El monitoreo de campos electromagnéticos generado por infraestructura TIC en ciudades inteligentes

EL MONITOREO DE CAMPOS

ELECTROMAGNÉTICOS GENERADO POR

INFRAESTRUCTURA TIC EN CIUDADES

INTELIGENTES

Especialidad: Comunicaciones y Electrónica Subespecialidad: Sistemas de Comunicaciones

Gran Reto de la Ingeniería Mexicana: Lograr la participación activa de la AIM en los ámbitos social, público y privado

Miguel Sánchez Meraz Maestría en Ciencias en Ingeniería de Sistemas

Fecha de ingreso: 28 de junio de 2016 Ciudad de México

El monitoreo de campos electromagnéticos generado por infraestructura TIC en Ciudades Inteligentes

Especialidad: Comunicaciones y electrónica, Subespecialidad Sistemas de Comunicaciones Gran Reto de la Ingeniería Mexicana: Lograr la participación activa de la AIM en los ámbitos social, público y privado

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Contenido

Resumen ejecutivo Executive Summary Objetivo Alcance 1. Introducción 2. Indicadores de desempeño asociados al uso de TICs en SSC 3. Efectos en la salud de la radiación de campos electromagnéticos 4. Recomendaciones ITU-T relacionadas a la exposición a CEM 5. Plataforma de monitoreo Conclusiones Referencias

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RESUMEN EJECUTIVO En este trabajo se presenta una revisión del impacto que representan las tecnologías de la información y comunicaciones en el desarrollo de las ciudades inteligentes. Particularmente se aborda el tema de la exposición a campos electromagnéticos emitidos por la infraestructura TIC de las ciudades. Se presenta un resumen de cuáles son los principales indicadores de desempeño que permiten evaluar el desarrollo de las ciudades en su evolución hacia el paradigma de las ciudades inteligentes. Uno de los propósitos fundamentales de las ciudades inteligentes es mejorar la calidad de vida de sus ciudadanos incluyendo su salud. En este sentido se enfatiza el tema de la evaluación de los niveles de exposición a campos electromagnéticos a los que está expuesta la ciudadanía, que es justamente uno de los parámetros clave de esta evaluación. Se revisan algunas de las principales iniciativas de organismos mundiales para el cuidado de la salud asociado a la exposición a CEM. Finalmente se presenta la descripción de un prototipo de ciudad inteligente que identifica una arquitectura general para el despliegue de proyectos que monitorean diferentes condiciones de una ciudad y que genera información útil y oportuna a sus ciudadanos. Palabras clave: ciudades inteligentes, exposición a campos electromagnéticos, CEM, indicadores clave de desempeño de ciudades inteligentes, efectos de campos electromagnéticos en la salud.



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EXECUTIVE SUMMARY This work presents a review of the impact the Information and Communication Technologies represent in the development of smart cities. Particularly the issue of exposure to electromagnetic fields emitted by the cities ICT infrastructure is discussed. A summary of the Key Performance Indicators to assess the development of cities in its evolution towards the smart cities paradigm is presented. One of the fundamental purposes of smart cities is to improve the quality of life of its citizens including their health. In this regard the issue of assessing levels of exposure to electromagnetic fields to which citizenship it is exposed, which is precisely one of the key parameters of this evaluation, is emphasized. We review some of the major initiatives of global agencies for health care and telecommunication associated with exposure to EMF. Finally the description of a smart city prototype is reviewed where it is identified a general architecture for the deployment of projects that monitor different conditions of a city and generates useful and timely information to its citizens.



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OBJETIVO Realizar un análisis del impacto de las Tecnologías de la Información en el desarrollo de Ciudades Inteligentes y Sostenibles, particularmente el asociado a la exposición de los ciudadanos a los campos electromagnéticos generados por la infraestructura TIC que da soporte a este tipo de ciudades, mediante una revisión de las recomendaciones generadas por organismos de salud pública y de regulación de redes de telecomunicaciones. ALCANCE

En este trabajo se presenta la revisión de una propuesta de parámetros clave de desempeño que ha generado la Unión Internacional de Telecomunicaciones para evaluar el grado de avance en la implantación de ciudades inteligentes. Se presenta también una revisión de las principales recomendaciones existentes acerca de este tema y se realiza una propuesta de plataforma que podría usarse para el monitoreo de campos electromagnéticos en una arquitectura de ciudades inteligentes.



