El alumbrado público puede ser el primer paso hacia las ciudades del futuro. Por ello, en el marco de las inversiones que planea realizar en Gobierno resulta importante tener en cuenta los requisitos necesarios para transformar estas redes en inteligentes.

Autor: Hernán Fagnilli

¿Cómo se explica esto?

A través del Plan de Alumbrado Eficiente, desde el Estado se promueve el reemplazo de las lámparas actualmente instaladas por nuevas lámparas de tecnología LED. Este reemplazo solamente garantiza la disminución del consumo en las luminarias. Pero,  en ningún caso prevé el monitoreo y control de estas. O lo que es lo mismo, la posibilidad de gestionar sus sistemas de alumbrado como un activo más del municipio.

Empero, el momento es óptimo para dejar preparado el escenario sobre el cual puedan instrumentarse en un futuro tales controles. Y, de esa forma, convertir los sistemas de alumbrado público en redes inteligentes gestionadas de manera centralizada. En efecto, una manera de optimizar el reemplazo de lámparas es prever que las nuevas luminarias contemplen las características electrónicas y físicas que faciliten a futuro la incorporación de controladores para este tipo de redes.

La situación actual en nuestro país

Con casi 10 millones de luminarias del Alumbrado Público (AP) de nuestro país -tanto en ejidos urbanos, suburbanos, rutas y accesos-  integran sistemas obsoletos e ineficientes. Por ello, generan importantes gastos  a las municipalidades, que a su vez,  carecen de posibilidades de monitorear, administrar y mejorar su operación y sus costos.

A su vez, casi la totalidad de los sistemas de alumbrado público de Argentina se alimentan del mismo transformador que los abonados residenciales. Debido a esto,  carecen de medidores o instrumentos que mensuren el consumo discriminada y precisamente. Por lo tanto, dicha tarifa se lleva a cabo aplicando algoritmos para determinar el consumo del período sin que el municipio tenga posibilidades de verificar la exactitud de dicha mensura.

¿Qué requisitos son necesarios para transformar una red de AP en inteligente?

La transformación de las redes de alumbrado público en sistemas inteligentes implica diversas cuestiones tanto internas como externas al municipio. Pueden resumirse en:

Internas

  • Contar con personal especialista en el tema.
  • Definir un pliego de condiciones técnicas claro y universal.
  • Contar con capacidad de evaluación de propuestas.
  • Participar activamente de la instalación de la red.
  • Tomar la administración de la red.

Externas

  • Contar con ofertas en mercado de tecnologías estándar.
  • Disponer de sistemas abiertos para el monitoreo y control.
  • Contar con múltiples proveedores de los sistemas.

Los dos medios disponibles

Los municipios pueden elegir entre dos medios disponibles para dotar de inteligencia a tales a los sistemas de luminaria pública. Estas son: la radiofrecuencia (RF) y las líneas de transmisión eléctrica (PLC).

Por un lado, con la RF se abrió una amplia oferta en el mercado. Sobre todo, a partir de la liberación de las bandas a nivel global (433, 868 y 915 KHz), por parte de las telefónicas. Lo mencionado anteriormente, sumado al WPAN de 2.4GHz, dio lugar a un sinnúmero de nuevos servicios de redes de datos y así, surgió una gran cantidad de servicios privados y públicos. Algunos de ellos, dedicados al alumbrado público.

Ventajas y desventajas

Las ventajas de las redes RF son la eficacia e inmediatez de proveer el control a las luminarias de calle con la sola instalación y habilitación del hardware requerido. Así, el usuario podrá monitorear y controlar el estado de cada una de las luminarias vía RF. Ello remozó antiguos protocolos tales como el ZigBee, y dio lugar a nuevos como el Thread, el ZWave y el Wirepas entre otros, todos basados en la norma IEEE 802.15.4.

Por otro, el PLC ofrece la posibilidad de transportar una muy amplia cantidad de servicios por el mismo vínculo. Es resultado de la ampliación que tuvo en términos de ancho de banda, cantidad de nodos y distancias para una misma red.

En este sentido, existen las redes que utilizan la línea de tensión -PLC- como medio de comunicaciones. En efecto, a partir del hecho que las luminarias ya están asociadas en red por medio del cable de alimentación eléctrica, dicha infraestructura se convierte en el medio natural para dotar de inteligencia no solamente al sistema de alumbrado público, sino también, a otros servicios que pretendan implementarse a futuro en la ciudad. Como por ejemplo, luces de tráfico, cámaras de seguridad y transporte público, entre otros.

El PLC y su posibilidad de incorpo

A diferencia de la RF, donde cada servicio debe contar con su propia red, el PLC permite el agregado de nuevos servicios al mismo medio. Vale decir que a medida que aumentamos la cantidad de servicios mejora la performance de la red en términos de costo/beneficio.

En síntesis, mientras que uno de las principales argumentos a favor de las redes de alumbrado público RF es la dificultad de que el cable del sistema sea manipulado por personal ajeno a la empresa, son muchas las debilidades que presenta frente al PLC. Este último ofrece la posibilidad de utilizar la misma red para distintos servicios y la disponibilidad de un medio robusto y universal para soportar todos los servicios de la futura ciudad inteligente.

Comparando los dos sistemas

Algunas de las cuestiones entonces a tener en cuenta a la hora de elegir el medio a utilizar son:

Radio Frecuencia (RF)

 

Características generales

Por lo general son redes de baja velocidad (20-40Kbps o 250Kbps, dependiendo del algoritmo de modulación utilizado) que tienden a degradarse por necesidades propias de funcionamiento. Así, mientras el tratamiento de las colisiones obligó a ZigBee a adoptar mecanismos del tipo CSMA/CA, esta solución dio lugar a nuevos problemas (nodo expuesto-nodo oculto). Si bien esto último fue atemperado por un nuevo mecanismo (DFW-MAC), tiene como contrapartida mayores delays en la transferencia y aumento del consumo de energía de los nodos.

