dana na en línea. línea.
SOSTENIBILIDA ENIBILIDAD D SOC IAL IAL IGUALDAD E INCLUSIÓN SOCIAL
Plataformas online para libre expresión de los ciudadanos. Contribución en el aumento de la conciencia de la c iuda iudada daní nía a y la coher c oherenc encia ia soc soc ial. Nivel de acceso digital a la planificación urba urba na y presupuest presupuesto o doc do c umentario. umentario.
SOSTENIBILIDAD DE GOBIERNO
Nivel de aplicación de servicios comunitarios inteligentes. Tasa Tasa de penetrac penetrac ión de servicios ervicios públi p úblicc os en línea. Porcentaje gobierno.
de
información
abierta
del
Nivel de aplicación de las tecnologías de ahor aho rro de d e energí e nergía a en edif ed ificios icios públicos público s.
CONSTRUCCIÓN
Porcentaje de edificios tecnologías tec nologías integrada integrada s.
públicos
con
Nivel de adopción de casas inteligentes.
TRANSPO RANSPORT RTE
SANEAMIENTO
Cobertura de la instalación sensores terminales en c arreteras. arreteras. Cobertura de los sistemas de aparcamiento inteligente. Gestión de los sistemas de descarga de aguas residua residuales les a través del de l uso uso de TIC. IC . Nivel de mejora del Sistema de reciclaje de aguas residuales a través del uso de TIC.
INFR INFRAEST ESTRUC RUC TURA FÍSIC ÍSICA A
G estión estión del de l sis sistema tema de drenaje a tra tra vés del uso uso de TIC. IC . Gestión del sistema de iluminación a través del uso de TIC.
RED DE TUBERÍAS ERÍAS MUNICIPALE MUNICIPALES S
Gestión del sistema de gas a través del uso de TIC. TIC. Ahorro del agua con mediciones inteligentes (smart metering). Sistemas de gestión para suministro eléctrico a tra tra vés del de l uso uso TIC. IC . Nivel de mejora de las tuberías subterráneas y administración de las redes de tuberías a través del uso de TIC.
Fuente: Overview of Key Performance Indicator ITU-TFocus oc us Group Group on on Sma Smart rt Susta ustainable inable C ities 69
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
8. SER ERV VIC ICIO IOS S PA PAR RA C IUDA IUDADES DES IN INT TELIG IGENT ENTES EN EL EL PER ERÚ Ú Ta Ta l y c omo hemos des de sc rito en los los c apí ap ítul tulos anterior anteriores es,, los los servi ervicc ios que se se integr integren en a las Ciudades Inteligentes solo podrán ser ofrecidas sobre la base de una infraestructura de red de banda ancha, que utilice en su diseño la implementación de nueva tecnologías TIC, esto permitirá diseñar servicios y soluciones a la medida para el hogar, los negocios y la ciudad en temas relacionados al transporte, energía, agua, seguridad, entre otros. Previamente a la descripción de los servicios que se ofrecerán en las Ciudades Inteligentes, es importante destacar la necesidad de implementar un Centro de Operación Integrado (COI) que tendrá la función de integrar todos los componentes de las redes alámbricas e inalámbricas, redes de sensores y la infraestructura de la ciudad, para recolectar datos, analizarlos y tomar decisiones inmediatas.
