Protocolos cableados en domótica: KNX TP, CAN, RS-485 y Ethernet

Introducción

Las protocolos cableados siguen siendo la referencia en aquellas instalaciones domóticas donde se busca la máxima fiabilidad. A diferencia de las tecnologías inalámbricas, el medio de transmisión es un cable físico, lo que reduce considerablemente la sensibilidad a interferencias y permite una comunicación más predecible.

La mayoría de estas tecnologías permiten además suministrar alimentación a los dispositivos a través del mismo cable, simplificando la instalación y reduciendo el número de fuentes de alimentación necesarias.

Sin embargo, no todos los protocolos cableados son iguales. Algunos están diseñados como buses compartidos, donde varios dispositivos utilizan el mismo cable para comunicarse, mientras que otros utilizan enlaces punto a punto y requieren equipamiento adicional como switches.

Protocolos tipo bus

Los medios tipo bus permiten conectar múltiples dispositivos a un mismo cable compartido, sin necesidad de switches intermedios. Habitualmente utilizan un único par trenzado con impedancia controlada en torno a los 100-120 ohmios para minimizar reflexiones y garantizar la integridad de la señal.

Su principal ventaja es que requieren menos cableado y permiten conectar numerosos dispositivos de forma sencilla.

KNX TP

KNX TP (Twisted Pair) es el medio físico cableado tradicional del ecosistema KNX y fue diseñado específicamente para aplicaciones de automatización de edificios y viviendas.

Su velocidad es de 9,6 kbit/s, lo que permite transmitir aproximadamente unos 50 telegramas por segundo. Aunque esta cifra puede parecer baja comparada con otras tecnologías modernas, resulta más que suficiente para la inmensa mayoría de aplicaciones domóticas, donde los eventos son relativamente poco frecuentes.

La gran ventaja de KNX TP es la enorme flexibilidad que ofrece en cuanto a topología. Gracias a su baja velocidad de transmisión, admite configuraciones en línea (daisy-chain), estrella, árbol o combinaciones de todas ellas. En la práctica, el cable puede desplegarse de forma muy similar a una instalación eléctrica convencional.

Por ejemplo, es habitual llevar un cable principal por un pasillo y derivar ramales hacia distintas cajas de distribución o mecanismos sin necesidad de seguir una topología estricta.

Cada línea admite actualmente hasta 256 dispositivos y aproximadamente 1000 metros de cableado. Además, existen límites de unos 350 metros entre un dispositivo y la fuente de alimentación, así como entre dos dispositivos cualesquiera de la línea. Cuando estos límites resultan insuficientes, es posible segmentar la instalación utilizando acopladores de línea o empleando una red Ethernet como backbone.

Otro aspecto destacable es su robustez. La combinación de una velocidad reducida, una topología tolerante y décadas de evolución convierten a KNX TP en una tecnología extremadamente fiable.

Su principal inconveniente es que no está basada en IP. Esto significa que, en la práctica, únicamente puede utilizarse dentro del ecosistema KNX. Además, la configuración de la instalación requiere utilizar herramientas específicas y de pago como ETS.

CAN

CAN (Controller Area Network) es un protocolo que nació en la industria de la automoción para interconectar unidades de control dentro de los vehículos.

Aunque técnicamente puede utilizarse en domótica, no fue diseñado específicamente para este propósito y presenta algunas limitaciones cuando se intenta utilizar como red domótica general.

Una de sus principales características es su flexibilidad. El estándar permite distintas velocidades de transmisión y deja numerosos parámetros abiertos a la implementación concreta.

Actualmente existen varias generaciones:

• CAN 2.0: hasta 1 Mbit/s.
• CAN FD: hasta aproximadamente 8 Mbit/s.
• CAN XL: hasta 20 Mbit/s.

Sin embargo, el estándar no fija una velocidad concreta de funcionamiento, ni una distancia máxima, ni un número máximo de dispositivos. Todos estos parámetros dependen de cómo cada fabricante implemente su solución.

A diferencia de KNX TP, CAN está diseñado para funcionar principalmente con una topología lineal o daisy-chain. Las configuraciones en estrella o árbol no están recomendadas y, aunque pueden llegar a funcionar, normalmente requieren reducir significativamente la velocidad y las distancias.

Esta falta de estandarización hace que CAN no sea especialmente adecuado como red domótica abierta. Su uso suele limitarse a ecosistemas cerrados de un único fabricante, donde tanto el hardware como el protocolo superior están completamente controlados.

