Conciso resumen del desarrollo y la realidad actual de los hogares inteligentes

• Introducción
• Domótica
• Seguridad en
  hogares inteligentes
• Telemedicina
• Conclusiones
• Referencias

Resumen— El presente trabajo presenta
la revisión bibliográfica del crecimiento que ha
evidenciado la industria y el campo de investigación en el
tema referente a la domótica. Se ha realizado la
división del estudio bibliográfico en tres secciones,
la primera la realidad actual de la domótica, los servicios
de seguridad que presta este tipo de tecnología para sus
usuarios y la última sección se refiere a las
aplicaciones de sistemas inteligentes en el hogar para el cuidado
de personas con capacidades especiales o con enfermedades
psicológicas o degenerativas. El estudio indica que los
actuales usuarios de la domótica y los posibles nuevos
usuarios de esta tecnología, poseen en su perfil de
preferencias aspectos que no solo son características
técnicas del equipo, sino aspectos más afectivos mismos
del ser humano, como decorativos, materiales de acabado y la
facilidad de equipo en captar sus preferencias e intuir sus
estados de ánimo. A lo largo del documento, se presenta las
tendencias actuales de investigación de esta tecnología
y la comparación de los protocolos de comunicación
vigentes en el mercado.

Palabras clave —Hogares inteligentes,
telemedicina, protocolos de transmisión de
datos.

Introducción

La tecnología inteligente ha incursionado con gran
incidencia en la arquitectura de edificaciones, servicios y
productos de consumo cotidiano entre los cuales se encuentran la
televisión, aplicaciones para celulares, la
automatización de hogares, la telemedicina,
automatización de procesos, las redes de comunicación
en edificios o ciudades completas [1] [2] [3] [4] [5].

Generando así que esta tecnología de
conectividad incida fuertemente desde los primeros años de
este siglo, en diversos campos dirigidos hacia múltiples
usuarios [6].

La transmisión de datos que utiliza la
tecnología inteligente puede emplear diversos medios, entre
los cuales destaca la comunicación por cable a través
de conductos robustos dentro de edificaciones
arquitectónicas [1], la cual se pretende desplazar por
medios de comunicación inalámbrica por sus ventajas en
el consumo de energía y comodidad [7], la comunicación
por radio frecuencia [3] [4], la comunicación a través
de internet [8] [2].

Por lo tanto, cualquier método de comunicación
permite la transmisión de datos en tiempo real, así el
sistema conoce el valor y el comportamiento de las variables
censadas de interés, además se puede generar la
retroalimentación de información por parte del usuario
[9].

En el campo de la domótica los estudios realizados
denotan que este tipo de tecnología se encuentra
evidenciando un incremento en su disponibilidad alrededor del
mundo, generando así mayor facilidad de acceso de nuevos
usuarios [10]. Manteniendo como línea de desarrollo
conseguir el mayor confort posible para el usuario, entregando
alternativas como la personalización de espacios, la
implementación de controles por medio de aplicaciones en
teléfonos móviles, interfaz amigable [11]. Además
de conseguir seguridad en las instalaciones, costos convenientes,
ahorro de energía y por ende reducción en las emisiones
de CO2 [3] [4].

Los estudios multidisciplinarios han permitido el
desarrollo de sensores que permiten captar los signos vitales de
personas que habitan en un hogar inteligente [2], de estos
esfuerzos surge la llamada telemedicina; Con este tipo de
tecnología se abarca las necesidades de personas que viven
en lugares lejanos de los centros de salud, personas de edades
avanzadas o que sufren de alguna enfermedad crónica o
degenerativa [12].

El objetivo de esta revisión bibliográfica
radica en indicar el estado actual y los desarrollos recientes en
los campos de automatización en hogares, telemedicina, sus
alternativas de seguridad para residencias, y sus protocolos
más transcendentes de comunicación de datos.
Además el indicar que esta tecnología se predestina
según estudios realizados [6] como un tipo de
tecnología aplicativa para sus usuarios, así ellos lo
deseen o no.

Domótica

Se debe indicar que la domótica ha evidenciado un
incremento considerable desde los primeros años de este
siglo, desarrollo manifestado por la industria y por los
investigadores de esta tecnología [6]. En la figura 1 se
puede observar la tendencia de aumento dentro del campo
investigativo, la base de datos expresada se sustenta en Scopus y
hace referencia a los artículos que poseen temas relativos a
la automatización de hogares [1].

