NODOS CENTRAL Y TERMINAL DE INSTRUMENTACIÓN Y SISTEMA DOMÓTICO AUTOCONFIGURABLE Y SEGURO.

Nodo terminal de instrumentación (2) con:

- medios de conexión (30,

31, 35) para acoplarse con un aparato externo (10) para generar una señal eléctrica de actuación, medios de comunicación (28, 29) para recibir o enviar mensajes,

-medios de cifrado para cifrar los mensajes de envío generados y para descifrar los mensajes recibidos,

- medios de almacenamiento (33) para almacenar claves para cifrado y descifrado de los mensajes e información sobre el funcionamiento del propio nodo (2), sobre los estados de los dispositivos de la red (4, 5, 9, 10) y asociaciones entre estados,

- medios de procesamiento (34) para actualizar la información de los medios de almacenamiento (33) según los mensajes recibidos y para identificar eventos definidos por cambios de estado ocurridos en los dispositivos (4, 5, 9, 10), a fin de generar mensajes de envío según dichos eventos y controlar la generación de señales eléctricas en los medios de conexión (30, 31, 35).

Nodos central y terminal de instrumentación y sistema domótico autoconfigurable y seguro.

Sector de la técnica La presente invención pertenece al campo de la domótica y está relacionada con la instrumentación de entornos domésticos y ofimáticos.

Estado de la técnica Atendiendo a aspectos estrictamente estructurales, el término instrumentación del entorno comprende la comunicación e integración de dispositivos de campo para la sensorización y actuación, tanto discreta (todo/nada) como proporcional, dispositivos electrónicos basados en microcontroladores así como dispositivos de más alto nivel para el tratamiento de la información y de contenidos multimedia.

Atendiendo a aspectos estrictamente funcionales, el término instrumentación comprende la gestión e integración de información que, proveniente de la interactuación con las personas y el entorno, está relacionada con el confort, la energía, la seguridad de las instalaciones, la seguridad de las personas, el ocio y todos aquellos aspectos domóticos y de automatización de tareas.

En la actualidad se pueden encontrar en el mercado numerosos sistemas y tecnologías destinados a la automatización del hogar y la oficina. Dichos sistemas se encuentran dominados por tecnologías que se encuadran dentro de lo que se puede considerar domótica clásica. Se trata generalmente de tecnologías propietarias, no interoperables entre sí, que se basan en la instalación de buses de comunicaciones propios a los que se conectan nodos terminales en los que se encuentran sensores o actuadores que operan sobre los diferentes elementos de la instalación.

Existen dos aproximaciones principales para dotar a dichos nodos de comportamiento. En algunas tecnologías existe un nodo central del sistema que contiene la lógica de operación del mismo y se encarga de controlar los nodos terminales. En otras existe la opción de que los propios nodos terminales cuenten con una programación que define su comportamiento. En ambos casos la programación se establece durante la instalación del sistema, no suele ser posible la modificación del comportamiento del mismo por parte de los usuarios finales ni la adaptación automática de éste a las necesidades o preferencias de los usuarios.

Dentro de este tipo de sistemas se encuentran tecnologías de domótica con cierta penetración en el mercado como EIB/KNX, Lonworks o X10.

En el documento de patente ES2078831, “Sistema domótico de control para una serie de instalaciones y/o aparatos eléctricos” se presenta un sistema domótico con operación distribuida que cuenta con diferentes unidades, cada una de ellas con una funcionalidad particular asociada. Estas unidades están conectadas a un nodo central que es donde se encuentra y ejecuta la lógica de operación del sistema. La conexión con dicho nodo central se realiza mediante un bus de comunicaciones propio, y el sistema requiere la programación y configuración específica del mismo según las tareas a realizar y las unidades disponibles.

En el documento de patente US6735619, “Home network gateway apparatus and home network device” se presentan dos dispositivos. Por un lado un dispositivo que se conecta a electrodomésticos y otros aparatos del hogar para actuar como adaptador de los mismos a la red de control del hogar. Por otro lado un dispositivo gateway con capacidad para conectarse a Internet que contiene el software necesario para detectar los dispositivos conectados a la red de automatización y hacer posible su control remoto a través de Internet. Así, el gateway proporciona a los usuarios una interfaz gráfica web desde la que controlar los dispositivos de su hogar.

En el documento de patente ES2300231, “Sistema de control domótico multiprotocolo con interfaz de usuario”, se presenta un sistema de control domótico cuya principal característica es el hecho de ser compatible con múltiples tecnologías domóticas, permitiendo así el control integrado de dispositivos pertenecientes a tecnologías heterogéneas como X10 o EIB/KNX.