Un ejemplo conocido es Loxone. Su protocolo Loxone Link utiliza CAN a 125 kbit/s, con topología estrictamente lineal, un máximo de 30 dispositivos y hasta 500 metros de cableado. Por otro lado, Loxone Tree reduce la velocidad a 50 kbit/s, permitiendo hasta 50 dispositivos y admitiendo topologías en estrella o árbol similares a las de KNX.

RS-485

RS-485 tiene un origen industrial y continúa siendo una de las tecnologías más utilizadas en sistemas de control, climatización, energía y automatización industrial.

A diferencia de CAN, RS-485 ni siquiera define el formato de los mensajes. La norma únicamente especifica la capa física de transmisión, dejando completamente abiertos aspectos como el direccionamiento, la detección de errores o el protocolo de aplicación.

Esta flexibilidad permite utilizar velocidades muy diversas, normalmente entre 9,6 kbit/s y varios megabits por segundo. La velocidad máxima alcanzable depende de factores como la distancia, la topología y el número de dispositivos conectados.

Precisamente esta libertad es también uno de sus principales inconvenientes desde el punto de vista de la interoperabilidad. Dos dispositivos RS-485 no son necesariamente compatibles entre sí, ya que pueden utilizar protocolos completamente distintos.

Lo más habitual es encontrar protocolos industriales de mayor nivel como Modbus RTU o BACnet MS/TP funcionando sobre RS-485, aunque numerosos fabricantes desarrollan también soluciones propietarias.

Por este motivo, RS-485 suele utilizarse para integrar equipos concretos, como máquinas de climatización, variadores de frecuencia, sistemas fotovoltaicos o equipos industriales, pero rara vez se emplea como red domótica principal de una vivienda.

10BASE-T1S

10BASE-T1S es una incorporación relativamente reciente al mundo de las comunicaciones industriales y de automoción. Forma parte de lo que se conoce como Single Pair Ethernet (SPE), una nueva familia de estándares Ethernet que utilizan un único par trenzado en lugar de los cuatro pares del Ethernet convencional.

Su objetivo es ofrecer una alternativa basada en Ethernet e IP para sustituir protocolos tradicionales como CAN o RS-485.

A diferencia de estos, se trata de un estándar mucho menos ambiguo. La velocidad queda fijada en 10 Mbit/s y todos los dispositivos comparten una misma tecnología Ethernet estándar, permitiendo total interoperabilidad a nivel de IP.

La versión inicial del estándar permitía redes de hasta 25 metros y 8 dispositivos, aunque en las últimas versiones se han ampliado estos límites a 50 metros y 16 dispositivos. En entornos controlados se han realizado pruebas con cantidades superiores.

Su principal inconveniente para aplicaciones domóticas es la topología. Debido a la elevada velocidad de transmisión, exige una instalación mucho más estricta que KNX TP. La red debe desplegarse en línea, con derivaciones extremadamente cortas, generalmente inferiores a 10 centímetros.

Esto dificulta enormemente su instalación en una vivienda convencional, donde las topologías en estrella y árbol resultan mucho más naturales.

Por este motivo, actualmente parece más adecuado para aplicaciones de automoción, maquinaria o cableados internos de cuadros eléctricos que para una instalación domótica distribuida por toda una vivienda.

Protocolos punto a punto

Ethernet

Ethernet es el protocolo de red más utilizado del mundo y constituye la base de prácticamente todas las redes IP modernas.

A diferencia de los buses compartidos, el Ethernet convencional funciona mediante enlaces punto a punto, por medio de cableado de cuatro pares trenzados. Esto implica que cada dispositivo necesita una conexión dedicada hasta un switch, lo que condiciona la topología de la instalación.

La topología más recomendable es en estrella, con todos los dispositivos conectados a un switch central. También es posible construir topologías en árbol utilizando switches adicionales, aunque esto incrementa tanto el coste como la complejidad de la instalación.

Su principal ventaja es la velocidad. Actualmente son habituales enlaces de:

Velocidad	Norma IEEE	Nombre
10 Mbit/s	IEEE 802.3i	10BASE-T
100 Mbit/s	IEEE 802.3u	100BASE-TX (Fast Ethernet)
1 Gbit/s	IEEE 802.3ab	1000BASE-T (Gigabit Ethernet)
2,5 Gbit/s	IEEE 802.3bz	2.5GBASE-T
5 Gbit/s	IEEE 802.3bz	5GBASE-T
10 Gbit/s	IEEE 802.3an	10GBASE-T

Además, los dispositivos de distintas velocidades suelen ser compatibles entre sí, negociando automáticamente la máxima velocidad soportada por ambos extremos.