NTRO DE O PER PERA C IÓN IÓN INTE INTEG RA DO (C O I) 8.1 C ENTR El Centro de Operación Integrado está diseñado para operar y supervisar varios servicios en toda la ciudad de forma integrada en un centro unificado basado en una plataforma estandarizada. Este concepto ha surgido de la necesidad de operar eficientemente la ciudad y reducir costos. Cuando los servicios de la ciudad son controlados y operados por separado, los costos operativos son redundantes. Asimismo, tener sistemas y soluciones por separado limita la funcionalidad de los servicios y la interconexión entre los sistemas, ocasionando retrasos en el tiempo de respuesta para reconocer y responder a eventos. Además, los sistemas no estandarizados generan dificultades para responder a la expansión de los servicios futur futuros os o al a l ca c a mbio de d e nueva s plataform pla taforma a s. Figura 36: Diagrama comparativo de COI Modelo de Servic ervicios ios Sep Separad arados os vs Platafor Plataforma ma Integrad Integrada a
Fuente: uente: C onsultoría KISDI – Korea 70
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
El Centro de Operaciones Integrado es un componente esencial de las Ciudades Inteligentes ya que proporciona el monitoreo de los servicios públicos de manera integrada, permitiendo la generación de sinergias a partir del análisis de datos en tiempo real optimizando los costos asociados. Su objetivo es mejorar no solo las funcionalidades de la ciudad, sino también crear nuevas oportunidades de negocio. Figura 37: Centro de Operaciones Integrado (COI)
Fuente: Seguridad Urbana - Indra
Dentro de las principales funciones del Centro de Operaciones Integrado (COI) tenemo tene moss las la s siguie siguientes: ntes: 1. Monitoreo de servicios públicos integrados: Tr Transpo ansporrte, vigil vigilanc anc ia y otros otros servi ervicc ios son integrados para su gestión y operación. Los datos de emergencia son recolectados en tiempo real para responder al evento de manera oportuna y con prontitud. 2. Generación de sinergias desde el análisis de datos: Adquiere nuevos resultados desde el análisis y procesamiento de datos en bruto. Genera datos estadísticos para el análisis que son útiles para el establecimiento de políticas. 3. Reducción de costos: O p era era c on el míni mínimo mo de fuerz fuerza lab oral de maner mane ra efi e ficc iente. iente. Reduce costos de implementación integrada por la reutilización de diversos módulos mód ulos y la la c o mpar mpa rtic tic ión de d e recur rec ursso s del de l sis sistema tema.. Reduce costos de operación y mantenimiento a través de procesamiento por lotes. 4. Nuevo modelo modelo de ingresos ingresos::
Crea un modelo de negocio secundario con la utilización de datos recolectado ec olectado s de la oper o perac ac ión de la c iudad. udad .
71
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Proporciona datos de alta calidad para los usuarios del sector empresarial, incrementando la competitividad. Figura 38: Funciones del COI
Fuente: uente: C onsultoría KISDI – Korea
A continuación describiremos algunos servicios smart que pueden ser implementadas en las ciudades del Perú para monitorear, controlar y gestionar de maner mane ra eficiente la seg segur urida idad d públi p úblicc a , el tr transpo ansporrte urba urba no y la pr p revenc ión.
8.2 SERVICIO DE MONITOREO POR VIDEO (CCTV) El servicio apunta a contrarrestar de forma rápida cualquier situación de emergencia de áreas públicas a través del monitoreo integrado de cámaras de video vigilancia y la gestión de información en tiempo real desde dispositivos in situ (sis (sistema temass CC C C TV).
72
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Figura 39: Diagrama conceptual del servicio de monitoreo por video
Fuente: uente: C onsultoría KISDI – Korea
Se esp esp era q ue el e l serv servicio icio ofrezc ofrezc a los siguientes b enefi ene ficc ios: ios:
Mej Me jora ora el uso uso de d e la fuerz fuerza de trab trabajo ajo relac relaciionada onad a a la vigil vigilanc anc ia de la ciu c iuda dad. d.
Mejora la velocidad de respuesta a un evento delictivo.
Permite Permite la visua visualilizza c ión de d e imáge imá genes nes en tiempo tiemp o real rea l y emisión emisión de d e alarm a larma a s.
Permite la preparación rápida y sistemática para eventos especiales que requieran una mejor vigilancia. Permite el reuso de imágenes de alta resolución para promoción de la ciudad y operaciones diversas. Permite evitar diversos tipos de accidentes y analizar las imágenes de forma detallada. Permite la fiscalización de actividades ilícitas (mal estacionamiento), cobro de multas multas y so so stenibilida tenibilidad d ec onómi onó micc a d el sis sistema tema..
El servicio proporciona control de vigilancia 24x7 en áreas públicas para contrarrestar rápidamente posibles eventos enviando alarmas a los organismos per pe rtinentes tinentes incluyend incluyendo o la estac estación ión de d e poli p olicc ía, estac estac ión de bomberos bo mberos y hospitales hospitales..
73
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
8.3 SERVICIO DE MONITOREO DE EMERGENCIA Y RESPUESTA El servicio crea una ciudad segura para proteger la vida de los ciudadanos, sus instalaciones y propiedades contra la delincuencia y los desastres, a través del monitoreo periódico de situaciones delictivas y desastres, apoyando a la respuesta oport op ortuna una de d e los organismos organismos c ompetentes omp etentes en ca c a so de d e incidente. inc idente. Se esp esp era q ue el e l serv servicio icio ofrezc ofrezc a los siguientes b enefi ene ficc ios: ios:
Apoyo a la gestión en situaciones de emergencia.