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1. INTRODUCCIÓN. En los últimos 50 años la población global ha mantenido una tasa de crecimiento anual del 1.2% y en el año 2007 por primera vez en la historia de la humanidad el número de personas que viven en ciudades superó al número de personas que viven en entornos rurales. Adicionalmente se espera que la proporción de población ubicada en entornos urbanos supere el 70% para el año 2050 [1]. Las ciudades son poderosos motores de crecimiento económico y proveen mejores oportunidades de trabajo para millones de personas alrededor del mundo. Sin embargo las ventajas de la urbanización van acompañadas de importantes desafíos en materia de sostenibilidad pues las grandes concentraciones urbanas crean una presión adicional a la base de recursos de las ciudades, un incremento en la demanda de energía, de agua, de servicios sanitarios, de educación, de seguridad y de salud entre los más importantes. En la actualidad las ciudades contribuyen con más del 70 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y entre el 60 y el 80 por ciento del consumo mundial de energía. El tema de las ciudades inteligentes está siendo abordado por múltiples organismos internacionales de diferentes ámbitos. Muchos países están considerando este tema dentro de sus planes de desarrollo y de sus políticas públicas. En este escenario de desarrollo de las ciudades se ha generado una discusión a nivel global sobre cómo atender los retos que presenta el crecimiento de las urbanizaciones. En cualquier caso la conclusión es que hay que hacer un uso más eficiente e inteligente de los recursos de la ciudad usando como soporte las Tecnologías de la Información y Comunicación (TICs) [2]. De esta manera será posible conseguir un desarrollo sostenible de la ciudad con la mejora correspondiente en la calidad de vida de sus habitantes. Es alrededor de estos planteamientos que surge el concepto de “Ciudades Inteligentes” y algunos otros conceptos asociados. En el caso del presente documento el enfoque está dirigido al impacto que representan las TICs en el desarrollo de las ciudades inteligentes. En este sentido se toma de base la definición de Ciudad Inteligente y Sostenible de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), que ha sido establecida a través de su Grupo de Enfoque de Ciudades Inteligentes y Sostenibles y que es la siguiente: "Una Ciudad Inteligente y Sostenible es una ciudad innovadora que aprovecha las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) y otros medios para mejorar la calidad de vida, la eficiencia del funcionamiento y los servicios urbanos y la competitividad, al tiempo que se asegura de que responde a las necesidades de las generaciones presente y futuras en lo que respecta a los aspectos económicos, sociales y medioambientales" [3]. Como puede apreciarse las TIC juegan un papel fundamental en el desarrollo de los proyectos de ciudades inteligentes. Las capacidades de una ciudad inteligente están relacionadas de forma directa con su infraestructura de TICs que es usada en dos tareas fundamentales: por una parte es utilizada en sistemas de monitoreo del estado de la ciudad (contaminación, aguas residuales, energía, seguridad, etc.) y por otra parte es utilizada para ofrecer a sus ciudadanos información que les sea relevante sobre el estado de la ciudad. Una ciudad con mayor nivel



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de conectividad es una ciudad que tiene mayor capacidad de control de su infraestructura y de interacción con sus ciudadanos. De forma paralela al desarrollo de las ciudades inteligentes existen esfuerzos por incrementar el nivel de conectividad de los países. En la actualidad a nivel global los gobiernos han reconocido la importancia que representan las TICs para impulsar su desarrollo y como resultado están impulsando proyectos que les permitan mejorar sus índices de conectividad. En el caso de nuestro país este hecho queda evidenciado en la reforma constitucional que en materia de telecomunicaciones se realizó en el año 2013. En esta reforma se establece el derecho universal que tienen los ciudadanos mexicanos al acceso a la banda ancha. Escenarios similares se están presentando en muchos países, algunos con avances muy importantes como Corea del Sur y algunos países europeos que tienen coberturas de banda ancha muy cercanas al 100% [4]. Este escenario anticipa el inminente despliegue masivo de nueva infraestructura de comunicaciones basada tanto en tecnologías basadas en cables para conducir señales eléctricas y ópticas como en tecnologías que hacen uso de señales de radio. Esta infraestructura permitirá conectar cualquier dispositivo sea a nivel doméstico, de oficina o industrial en lo que se ha denominado como el Internet de las Cosas (IoT por sus siglas en inglés). Al mismo tiempo esta infraestructura estará orientada a mantener conectados o “en línea” a sus usuarios independientemente del lugar en que se encuentren. Estos escenarios implican que las personas estarán desarrollando sus actividades cotidianas de trabajo, recreo y descanso en entornos donde estarán presentes señales de radiofrecuencia generados por equipos y sistemas de la infraestructura TIC de la ciudad. Por lo tanto estas personas estarán expuestas a la radiación de los campos electromagnéticos (CEM) que generan dichas tecnologías de comunicación. En general el desarrollo de un proyecto de ciudad inteligente y sostenible se centra en mejorar la calidad de vida de sus ciudadanos. En este sentido será fundamental que en un proyecto de este tipo se considere el monitoreo de los niveles de radiación de CEM que existen en diferentes lugares de una ciudad y que esta información sea entregada de forma oportuna a sus ciudadanos.