Otra gran ventaja de Ethernet es que está basado en tecnología IP. Esto permite que sobre una misma infraestructura puedan coexistir una enorme variedad de protocolos de aplicación, siempre que estén basados en TCP/IP o UDP/IP. Entre ellos destacan:

• Protocolos domóticos, como Matter, KNX IoT o KNX IP.
• Protocolos industriales, como Modbus TCP o BACnet/IP.
• Protocolos y servicios generales de red, como HTTP o MQTT.

También permite alimentar dispositivos mediante Power over Ethernet (PoE), eliminando en muchos casos la necesidad de fuentes de alimentación adicionales.

Como contrapartida, el coste suele ser superior. Además del propio cableado, en todas las derivaciones es necesario instalar switches que requieren alimentación eléctrica y consumen energía de forma permanente.

Por este motivo, Ethernet resulta excelente para dispositivos que realmente necesitan grandes cantidades de datos, como cámaras de videovigilancia, videoporteros, sistemas multimedia o puntos de acceso Wi-Fi. Sin embargo, puede resultar excesivo gastar tomas de un switch para tareas sencillas como accionar unos pocos relés o leer algunos sensores.

Comparativa de protocolos cableados

Protocolo	Velocidad	Topología	Distancia máxima	Nº dispositivos por segmento	Basado en IP	Alimentación por el mismo cable	Flexibilidad de instalación	Uso habitual
KNX TP	9,6kbps	Bus en línea, estrella o árbol	1000m	256 (antiguamente 64)	No	Sí	Muy alta	Domótica
CAN	Hasta 1-20Mbps según versión	Bus en línea (estrella o árbol solo a velocidades bajas)	No se especifica, depende de la implementación	No se especifica, depende de la implementación	No	No	Baja	Automoción
RS-485	Hasta 10Mbps	Bus en línea (estrella o árbol solo a velocidades bajas)	No se especifica, depende de la implementación	No se especifica, depende de la implementación	No	No	Baja	Industria
10BASE-T1S	10Mbps	Bus en línea estricta	50m (antiguamente 25m)	16 (antiguamente 8)	Sí	Sí	Muy baja	Automoción
Ethernet	10Mbps a 10Gbps y superior	Punto a punto (Estrella o árbol mediante switches)	100m por enlace	2 (o prácticamente ilimitado con switches)	Sí	Sí (PoE)	Alta (colocando switches)	Redes troncales en edificios

Conclusiones

En DomoNexo somos muy partidarios de las tecnologías cableadas, especialmente las basadas en IP, siempre que resulte razonable utilizarlas.

Para aplicaciones que realmente necesitan transmitir grandes cantidades de datos, el Ethernet convencional es una solución excelente. Cámaras de videovigilancia, videoporteros, sistemas multimedia, puntos de acceso Wi-Fi o servidores domóticos son ejemplos claros donde Ethernet aporta ventajas evidentes.

Sin embargo, utilizar enlaces de 100 Mbit/s o incluso 1 Gbit/s para controlar unas pocas luces o accionar una persiana puede resultar excesivo. Es una solución perfectamente válida, pero difícilmente puede considerarse eficiente.

En estos casos, KNX TP sigue siendo una de las alternativas más sólidas disponibles actualmente. Su principal inconveniente es que no está basado en IP, lo que obliga a trabajar dentro del ecosistema KNX y utilizar herramientas específicas como ETS.

Desde nuestro punto de vista, existe un espacio intermedio todavía sin cubrir completamente: una tecnología cableada basada en IP, con velocidades reducidas y una topología suficientemente flexible para desplegarse por toda una vivienda. Un protocolo de este tipo sería el medio físico ideal sobre el que funcionarían protocolos de aplicación de mayor nivel como Matter o KNX IoT, evitando así la dependencia en un ecosistema concreto. Iniciativas como 10BASE-T1S avanzan en esta dirección, pero siguen estando más orientadas al mundo de la automoción que al de la domótica residencial.

Por el momento, para este tipo de aplicaciones, la industria continúa apostando principalmente por KNX TP en el ámbito cableado y por Thread como alternativa basada en IP pero inalámbrica.