Prevenir Prevenir la deli d elinc ncuenc uenciia y obtener ob tener evide evidenc nciias de c rímenes. ímenes.
Establec tab lecer er res resp p uestas uestas rá rá p idas ida s y sis sistema temass d e rec uperac up erac ión en e n ca c a so d e desas d esastr tres. es.
C rear ea r una ci c iudad uda d segur segura a y un un estado estado de vida vida agr ag radab ad ablle.
Proteg Proteger er la la vida vida de los c iuda danos da nos y sus sus propieda propied a des de s.
G a ra ntiz ntizar ar ambient amb ientes es estab estables les en la c iuda iuda d medi med ia nte la pr p revenc ión de des de sastr astres. es. Figura 40: Diagrama conceptual del servicio de monitoreo de emergencia y respuesta
Fuente: uente: C onsultoría KISDI – Korea
El servicio monitorea la información desde los sensores in situ para detectar cualquier situación de emergencia. Si el sistema detecta un evento desde los sensores o una llamada de alarma desde el panel de emergencia, la información recogida se analiza en el Centro de Operación Integrado (COI) y notifica a los organi orga nissmos perti pertinentes nentes p a ra a poyar po yar con co n una respue espuessta rá pida .
74
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Figura igura 41: Esce Escenari nario o de de servic servicio io del del monitoreo monitoreo de de emergencia emergenc ia y respuest respuesta a
Fuente: uente: C onsultoría KISDI – Korea
75
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
8.4 SERVICIO DE GESTIÓN DE TRÁFICO Y PARQUEO La información del transporte y aparcamiento recolectado y procesado desde los sistemas istemas CC TV y sens sensores ores se envía envía n al a l Centr C entro o de O per pe ra c ión Integ Integrra do (CO (C O I) y a los ciudadanos a través de diversos dispositivos. El servicio incluye siete servicios subordinados. Tabla 18: Definición de servicios de tráfico y gestión de parqueo
N°
SER SERVIC VIC IO
DEFINICIÓN
1
Detec ta el fluj flujo o de d e trá trá fic fic o en e n tiempo tiempo real ea l Servicio de control de señales pa ra c ontrolar ontrolar el ciclo c iclo de señal eña les y optimiz optimizar ar d e trá trá fic fic o en e n tiempo tiempo rea reall el movimiento del tráfico.
2
Identifi Identificc a violac iones de trá trá fic fic o en e n tiempo tiempo real ea l e impo impone ne sa sa nciones nc iones a utomátic utomátic a mente. mente. Servicio de control de tráfico Emite mite advert a dvertenc encias ias y toma toma a c c iones automatizado a d minis ministr tra a tivas tivas nec esa esa rias contr c ontra a la infr nfrac c ión dada da da..
3
Servicio de incidentes
Rec olect olec ta , proc proc esa esa y gesti gestiona ona la infor informac mac ión sob sobrre los a c c identes de tráfic tráfico, o, de avería de vehículos, congestiones viales y soporta con respuestas sistemáticas sobre inc inc identes de trá trá fic fic o.
4
Recolecta y gestiona la información en tiemp tiempo o real ea l de los senso enso res incorpo inc orporra d os en los semáforos, detectores de vehículo, Servicios de gestión de apoyo c á maras maras de video vide o vigila vigila ncia nc ia y otros otros med medios ios p a ra medios de tra tra nspo nsporrte de tra tra nspo nsporrte, par pa ra el apoyo ap oyo c on una respuesta conveniente sobre el mal funcionamiento.
5
Proporciona información sobre las rutas del transporte público, hora de llegada, Servicio de información del ubicac ubica c ión ac a c tual tual e infor informac maciión sob sobrre la transporte programa programacc ión de d e la ope o perrac ión de d e trans transpo porrte público.
6
Servicio de alquiler b icicletas icic letas inteli intelige gentes ntes
Los ciudadanos pueden alquilar bicicletas de q ue tienen tiene n sensor sensores es// etiquetas etique tas RFID RFID y p a gar ga r a travé travéss d el por po rtal de la c iudad uda d des d esde de las estac estac iones de bicicletas bic icletas públi púb licc a s.