La revisión del estado actual de la técnica en el sector al que se destina la presente invención ha permitido identificar las características principales de las invenciones más relevantes. De estas características se pueden extraer algunas de las principales carencias que presentan este tipo de sistemas. Estas son:

1. Numerosas tecnologías, especialmente las tecnologías de domótica clásica, requieren la instalación de buses de comunicaciones propios, así como la obligación de utilizar dispositivos terminales también propietarios, lo cual encarece enormemente la instalación eléctrica de las viviendas y oficinas y limita la oferta de dispositivos disponibles.

2. Otra carencia de numerosas tecnologías es que, o bien no cuentan con capacidades de operación autónoma, limitándose exclusivamente a permitir el control remoto de la instalación, o las posibilidades de operación autónoma de la instalación son bastante básicas, limitándose a operaciones reactivas ante cambios directos

detectados por los sensores. La definición de dichas programaciones suele ser estática, y decidida por los instaladores del sistema durante la puesta en marcha del mismo. En muchos casos, dicha lógica de operación autónoma se encuentra alojada en dispositivos centrales, lo que puede dificultar la operación del sistema en caso de fallos en algunas partes de la red o en el propio dispositivo central.

3. Finalmente, otro aspecto ignorado en las tecnologías existentes es la seguridad del sistema de instrumentación, tanto con respecto a la confidencialidad de las comunicaciones, como al acceso a las capacidades de control de los dispositivos disponibles.

Analizando de forma global el estado de la técnica en el ámbito de esta invención, todas las invenciones presentan alguna de las carencias mencionadas.

Estos inconvenientes han sido algunos de los principales escollos en la integración de este tipo de tecnologías en los hogares y oficinas, pues suponen incrementos muy elevados en los costes de construcción e instalación para conseguir funcionalidades muy limitadas.

Descripción de la invención

Sería por tanto deseable obtener un sistema de instrumentación distribuida en entornos domésticos y ofimáticos de coste reducido, tanto en lo referente a los componentes como en lo referente a la instalación, que disponga de capacidades de operación autónoma sin requerir la utilización de control centralizado, que disponga de herramientas y capacidades para modificar y adaptar fácilmente la operación del sistema a las preferencias de sus usuarios, y que garantice la seguridad tanto de los datos manejados por el sistema como del acceso a las propias funcionalidades del mismo.

Para ello, la presente invención propone la utilización de componentes de uso común para el diseño de una red de instrumentación no propietaria y la construcción de nodos terminales de instrumentación que faciliten la conexión de dispositivos genéricos. Esta configuración hace posible la concepción de sistemas para la instrumentación de coste reducido.

Finalmente, la presente invención propone también una serie de mecanismos encaminados a, por un lado, mejorar la autonomía de la red de instrumentación con respecto a la operación funcional de la misma, así como a su instalación y configuración. Y, por otro lado, mecanismos encaminados a garantizar la seguridad de las comunicaciones dentro de la red de instrumentación y con sistemas externos, así como garantizar la seguridad en el acceso a la funcionalidad proporcionada por la red.

Éste y otros objetivos se consiguen mediante las características definidas en las reivindicaciones independientes.

Otras realizaciones concretas o particularmente ventajosas se definen en las reivindicaciones dependientes.

Es por tanto objeto de la presente invención un dispositivo (o nodo) terminal de instrumentación distribuida. La invención también se refiere a un dispositivo (o nodo) central de instrumentación distribuida. Se expone también un sistema que integra ambos dispositivos bajo una red de comunicaciones.

Descripción de las figuras Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de este documento un conjunto de dibujos con carácter ilustrativo y no limitativo, donde se ha representado lo siguiente:

En la Figura 1 se muestra un ejemplo esquemático de una instalación de red de instrumentación según la propuesta de la presente...

1. Nodo terminal de instrumentación (2) caracterizado por que comprende:

- medios de conexión (30, 31, 35) configurados para acoplarse eléctricamente con un aparato externo (10) para generar una señal eléctrica de actuación sobre dicho aparato externo (10) ,

- medios de comunicación (28, 29) configurados para recibir o enviar mensajes a través de una red local de datos,

- medios de cifrado configurados para cifrar los mensajes de envío generados en los medios de procesamiento y para descifrar los mensajes recibidos en los medios de comunicación para ser procesados,

- medios de almacenamiento (33) configurados para almacenar claves para cifrado y descifrado de los mensajes, dichos medios de almacenamiento configurados además para almacenar información sobre el funcionamiento del propio nodo de instrumentación (2) , sobre los estados de los dispositivos de la red (4, 5, 9, 10) y asociaciones entre estados,

- medios de procesamiento (34) configurados para actualizar la información de los medios de almacenamiento de acuerdo con los mensajes recibidos y para identificar eventos definidos por cambios de estado ocurridos en los dispositivos (4, 5, 9, 10) de la red, a fin de generar mensajes de envío de acuerdo con dichos eventos y controlar la generación de señales eléctricas en los medios de conexión (30, 31, 35) .