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2. INDICADORES DE DESEMPEÑO ASOCIADOS AL USO DE TICS EN SSC Las Tecnologías de la Información y Comunicación (TICs) son un elemento fundamental para enfrentar los retos que representa la evolución de las urbanizaciones hacia el paradigma de las ciudades inteligentes y sostenibles. Las TICs pueden proveer la infraestructura de conectividad necesaria para una gestión eficiente de los recursos de las ciudades incluyendo agua, energía, residuos sólidos, transporte público, congestión vehicular, monitoreo de calidad del aire, etc. Adicionalmente esta infraestructura TIC permitirá a las autoridades o administradores de la ciudad que mantengan una comunicación estrecha con los ciudadanos para por ejemplo entregar información relevante de forma oportuna relativa a la operación de la ciudad. El Grupo de Estudio 5 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones Sector Telecomunicaciones (ITU-T SG5) trabaja alrededor de temas ambientales y del cambio climático incluyendo aquellos relacionados al impacto de las TICs en las ciudades. Uno de los objetivos de este grupo de estudio es definir el papel de las TICs en ciudades que buscan ser ambientalmente sustentables. En este sentido este grupo también tiene por objetivo identificar o proponer un conjunto de indicadores clave de desempeño (KPIs por sus siglás en inglés) para evaluar el impacto de las TICs sobre las ciudades ambientalmente sustentables. La intención de identificar KPIs es establecer los criterios para evaluar las contribuciones de las TICs para hacer a las ciudades más inteligentes y más sostenibles, y para proveer a las ciudades con los medios para realizar auto valoraciones. El conjunto de indicadores es aplicable a todas las ciudades y pueden ser usados como una referencia para establecer metas en su transición hacia ciudades con un mayor grado de inteligencia y sustentabilidad. El conjunto de indicadores clave de desempeño que ha sido propuesto por el ITU-T SG5 se centra específicamente indicadores relacionados con las TIC para ciudades inteligentes y sostenibles e incluye las siguientes dimensiones principales, mismas que incluyen sub dimensiones específicas de evaluación [5]. Dimensión 1: Tecnología de Información y Comunicación Sub dimensiones:

• Red y acceso

• Plataformas de Servicios e Información

• Seguridad de la Información y privacidad

• Campo Electromagnético

Dimensión 2: Sostenibilidad Ambiental Sub dimensiones:

• Calidad del aire

• Emisiones de CO2

• Energía

• Contaminación interior



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• Agua, suelo y ruido

Dimensión 3: Productividad Sub dimensiones:

• Inversión de capital

• Empleo

• Inflación

• Comercio

• Ahorros

• Exportación/Importación

• Ingreso/consumo del hogar

• Innovación

• Economía del Conocimiento

Dimensión 4: Calidad de vida Sub dimensiones:

• Educación

• Salud

• Protección/lugar público de Seguridad

• Comodidad y confort

Dimensión 5: Equidad e inclusión social Sub dimensiones:

• Inequidad de ingreso/consumo (coeficiente Gini)

• Inequidad de acceso social y de género a servicios e infraestructura

• Transparencia y participación pública

• Gobierno

Dimensión 6: Infraestructura Física Sub dimensiones:

• Infraestructura/conexión a los servicios – agua canalizada por tuberías

• Infraestructura/conexión a los servicios – aguas residuales

• Infraestructura/conexión a los servicios – electricidad

• Infraestructura/conexión a los servicios – gestión de residuos

• Conexión a los servicios – infraestructura de conocimiento

• Infraestructura/conexión a los servicios – infraestructura de salud



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• Infraestructura/conexión a los servicios – transporte