7
Prop Propor orcc iona infor nformac mac ión de d e parqueo p arqueo en en Servicio de gestión inteligente tiempo real y servicios de gestión para de apar ap arcc amient amiento o esta esta c ionar iona r vehíc vehículos ulos uti utililizza ndo etiquetas etique tas RF RFID y sensores.
gestión
76
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
En la siguiente figura se muestra el diagrama conceptual del servicio de control de señales eña les de tráfic tráfico o en tiempo real. ea l. Figura 42: Diagrama conceptual del servicio de control de señales de tráfico en tiempo real
Fuente: uente: C onsultoría KISDI – Korea Figure 43: Diagrama conceptual del servicio de gestión de incidentes
Fuente: uente: C onsultoría KISDI – Korea
77
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Figura 44: Diagrama conceptual del servicio de información del transporte público
Fuente: uente: C onsultoría KISDI – Korea Figure 45: Escenario conceptual del servicio de gestión de tráfico y parqueo
Fuente: uente: C onsultoría KISDI – Korea
78
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
El servicio predice emergencias y situaciones inesperadas a través del análisis de los datos recogidos de los sensores. En el momento del evento, la información del lugar se recolecta a través de paneles de emergencia y se envían al Centro de Operación Integrado (COI) y si se es necesario, la información también se envía a los organis orga nismo moss p e rtinentes.
8.5 DOMÓTICA La domótica es una disciplina una disciplina tecnológica que se aplica en lugares como los edificios de todo tipo, con el fin de aumentar la seg segur uriid a d, d, el confort, los servicios os servicios mult multim imed edia, ia, el uso del diseño del diseño bioclimático y el ahorro el ahorro energético. Se entiende por lo tanto como domótica al conjunto de sistemas capaces de a utomatiz utomatiza r y contr c ontrolar olar una una edif ed ifica icacc ión. En general, la finalidad de la domótica es que cubra con las necesidades del usua usuarrio, entr e ntre e ellas ella s se tie tie ne: ne :
Ahorrar energía, dinero energía, dinero y tiempo. Aumentar la segur eg uriida d. Mejor Me jora a r las comunicaciones. las comunicaciones. Incrementar el confort. Ofrecer nuevos servicios.
Elementos que son p arte arte de un si un sisstema domótico:
Controladores. Med Me d io de d e tra tra nsmi nsmissión. Actuadores. Sensores. Elementos externos. Figura 46: Eleme Element ntos os domó domótticos ic os
Fuente: Universidad de Murcia-España
79
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
TIPOS DE ESTÁNDARES O PROTOCOLOS PARA DOMÓTICA: EST ESTÁNDAR NDARES PROPIETARIOS IOS O CERR ERRADOS: DOS:
Son protocolos específicos de un fabricante en particular y que solo son usados por dicha dic ha marc marc a . Pueden Puede n ser ser va va riantes de protoc olos estánd estándares ares.. Son protocolos cerrados de manera que solo el fabricante puede realizar mejoras y fab rica ic a r d isp isp o sitivos itivos que “hable “ha blen” n” el mis mismo idioma idio ma.. Esto protege los derechos del fabricante, pero limita la aparición de continuas evoluciones en los sistemas domóticos, con lo que, a medida que los sistemas con protocolo estándar se van desarrollando, van ganando cuota de mercado a los sistemas de protocolo propietario. Otro problema que tienen es la vida útil del sistema domótico, ya que un sistema propietario que depende en gran medida de la vida de la empresa y de la política que siga, si la empresa desaparece, el sistema desaparece y las instalaciones se quedan sin soporte ni recambios. ESTÁNDARES ABIERTOS:
Son protocolos definidos entre varias compañías con el fin de unificar criterios. Ta Ta mbién mbién lla mados mado s “open “op en system ystemss”, es dec de c ir, que no exi existen patent pa tentes es sobr ob re el protocolo, de manera que cualquier fabricante puede desarrollar aplicaciones y prod produc uctos tos que lleven implí implícc ito el protoc protoc olo de d e c omunic omunic a c ión. Los protocolos estándar para aplicaciones domóticas más extendidos en la actualidad son: KNX, Lonworks y X10. A c ontinuac ontinuac ión se se pr p resenta esenta un breve seg segui uimi miento ento de d e los estánd estándares ares de d omóti omó ticc a : Tabla abla 19: 19: Resum Resumen en de de estánda estándarres par para domótica
PROTOCOLO
X10
DESCRIPCIÓN Protocolo de comunicaciones para el control remoto de dispositivos eléctricos, hace uso de los enchufes eléctricos, sin necesidad de nuevo nuevo c abl ab leado ea do.. Puede Puede func funciionar ona r c orr orrec tamente par pa ra la may ma yorí oría de de los usuari usuarios os domés do mésti ticc os. os. Es Es de c ódigo ód igo ab ierto erto y el más difundid difundido. o. Poc Po c o fia fia b le frente frente a ruidos uido s eléc tric trico o s.