Fig. 1. Estudios referentes a la
domótica y la automatización de edificaciones
[1]

Sea cual sea el tema de interés que aborde los
diversos estudios acerca del campo de la automatización de
hogares, el objetivo fundamental es el conseguir un mejor estilo
de vida [13]. Al brindar alternativas como la simulación de
ambientes habitados [14], programación de tareas [15],
gestión del uso energético [16] [17], alternativas de
telemedicinas para personas con enfermedades degenerativas o
edades avanzadas [18], entretenimiento e interconectividad entre
los ambientes a través de red de comunicación de datos
[19].

• Automatización en la sociedad

La domótica al ofrecer servicios a los seres
humanos que habitan en un determinado entorno definido de tipo
privado o público, deja de ser una tecnología que se
enfoca únicamente en las características de
rendimiento, apariencia, selección de materiales, costos
[20] [21]; Es así, que se convierte en el estudio de la
interacción que se genera entre los componentes
tecnológicos y sus usuarios. Esto de acuerdo a los estudios
realizados por Rpke
y colaboradores [22], dichas conclusiones concuerdan con las de
Saizmaa y colaboradores [23].

Se han desarrollado prototipos para evaluar la
interrelación que se genera entre los productos inteligentes
y sus usuarios, entre ellos bolígrafos, sofás,
ventanas, ropa [15]; Como también superficies inteligentes
en paredes, puertas, pisos [24]. La afección que evidencian
los usuarios que se encuentran empleando este tipo de
tecnología aún no es conocida plenamente. En la figura
2 se indica la estructura de organización entre los usuarios
y la tecnología inteligentes en ambientes determinados
según estudios realizados [25] [26].

• Perfil de los usuarios

Estudios realizados denotan que la domótica
clasifica a sus usuarios según criterios globales como
hombre, mujer niño; Como también por su preferencias
específicas y personalizadas [26] [27] [28]. Es así,
que los usuarios se encuentran con la facultad de poder ingresar
parámetros de configuración al sistema como cantidad de
luminosidad en el ambiente como se indica en la figura 3,
además de gestión de uso de energía, temperatura
del entorno, cantidad de humedad relativa. El sistema puede
también brindar alternativas de auto selección de
parámetros en función del estado de ánimo del
usuario [13] [29].

Según estudios realizados indican que los usuarios
de tecnología inteligente en sus hogares, son muy selectivos
en el tipo de materiales y acabados de interiores, por tal motivo
las compañías ofertantes de este tipo de
tecnología brinda una amplia gama de alternativas de
diseño en sus producto, es así, que los directores de
marketing enfocan sus alternativas no solo como un espacio de
cuatro paredes, sino como un conjunto de espacios en donde se
generan estados emocionales propios del ser humano, recuerdos
familiares íntimos, preferencias individuales y grupales.
Esto según los estudios de Taylor y colaboradores [24] y
Haines y colaboradores [6].

El diseño de la interfaz de comunicación entre
el sistema de control y los usuarios del hogar cada día debe
ser lo más sencillo y amigable posible, y a su vez poder
resolver problemas entre simple y complejos rápidamente,
esto debido a la tendencia de interés de los nuevos usuarios
de este tipo de tecnología [14] .

Fig. 2. Estructura de organización
entre la domótica y sus usuarios [1]

• Transmisión de datos

Los dispositivos electrónicos de transmisión
de datos, en el área de los hogares inteligentes son
participes de un amplio campo de desarrollo industrial e
investigativo [3], es así, que la transmisión de datos
establecidos por parte del usuario mediante la
Identificación de Radio Frecuencia

Fig. 3. Determinación de la
cantidad de luminosidad para cada área específica del
hogar [30]

(RFI) y la Comunicación de Campo Cercano (Near
Field Communication), han encontrado través de aplicaciones
para teléfonos inteligentes, un campo interesante y de
múltiples desarrollos para diversas aplicaciones referentes
a la domótica [5] [31]. La tecnología NFC es la
extensión del protocolo de datos ISO 14443 [5].