• Infraestructura/conexión a los servicios - la infraestructura vial

• Materiales de construcción - Vivienda

• Vivienda – Espacio habitable

• Construcción

Cada ciudad es diferente y sus administradores en conjunto con sus ciudadanos tendrán que definir cuáles son los indicadores que usarán como referencia para hacer su auto valoración y programación de metas en planificación de transición hacia un esquema de operación de ciudades inteligentes y sostenibles. En el caso particular de este documento nuestro interés está centrado en la valoración del impacto de las TICs abordado en la denominada Dimensión 1. En específico en la aplicación de las directrices de exposición a Campos Electromagnéticos (CEM) por parte de la ciudadanía así como la información que en este sentido debe hacerse pública. La ciudadanía está expuesta permanentemente a los CEM emitidos por diferentes sistemas de comunicación que forman parte de la infraestructura de conectividad de las ciudades inteligentes y sostenibles. Es necesario hacer una valoración de los niveles de estos CEM para asegurar que los mismos no rebasen los límites máximos establecidos por los organismos nacionales e internacionales de salud pública.



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3. EFECTOS EN LA SALUD DE LA RADIACIÓN DE CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS En general la población tiene un desconocimiento de lo que son los campos electromagnéticos y de los riesgos que pueden representar para su salud. Esta situación se agrava porque estos campos no son perceptibles de una forma natural como por ejemplo podría ser la radiación solar. Investigaciones de diversos organismos internacionales como la Organización Mundial de la Salud (OMS) y el Comité Científico sobre Riesgos a la Salud Emergentes y de Reciente Identificación (SCENIHR por sus siglas en inglés) no han podido confirmar o rechazar que existan afectaciones a la salud derivadas del uso de teléfonos móviles, principalmente diferentes tipos de cáncer [6]. Sin embargo diversos organismos a nivel global, incluida la Unión Internacional de Telecomunicaciones, han establecido límites máximos de exposición a CEM para proteger la salud de las personas. En nuestro país el Instituto Federal de Telecomunicaciones sometió a consulta pública en el pasado año 2015 un anteproyecto de acuerdo donde se establecen niveles máximos de radiación de CEM emitidos por sistemas de comunicaciones móviles [7]. El establecimiento de estos límites de radiación genera un marco normativo de referencia para diseñar acciones que protejan a los usuarios de la radiación de CEM generada por sistemas de comunicaciones [8]. La Tabla 1 presenta un resumen de diversas tecnologías inalámbrica, incluyendo la potencia pico de transmisión, potencia isotrópica radiada equivalente (PIRE) y distancias de operación. Esta información es relevante para los administradores de ciudades involucrados en el desarrollo de políticas de ubicación de sitios o en la aprobación de solicitudes de instalación de sitios. En esta tabla se ilustra la baja potencia que utilizan los dispositivos de tecnologías de red inalámbricas en comparación con la potencia de los sistemas de radiodifusión [9].



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Tabla 1 – Resumen de tecnologías inalámbricas TIC, potencias de transmisión y distancias de operación [9].

Tecnología/Dispositivo Potencia de

Transmisión

EIRPmax Rango de

Operación

Comentarios

Dispositivos de Corto Alcance

Bluetooth 0.001 hasta

0.1 W

0.1 W > 100 m Antena típica,

ganancia de 0 dBi. Smart meter > 0.1 W 0.1 W > 100 m

Identificación por Radio

Frecuencia (RF-ID) 0.001 – 1 W 4 W > 500 m

Antena, ganancia

mayor de 6 dBi.

Punto de acceso Wi-Fi 0.1 – 1 W 4 W > 500 m

Estación Base DECT 0.25 W 0.25 W > 100 m Antena típica,

ganancia de 0 dBi. Teléfono DECT 0.25 W 0.25 W > 100 m

Servicios de Radiocomunicaciones

Teléfono móvil > 0.25 W

(tiempo

promedio)

2 W 1 – 30 km Antena con

Ganancia de 0 dBi.

Router WiMAX > W 1 W ~5 km Antena típica,

ganancia de 0 dBi.

Sitio de Red WiMAX 3 W 100 W ~35 km Antena típica,

ganancia de 14

dBi.