KNX/EIB KNX/ EIB
Bus de Instalación Europeo con más de 20 años y más de 100 fabr fab ric a ntes ntes de produc prod uctos tos c ompa omp a tibles tibles entr entre sí. sí.
ZigBee
Protocolo estándar, recogido en el IEEE 802.15.4, de comunicaciones inalámbrico.
OSGi
Open Services Gateway Initiative. Especificaciones abiertas de software que permite diseñar plataformas compatibles que puedan proporcionar múltiples servicios. Ha sido pensada para su c ompati ompa tibil biliida d c on J ini o UPnP. UPnP. 80
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
PROTOCOLO
DESCRIPCIÓN
LonWorks
Plataforma estandarizada para el control de edificios, viviendas, industria industria y tra tra nsp nsp o rte.
(UPnP): Arquitectura software abierta y distribuida que permite el Universal intercambio de información y datos a los dispositivos conectados a Plug and Play una red.
Modbus
Protocolo abierto que permite la comunicación a través de RS485 (Modbus RTU) o a través de Ethernet (Modbus TCP). Es el protocolo libre que lleva más años en el mercado y que dispone de un mayor número de fabricantes de dispositivos, lejos de desactualizarse, los fabricantes siguen lanzando al mercado dispositivos con este protoc protoc olo c ontinuament ontinuamente. e. Fuente: Universidad de Murcia-España
Dentro de las ventajas de vivir en un hogar digital y conectado podemos indicar las siguientes: Climatización y consumo energético
Programación del encendido y apagado de todo tipo de aparatos (calderas, a ire ire ac a c ondi ond ic ionado, ionad o, toldos toldo s, luc luces es,, etc.), etc .), según eg ún la la s c ondiciones ond iciones ambientales. ambientales. Acondicionamiento a los planes de tarifas reducidas de energía (tarifa nocturna). Contadores electrónicos que informan del consumo energético.
Entretenimiento y confort
C onex one xión a inter internet net desde c ualquier punto y ac c eso eso a jueg juegos os en red red..
Visión Visión de c a nales de TV en cualquier c ualquier habit hab ita a c ión.
Control de los dispositivos eléctricos y electrónicos del hogar, desde una PC, internet internet o d esde un dis d isp p o sitivo itivo móvi mó vil.l.
Seguridad
Configuración de procedimientos para avisos e caso de intrusión o avería (alarma (alarma técni téc nicc a ).
Ins Instalac ión de d e c á maras maras y micrófono micrófonoss.
C ontrol ontrol de ac c eso eso a vivi vivienda endass.
Servicios ervicios comunit c omunita arios
C ontrol ontrol de d e ilumin luminac ac ión de d e las zonas ona s c omunes. omunes.
Manejo Ma nejo de d e alar a larmas mas de segur eg urida idad d y alar a larmas mas técni téc nicc a s.
Servi ervic ios Web pa ra la c omunida omunida d de propi prop ietarios etarios..
81
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Del mis mismo mo mod o que q ue se se c ontrolan ontrolan los hog hoga a res y gra gra ndes nde s edif ed ificios icios c on la domóti do móticc a y 8 la inmótic inmótic a , también las grandes ciudades empiezan a integrar la tecnología para beneficio de sus habitantes. El sistema de control de grandes ciudades se conoce como urbótica 9. El propósito último de la urbótica es hacer uso del diseño inteligente para a utomatiz utomatiza r las c iuda iudad d es en pos p os de una mejor eficienc ia ener e nergé géti ticc a . La urbótica cumple un papel fundamental en las ciudades inteligentes, debido a que se encarga de captar información del medio a través de cámaras y sensores, luego procesar y analizar para tomar decisiones que posteriormente ejecuta las a c c iones c orres orrespo pondientes ndientes,, opti op timi mizza ndo rec urs ursos par pa ra inc inc rementar la la eficienc ia . El campo de acción de la urbótica es bastante amplio y esto se debe a que la composición tan compleja que tienen las ciudades de hoy convierte a cada componente de ciudad en prospecto de ser automatizado o intervenido por la urb urb ótica c on mir mira s a tra tra nsfor nsformar marlla en una c iuda iuda d intel inteligente. igente. Las ciudades ciudad es func funciionan c omo inmens nmensas as red redes es en que q ue todo va liga ligado do,, tod todo o afec ta y depende de otros ámbitos. La integración de todos los sistemas de control en el diseño de una ciudad inteligente es crucial, solo de esta forma, se puede procesar la información de estos parámetros variables y es posible mejorar de forma remota a spec pe c tos c omo el tr tra nsp nsp orte orte públi p úblicc o, las c omunic omunic a c iones y la la segur eg uriida d. Procesar y analizar los datos que se obtienen de los sensores y detectores instalados estr estra a tégica tégic a mente, permit permite e integ integrra r un func func ionamiento óp timo timo de d e una gran c iudad uda d . O tros tros par pa rá metros metros urba urbanos nos que se regul eg ula a n por p or tec tec nología nolog ía urbó urbóti ticc a son:
Los sistemas de alumbrado público.