En estudios realizados se presentan a los celulares
embebidos con chips NFC, como un instrumento de transmisión
de datos desde el usuario hacia el puerto del sistema de control
del hogar, como una herramienta segura, con características
de versatilidad, sin activaciones manuales, de mediano y corto
rango de alcance, interacción amigables y sencillas; Por lo
tanto, este dispositivo el cual se puede configurar de manera
activa o pasiva en el NFC, se comporta como transmisor o receptor
de datos hacia el dispositivo NFC del hogar. Esto según los
estudios realizados por [32] [33] [34].

Por la naturaleza misma del protocolo de
comunicación de la tecnología NFC (emisor – receptor),
esta se realiza mediante pares de comunicación [35] , como
se indica en la figura 4. Además se presenta en la tabla 1
la comparación entre las principales tecnologías de
transmisión de datos de tipo inalámbricas utilizadas en
hogares inteligentes [32] [3].

TABLA I

Comparación de las tecnologías
inalámbricas de comunicación empleadas en los hogares
inteligentes [32] [3]

Acerca del protocolo de transmisión de datos ZigBee
(basado en IEE802.15.4) [36], el cual posee un alto nivel de
comunicación, entre el sistema de control y las variables de
interés, se han realizado estudio con sensores de
presión en el piso, cámaras de audio y video. Con
resultados satisfactorios en la predicción del
comportamiento de los usuarios, convirtiendo en una alternativa
factible en aplicaciones de cuidado de adultos mayores [37]
[38].

Indistintamente del tipo de tecnología empleado
para la transmisión de datos, esta debe cumplir con
características estandarizadas como fácil
configuración de parámetros[39],

Fig. 4. Protocolo de comunicación
soportado por NFC [3] [32].

costos de mantenimiento e instalación accesibles a
las grandes masas, buen rendimiento, señales libres de ruido
[40]. En el mercado existen alternativas de última
tecnología como también opciones económicas que
cumple con dichos condicionantes, por lo tanto, se puede
mencionar Ethernet, conexiones inalámbricas de internet,
bluetooh, redes de líneas telefónicas fijas,
controlador lógico programable (PLC) de alta velocidad de
procesamiento [41]. Es así que el usuario establece su
decisión en función de sus preferencias personales y
económicas.

Seguridad en hogares
inteligentes

En el mercado existen productos que brindan la
vigilancia de los espacios, los cuales poseen transmisión de
datos a través de conexiones alámbricas o líneas
de potencia. Estudios realizados indican que se pretende
reemplazar el cableado de las instalaciones por conexiones
inalámbricas, eliminando de esa manera los costos de
instalación inicial de los equipos [7]. Sin embargo la
selección del sistema de transmisión de datos se
fundamenta en aspectos como ancho de banda, técnicas de
modulación, interoperabilidad, personalización de la
interfaz, sus prestaciones hacia aplicaciones de seguridad [42]
[43].

La seguridad en los hogares inteligentes emplean
sensores y cámaras ubicadas en paredes, pisos, muebles,
ventanas, patios, jardines [4]. Además de presentar
programaciones amigables con el medio ambiente, las cuales
permiten activar el modo de reposo del sistema y de los
dispositivos de transmisión de datos, con la
características de reestablecer sus procesos de manera
inmediata ante la detención de cualquier presencia en el
hogar [44] [45] [29].

La frecuencia de transmisión de 2.4 GHz (500kbps) a
través de dispositivos de conexión inalámbrica ha
sido ampliamente utilizada [44]. Sin embargo en estudios
realizados se ha propuesto frecuencias entre 868 a 915 MHz con
resultados satisfactorios [4].

• Normalización de sistema

La detección de intrusos en hogares inteligentes en
Europa debe aprobar la regularización gubernamental EN
5013-5-3 [4], la cual evalúa múltiples aspectos entre
los cuales se encuentra la inmunidad contra la variación de
los canales de transmisión, colisiones en la
transmisión de datos, propiedades robustas frente a la radio
interferencia y el ruido.

La inmunidad en los canales puede variar de grado 1 a
grado 4, con un rango de frecuencia de 3dB a 12dB dependiendo el
grado [4].

Las colisiones se refieren al grado de confiabilidad de
la transmisión de datos en el hogar inteligente, la cual se
encuentra clasificada por el rango de uso de los canales, siendo
así, se determina los grados 1 a 4, en los cuales el
porcentaje de trabajo de los canales puede ir de 10% a 1% medidos
en un tiempo determinado [4].