2. Nodo terminal (2) según reivindicación 1, caracterizado por que los medios de conexión comprenden además un módulo de expansión (35) configurado para ser conectado con otro módulo de expansión (35) para permitir el apilamiento de varios módulos de expansión sobre un mismo nodo de instrumentación.

3. Nodo terminal (2) según reivindicación 2, caracterizado por que el módulo de expansión (35) comprende un microcontrolador propio configurado para implementar al menos uno de los dos modos siguientes:

- un modo autónomo configurado para establecer operaciones de control autónomo de las funciones de dicho módulo de expansión,

- un modo dependiente configurado para ser controlado desde el nodo terminal (2) anfitrión.

4. Nodo terminal (2) según reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado por que los medios de conexión comprenden al menos una entrada analógica y una pluralidad de entradas y salidas digitales.

5. Nodo terminal (2) según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que está configurado para implementar un proceso de inicialización basado en el envío de un mensaje de anuncio a todos los nodos (2, 6) y/o módulos de expansión (35) disponibles en la red de instrumentación a fin de actualizar la información presente en los medios de almacenamiento.

6. Nodo terminal (2) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de comunicación están configurados para implementar al menos uno de los siguientes protocolos: según IEEE 802.3 o según IEEE 802.11.

7. Nodo terminal (2) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de cifrado están configurados para implementar un cifrado de clave simétrica y un cifrado de clave pública/clave privada para autentificar previamente los nodos durante el proceso de establecimiento de la clave simétrica.

8. Nodo central de instrumentación (6) caracterizado por que comprende:

- medios de comunicación (37, 43) configurados para recibir o enviar mensajes a través de una red local de datos, dichos medios de comunicación (37, 43) configurados además para transferir información sobre el funcionamiento de unos nodos terminales (2) , sobre los estados de los dispositivos de la red (4, 5, 9, 10) y asociaciones entre estados,

- medios de cifrado (42) configurados para cifrar los mensajes de envío generados en unos medios de procesamiento y para descifrar los mensajes recibidos en los medios de comunicación (37, 43) para ser procesados,

- medios de almacenamiento (41) configurados para almacenar información asociada a una pluralidad de dispositivos (2, 4, 5, 9, 10) que pueden ser conectados a la red, comprendiendo información sobre el funcionamiento de unos nodos terminales (2) , sobre los estados de los dispositivos de la red (4, 5, 9, 10) y asociaciones entre estados,

- medios de procesamiento (38, 39, 40) configurados para:

- actualizar la información de los medios de almacenamiento (41) de acuerdo con los mensajes recibidos,

- establecer asociaciones basadas en cambios de estado de los dispositivos (4, 5, 9, 10) de la red, de forma que se definen eventos para administrar dichos dispositivos (4, 5, 9, 10) ,

- controlar la transferencia de información en los medios de comunicación (37, 43) .

9. Nodo central (6) según reivindicación 8, caracterizado por que los medios de comunicación (37, 43) están configurados para implementar al menos uno de siguientes protocolos: según IEEE 802.3 o según IEEE 802.11.

10. Nodo central (6) según reivindicación 9, caracterizado por que comprende unos medios de control configurados para ampliar la capacidad de conexión de unos nodos terminales (2) anfitriones mediante la gestión de módulos de expansión (35) configurados para ser conectados con otros nodos terminales (2) . 11. Nodo central (6) según reivindicación 8, caracterizado por que comprende unos medios de monitorización de los dispositivos (2, 4, 5, 6, 9, 10) de la red.

12. Sistema domótico caracterizado por que comprende.

10. una red local de datos,

- un nodo terminal (2) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,

- un nodo central (6) según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11.

13. Sistema domótico según reivindicación 12, caracterizado por que los medios de almacenamiento (34) de un nodo terminal (2) están configurados para ser inicializados mediante una transmisión inicial de las claves públicas de forma que los mensajes de envío son cifrados por dicho nodo terminal (2) y descifrados al ser recibidos por el nodo central (6) mediante la aplicación de una clave privada almacenada en los medios de almacenamiento (41) de dicho nodo central (6) .

14. Sistema domótico según reivindicación 13, caracterizado por que el nodo central (6) está configurado para enviar en respuesta al nodo terminal (2) , un mensaje cifrado con la clave pública que comprende información sobre una clave simétrica necesaria para establecer posteriores comunicaciones a través de la red.

15. Sistema domótico según reivindicación 14, caracterizado por que periódicamente se reemplaza la clave simétrica.