La contaminación atmosférica.
La seguri eguridad da d y la la a tenc tenc ión c iudada uda dana, na, etc.
Bajo este nuevo concepto se define la automatización integral de inmuebles con alta tecnología. La centralización de los datos del edificio o complejo habitacional, posibilita supervisar y controlar confortablemente desde una PC, los estados de funcionamiento o alarmas de los sistemas que c omponen ompo nen la instalac instalac ión, así como co mo los princ principales ipales par pa rá metros metros de medida . La Inmótica Inmótica integra integra la domóti do móticc a interna interna dentr d entro o de d e una e structura tructura en red. 8
Es un término relativamente nuevo que empezó a utilizarse hace tan solo un par de años cuando las palabras domóti palabras domótica ca e inmótica comenzaron a quedar obsoletas en su definición ante las nuevas soluciones tecnológicas que se estaban planteando para las ciudades en términos de automatización. La aplicación de tecnologías de automatización en viviendas, se identifica con el término Domótica, cuando esta tecnología integra el control de un conjunto de unidades habitacionales se denomina Inmótica. Inmótica. Desde hace algo más de una década se amplió esta terminología a los sistemas de automatización que actúan sobre ciudades: eso es la Urbótica. 9
82
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
9. C ONCLUSIONES Experiencias emergentes dirigidas al diseño y realización de Ciudades Inteligentes han evi e vide denc nciiad o que no ex e xiste un enfoque únic únic o par pa ra des de sarr arrollar ollar una una c iudad uda d más inteligente y más sostenible. Cada ciudad constituye un sistema único, donde los diferentes actores y organismos de la ciudad, llevando a cabo una serie de actividades, interactúan en múltiples escalas, utilizando diferentes instalaciones e infra infra estruc truc tura tura s. El reconociendo de los contextos ambientales y sociales particulares de la ciudad, sus propósitos y acciones prioritarias, así como su historia y características, se ha convertido en crucial no sólo para garantizar una gobernanza eficaz, sino también para determinar el camino más adecuado para convertirse en una ciudad inteligente y sostenible. Las ciudades que deciden convertirse en inteligente y sostenible tienen que empezar por determinar sus motivaciones y prioridades, incluyendo la identificación de los stakeholder takeholde rs, las impli implicc a nci nc ia s de esta esta tra tra nsfor nsformac mac ión en la gob g obern erna a bilida bilidad d de la ciudad, así como los mecanismos necesarios para garantizar la participación continua de la ciudadanía y retroalimentación a lo largo del proceso en el corto, medi med ia no y largo largo plaz pla zo y a toda tod a s las esc esc a la s. Convertirse en una ciudad inteligente sostenible es un camino a largo plazo que puede hacerse más lento por desacuerdos políticos. En esa línea, la planificación de ciudades inteligentes debe ser fomentada como una estrategia a largo plazo c on el obj ob jetivo etivo de d e mejorar mejorar la la c alida alidad d de d e vida vida de los c iudada uda danos nos.. Ta Ta mbién mbién es muy impo imporrtante tante llegar eg ar a un c onsens onsenso o entre entre las autoridad autoridades es locales loc ales y otros otros inter interes esa a dos do s en la defi de fini nicc ión de d e las p riori iorida des de s y objet ob jetiivos de la c iuda iuda d. Dentro de las fases de vital importancia en los proyectos de ciudades inteligentes destaca la implementación de redes de telecomunicaciones, utilizando nuevas tecnologías que brinden conectividad ubicua de banda ancha. Así mismo, fomentar el uso de las TIC con el fin de mejorar el rendimiento de las ciudades y sus se rvicios. vic ios. Se deb d ebe e tener en c uenta uenta que a dicionar la la s TIC en las oper op erac ac iones de la c iuda iudad, d, no proporcionará automáticamente cualquier mejora o cambio sostenible. La instalación de tecnologías inteligentes por sí sola no va a mejorar los servicios de la ciudad, para que esto suceda la nueva tecnología necesita ser complementada por una gestión inteligente. En este sentido, es fundamental diseñar estrategias que identifiquen cómo las TIC van a ser utilizadas en las ciudades y qué se va a hacer c on la infor nformac mación ión rec rec opi op ilada ad a c on es e stas tecnol tecno logí og ías. as. En la actualidad, un reto que está ralentizando el despliegue de las ciudades intel inteliigentes ge ntes a nivel nivel mundial mundial es la la disp disp onibilida onibilidad d d e fondos fondo s ec onómi onó micc os. os. Para obtener ob tener financiación externa, los municipios deben considerar nuevas alianzas multisectoriales.