 

Seguridad

Una red inalámbrica utiliza señales de radio para el intercambio de datos entre dos o más nodos. Tal característica es la que la reviste de marcados rasgos de vulnerabilidad, tanto en el canal como en cada dispositivo.

 

En el primero de los casos, el canal puede ser espiado e inyectado con mensajes falsos o reenviados en la red, del mismo modo que el espectro radioeléctrico se puede inhibir con equipos específicos, de forma que la comunicación entre equipos se haga inviable.

En el caso del nodo, el hacker al acceder puede robarle información sensible, reprogramar el nodo y cambiar su comportamiento, o dañar físicamente el hardware para terminar con el nodo.

 

Escalabilidad

Una red inalámbrica trabaja en una única frecuencia y está destinada a un solo servicio. Esto quiere decir que el municipio deberá instalar una red por cada uno de los servicios que pretenda incorporar los cuales deberán transmitir sobre una frecuencia distinta a fin de no entorpecer otros servicios. Esto obliga al municipio a nuevas inversiones en equipamientos y mano de obra.

 

Cantidad de nodos por tramo.

Las redes inalámbricas están sujetas para su buen funcionamiento a fenómenos naturales como ser variaciones de clima, condiciones meteorológicas e incluso a la vegetación del terreno en el que se instalan. Ello, junto con algunas de las características señaladas, obliga a que los tramos o subredes sean de cortas distancias y de poca cantidad de nodos, con tasas de transferencia de 20 a 40 Kbps en la mayoría de los casos o bien de 250Kbps, dependiendo de la frecuencia adoptada.

Si bien en un marco teórico una red como las descritas soporta varios miles de nodos por red, las características de velocidad, seguridad y meteorológicas enunciadas aconsejan que en una red de alumbrado público los tramos no excedan algunas decenas de nodos por controlador.

PowerLine Communications (PLC)

 

Características generales

Son redes con un ancho de banda que llegan a los 28Mbps (HD-PLC/IEEE 1901).

Su sistema de modulación por división de frecuencia le da una extremada solidez a la vez de permitir la coexistencia de gran cantidad de redes sobre el mismo cable, sin riesgos de interferencia entre ellas. Su homologación bajo la norma ISO 14908 (LON) lo convierte en el medio más nítido para este tipo de  redes de control y en la señal más sólida entre los protocolos utilizados para redes inteligentes, a excepción de la fibra óptica.

 

Seguridad

Como toda red que utiliza medios físicos, una red PLC resguarda los datos de extremo a extremo, sin dejar puntos débiles entre los nodos que la conforman.

La seguridad en una red PLC está dada por el ambiente físico en el que se instala y del que, para participar, es necesario incluirse en su infraestructura de igual manera en la que se encuentran sus nodos. El intruso también deberá conocer el protocolo del servicio del que se trate y la configuración de sus nodos para poder participar a nivel de las capas PHY y MAC de la red.

 

Escalabilidad

La facilidad del PLC para la coexistencia de distintas redes con distintas frecuencias le permite al municipio incorporar nuevos servicios en red sobre el mismo cable de potencia de las luminarias. Esto no solo evita la duplicación del gasto toda vez que se pretenda desplegar nuevas redes de servicios para la comunidad (tránsito, cargadores para autos, información, etc.), lo cual abarata el costo de nuevas implementaciones.

 

Cantidad de nodos por tramo.

Actualmente el estándar ISO/IEC 14908 ha liberado una nueva categoría -HD PLC- que permite implementar redes de hasta 1024 nodos en una sola subred, todos con stack IP (IPv4 ó IPv6), para distancias de hasta 1Km y con tasas de transferencia que oscilan entre 1 y 28Mbps. Esta amplitud de frecuencias soportadas en un mismo conductor es lo que permite utilizar una red PLC para más de un servicio, lo cual abarata sensiblemente la habilitación de nuevas prestaciones para la ciudad.

Una red PLC así diseñada se transforma en el backbone de la ciudad, debido entre otras cosas a que una red como la descrita tiene implementado un sistema de repetición dinámico que garantiza la comunicación con todos los nodos de la red, aún frente a cambios del entorno eléctrico como por ejemplo mayor cantidad de atenuaciones en un momento dado.

Conclusiones

Este es un momento crítico para optimizar la inversión de los municipios en alumbrado público a fin de que estos gastos posibiliten la escalabilidad de los sistemas. Debe entenderse como la base de la integración de redes de alumbrado público. Así como, la posibilidad de que la infraestructura instalada permita agregar otros servicios comunitarios sin requerir duplicación de equipos, sistemas y personal de mantenimiento.

Para ello, debe priorizarse que las tecnologías de la telegestión cumplan con estándares ISO del mercado, que garanticen una gran cantidad de oferta en términos de fabricantes, instaladores y sistemas. Es decir, un escenario de múltiples proveedores. Ello tiene como correlato permitir la participación de mayor cantidad de empresas en las compulsas a realizarse. Sobre todo, en aspectos relacionados con el monitoreo y el control de la red.

Del mismo modo, el municipio podrá decidir si utiliza para su red de AP tecnología escalable, vale decir aquella que soporte, a futuro, mayor cantidad de servicios sin necesidad de desplegar redes adicionales. En tal sentido, el estándar ISO/IEC 14908-3, a partir del HD-PLC, asegura la implementación y la gestión de redes inteligentes de AP con absoluta independencia del proveedor, permitiendo la incorporación futura de nuevos servicios sobre los mismos componentes de hardware y software, de manera segura y a menores costos que con otros protocolos.

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