Que tan robusto es el sistema de seguridad dentro del
hogar inteligente, denota la característica de este para
evitar que dispositivos externos puedan ingresar a la red de
comunicación. Clasificados con grados de 1 a 4 con
porcentajes de 5% a 0.05% de posibilidad de detección del
código por parte de dispositivos maliciosos [4].

Telemedicina

El mundo globalizado ha generado que las personas posean
poco tiempo libre, por tanto el cuidado de los adultos mayores o
de personas con enfermedades crónicas, degenerativas o
psicológicas se ha convertido en una actividad designada
para profesionales de la salud, pero en múltiples sectores
los hogares se encuentran distantes de los centros de salud, ante
tal problemática la domótica encontró un campo
más de desarrollo [18] [46] [14].

En la primera década de este siglo mediante el
trabajo multidisciplinario se han obtenidos avances
significativos en el desarrollo del campo de la medicina bajo
diversos nombres como e-cuidado, cuidado domestico inteligente,
telecuidado inteligente[1]. En la figura 5, se indica un esquema
de un hogar inteligente, en el cual los sensores de
captación individual se encuentran ubicados en el piso, la
transmisión de datos efectúa a través de las
columnas [2].

Fig. 5. Telemedicina de un hogar
inteligente [2].

En la Unión Europea a principios de este siglo
surge el Hospital u Hogar de insuficiencia cardiaca (HHH) como
una alternativa de autogestión, económica para
pacientes que poseen esta enfermedad [12]. Mediante la iniciativa
de la Comisión Europea de conseguir un sistema autónomo
que brinde privacidad, seguridad e independencia a usuarios con
capacidades especiales, surge el producto Hogares Inteligentes
para Todos (SM4All) [47]. En Brasil con el objetivo de brindar
servicios de salud a los lugares alejados de los hospitales y
clínicas, surge el Asistente Digital Personal (PDAs) para
suplir dichas necesidades [48]. En Alemania a pesar de cierta
oposición por parte de profesionales de la salud, se emplea
las tarjetas electrónicas de salud, la cual posee
información de los pacientes que se encuentran siendo
atendidos de emergencia [49].

La transmisión de los signos vitales censados a los
usuarios del hogar inteligente son enviados a los hospitales o
clínicas, esto se realiza comúnmente mediante el
protocolo de internet, a través de aplicaciones en celulares
inteligentes [50] [51].

Herramientas como sistemas de ubicación
geográfica, permite geo localizar el centro de salud
más próximo al paciente [52]. Todas estas facilidades y
ventajas que presenta la telemedicina además de un robusto
sistema de comunicación, fundamentado principalmente el uso
de internet mediante teléfonos inteligentes, muestran a esta
tecnología con tendencia de desarrollo substancial para el
cuidado del ser humano [53].

Conclusiones

Al finalizar la revisión bibliográfica de la
domótica, se puede manifestar que este tipo de
tecnología se ha convertido en un campo de estudio que no
radica su epicentro en características netamente
técnicas, sino que enfoca sus prestaciones al bienestar de
los seres humanos que habitan en dicho entorno.

Las características de mayor incidencia para la
captación de nuevos usuarios son la facilidad de
personalizar sus espacios, la inteligencia del sistema para
intuir sus preferencias, la reducción de costos
energéticos, las herramientas de seguridad que brinda los
sistemas. Además, para personas que viven alejadas de
centros de salud, la telemedicina les brinda la seguridad de que
sus signos vitales se encuentran siendo monitoreados en tiempo
real.

Finalmente se puede indicar aspectos técnicos como
la determinación del tipo de protocolo de transmisión
de datos, el cual debe ser seleccionado en función de sus
prestaciones y limitaciones, como se indica en la revisión
existe una amplia gama de propuestas por la industria, como por
ejemplo ZigBee, la cual posee como desventaja una
transmisión de 45 a 100kb, por tanto, es limita para zonas
pequeñas o mediadas. En aplicaciones inalámbricas se
debe considerar que si bien el costo inicial de instalación
es bajo en comparación con alámbricas, el costo de los
equipos es mayor.

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Autor:

Andrea Johhana Curay
Flores

Universidad Politécnica
Salesiana