83
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
Cuando se implementen políticas y estrategias para ciudades inteligentes, estas deben de ben respo esponder nder a las preo preocc upac upa c iones y neces nece sida des de s públ púb lic a s de los ciudadano ciudad anoss. En ese sentido, los temas a ser priorizados para la realidad peruana están centradas, en la seg segur urida idad d c iuda iudada da na y el c ontrol ontrol del de l trá trá fic fic o vehicul vehic ula a r. Considerando los costos asociados y el prolongado tiempo para su implementación, convertir a las principales ciudades del Perú en Ciudades Inteligentes puede parecer a simple vista alejado de nuestras necesidades inmediatas y de la disponibilidad presupuestaria actual; no obstante, esta a fir firmac ión es fa fa lsa en razón razón a que la inter intervenc vención ión cons c onsis istent tente e en la implementac implementac ión de Ciudades Inteligentes, permite la reducción de costos y el aumento de los ingresos tanto para el sector privado (actividades económicas) y para el sector público (provisión de bienes y servicios públicos) a partir de la generación de externalidades positivas, la generación de valor agregado a través de un enfoque sistémico. De este modo, la sostenibilidad social de este tipo de intervenciones en nuestro país es consistente con el entorno vigente, debiendo tener la prioridad debida de bida pa ra su ejecuc ejec ución ión por po r p arte arte de d e los sec tores tores involucrad involucrados os..
84
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
10. BIBLIOGRAFÍA a . KISDI: Consultation on Developing ICT Infrastructure for Smart Cities in Peru b. ITU: Focus Group on Smart Sustainable Cities deliverables • •
•
• •
SSC -0146 -0146 Agreed d efiniti efinition on of a Smart Sus Sustainab tainable le C ity ity WG4 FG SSC-0113 Technical Report on Stakeholders for Smart Sustainable Cities WG2 WG 2 FG FG SSC -031 -031 Tec Tec hnolog hno logy y req requir uire ement for fo r ICT IC T infra infra struc tructur ture e of sma smarrt sustainable cities – Power saving system control technology to maintain temperature temperature a nd humi humid ity ity of c ontainer – type type d a ta c entres entres.. WG1 WG 1 SS SSC -0184 -0184 Roa Roa d map for Smart Smart Sus Sustaina tainab b le C ities ities Implementati Implementa tion. on. WG2 SSC-0036 Technology requirement for ICT infrastructure of smart sustainable cities –Technology to create, integrate, and search the heterogeneous and multi-domain data, and deliver the unified information.
ommendattions ions c . ITU-TRec ommenda Recommendation ITU-T L.1300 Best practices for green data centres. •
•
•
Recommendation ITU-T L.1400 Overview and general principles of methodologies for assessing the environmental impact of information a nd c ommuni ommunicc ation ation tec hnolog hnologiies. es. Recommendation ITU-T L.1410 provides a Methodology for the assessment of the environmental impact of information and c ommunic ommunic a tion tion tec hnology goo g oods, ds, networks networks a nd servi ervicc es. es.
d. Plan Nacional de Ciudades Inteligentes (Marzo 2015): Agenda Digital p a ra Esp a ña. ña . Gob G ob ierno ierno d e Esp a ña, ña , Mini M inissterio terio de d e Industr Industria, ia, Energía Energía y Tur Turis ismo. mo.
e. Schneider Electric: La piedra piedra angul ang ular ar de la c iuda iudad d int inteligente: eligente: la la efic efic ienc ienc ia urbana
f. Nokia: O utdoor utdo or 3G 3G -LT -LTE Small ma ll C ells Deployment Dep loyment Str Stra a tegy teg y Whitep Whitepa a p er g. FiberHome: FTTx Solution h. Univer The role of small cel ce ll tec tec hnolog hnology y in in futur future e Smart mart niversity sity of of Flor lorence nce: The City applications i. European Commission: The The 5G Infr Infra a struct uc ture ure Public Public Pri Private Pa rtners nership hip : “The next generation of communication networks and services”. j. j. Huawei Vide o surveill urveilla a nce nc e solution olution uawei Technolog ec hnologies: ies: Video k. Furukawa: Application Guide FTTx l. British itish Se Sec urit urity y Industr Industry Assoc ssocia iattion ion : CCTV surveillance systems m. NGMN 5G White Paper: Next G ener ene ra tion tion Mob M obiile Network
85
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
11. ANEXO
DE NORMAS EDIFICACIONES
TÉCNICAS
PARA
Para el diseño y construcción de los sistemas públicos vitales, así como las instalaciones esenciales en caso de desastres, deberá aplicarse el Reglamento Nacional de Edificaciones aprobado por el Ministerio de Vivienda Construcción y Saneamiento, por Decreto Supremo N° 011-2006-VIVIENDA. Del listado de las Normas Técnicas del Reglamento Nacional de Edificaciones, d eberá eb erá a p lic lic a rse las siguientes siguientes nor no rmas ma s:
Norma GH.020 Componentes de Diseño Urbano. Norma TH.010 H.010 Hab ilit ilita a c iones ione s resid esid enc iales iale s. Norma Norma O S.01 .010 Ca ptac ión y conducc co nducc ión de ag ua p ara c onsum onsumo o humano. Norma Norma O S.02 .020 Pla Pla ntas de tra tra tamiento tamiento de d e agua ag ua pa ra c onsumo onsumo humano. Norma Norma O S .03 .030 Almac Almac enami ena miento ento de a gua pa ra c onsumo onsumo humano humano.. Norma Norma O S.04 .040 Estac iones de b ombeo ombe o de d e a gua pa ra c onsumo onsumo huma huma no. Norma OS.050 Redes de distribución de agua para consumo humano. Norma Norma O S.060 .060 Drena Drena je pluv p luvial ial urba urba no. Norma 0S.070 Redes de aguas residuales. Norma Norma O S.080 .080 Estac iones de bombe bo mbeo o de d e a gua s residua esidua les. les. Norma Norma O S.090 .090 Plantas Planta s de tra tra tamiento d e a gua s residua esidua les. les. Norma Norma O S.100 .100 C onside onsiderra c iones bás bá sica s de diseño diseño de infr infra estr estructur uc tura a sa nita nita ria. Norma EC.010 Redes de distribución de energía eléctrica. Norma EC.030 EC.030 Sube Subesstac iones eléc trica trica s. Norma EC.040 Redes e instalaciones de comunicaciones. Norma Norma G E.03 .030 Ca C a lidad en la c onstr onstrucc ucc ión. Norma A. 010 Condiciones generales de diseño. Norma A. A . 020 020 Vivienda Vivienda . Norma A. 040 Educación. Norma A. 050 Salud. Nor No rma A. 060 060 Industr Industria. Norma A. 070 Comercio. Norma A. 100 Recreación y deportes. Norma A. A . 110 110 C omunica c ión y tra tra nspo nsporrte. Norma Norma A. A . 12 120 Acc esi esibili bilida d pa p a ra p ers ersonas ona s c on disc disc ap a c idad. idad . Norma A. 130 Requisitos de seguridad. Norma No rma E.030 E.030 Dise Dise ño sismo ismorr rre e siste istente nte.. Norma E.050 Suelos y cimentaciones. Norma E.060 Concreto armado. Nor No rma E.07 E.070 0 Alba ñilería. ñilería. Norma No rma E.090 E.090 Estr Estruc ucturas turas metá me tálic lica a s. Norma IS.010 Instalaciones sanitarias para edificaciones. Norma EM.010 Instalaciones eléctricas interiores. Norma Norma EM .070 .070 Tra nsp nsp orte orte mec á nico. nico . Norma EM.100 Instalaciones de alto riesgo.
Así mismo, se debe considerar el “Código Técnico de Construcción Sostenible”, aprobado por Decreto Supremo N° 015-2015-VIVIENDA, publicado el 28 de agosto de 2015, que tiene por objeto normar los criterios técnicos para el diseño y construcción de edificaciones y ciudades, a fin que sean calificadas como edif ed ifica icacc ión sos sosteni tenible ble o c iuda iudad d sosteni ostenible. ble.
86
C iudades iudad es Inteligentes Inteligentes
87