Estación Base de redes

móviles (small cells)

1 – 10 W > 100 W 100 m –

1 km

Antena típica,

ganancia de 5 - 10

dBi.

Estación Base de redes

móviles (macro sitio)

10 – 80 W 2,600 W 1 – 30 km Ganancia adicional

de

aproximadamente

18 dBi y pérdidas

de alimentación de

aproximadamente

3 dB por la

estación base de

antenas.

Estación Típica de Radio

Transmisión FM

1 – 20 kW 197 kW

(ERP=120

kW)

< 100 km Ganancia adicional

de

aproximadamente

13 dBi, y pérdidas

de alimentador de

2 dB por antena.

Transmisor VHF TV 1 – 30 kW 328 kW

(ERP=200

kW)

< 150 km



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Transmisor típico UHF

TV

1-40

kW

1640 kW

(ERP=1000

kW)

< 100 km

Ganancia adicional

de

aproximadamente

16 dBi. Transmisor UHF DVB-T 1 – 5 kW 246 kW

(ERP=150

kW)

< 100 km

Estación Típica de Radio

Transmisión AM

50 – 1,200

kW

3,280 kW

(ERP=2000

kW)

> 300 km Ganancia adicional

de

aproximadamente

4 dBi.

Organización Mundial de la Salud En la Organización Mundial de la Salud, existe un proyecto con el objetivo de esclarecer científicamente los posibles efectos sobre la salud de la exposición a campos eléctricos y magnéticos estáticos y variables en el tiempo. Los campos electromagnéticos de todas las frecuencias constituyen una de las influencias del entorno más comunes y de crecimiento más rápido sobre las que existe una creciente ansiedad y especulación. Hoy en día, todas las poblaciones del mundo están expuestas a CEM en mayor o menor grado, y conforme avance la tecnología el grado de exposición continuará creciendo. Por ello, incluso un pequeño efecto sobre la salud de la exposición a CEM podría producir un gran impacto en la salud pública. Se ha planteado la posibilidad de que la exposición a campos magnéticos de frecuencias de la red eléctrica (50/60 Hz), es decir, de frecuencia extremadamente baja (FEB), podría producir un incremento de la incidencia de cáncer en niños y otros efectos perjudiciales para la salud. Los indicios proceden principalmente de estudios epidemiológicos en zonas residenciales. Estos estudios sugieren que existe una asociación entre la exposición de niños a campos magnéticos y el aumento del riesgo de leucemia. Conforme se desarrollan las sociedades, debido al aumento del uso de determinadas tecnologías, se produce una creciente exposición a campos eléctricos y magnéticos estáticos, particularmente en la industria, transporte, transmisión de electricidad, investigación y medicina. Nunca se han evaluado de forma adecuada los posibles efectos sobre la salud de los campos estáticos. Dada la rápida expansión de los dispositivos médicos y la inminente introducción, posiblemente a gran escala, de sistemas de transporte por levitación magnética que utilizan campos magnéticos estáticos de gran intensidad, es necesario evaluar de forma adecuada los posibles impactos sobre la salud de los campos estáticos.



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Para proteger la salud pública, y en respuesta a la preocupación pública por los efectos sobre la salud de la exposición a CEM, la Organización Mundial de la Salud (OMS) creó en 1996 el Proyecto Internacional CEM para evaluar las pruebas científicas de los posibles efectos sobre la salud de los CEM en el intervalo de frecuencia de 0 a 300 GHz. El Proyecto CEM fomenta las investigaciones dirigidas a rellenar importantes lagunas de conocimiento y a facilitar el desarrollo de normas aceptables internacionalmente que limiten la exposición a CEM. Los objetivos del proyecto consisten en [10]:

• Dar una respuesta internacional y coordinada a las inquietudes que suscitan los posibles efectos sanitarios de la exposición a los CEM,

• Evaluar las publicaciones científicas, y elaborar informes de actualidad sobre los efectos sanitarios,

• Descubrir aspectos insuficientemente conocidos en los que una investigación más a fondo permitiría evaluar mejor los riesgos,

• Alentar la creación de programas de investigación especializados y de alta calidad • Incorporar resultados de las investigaciones en monografías de la serie Criterios de

Salud Ambiental de la OMS, en las que se evaluarán metódicamente los riesgos sanitarios de la exposición a los CEM,

• Facilitar el desarrollo de normas internacionalmente aceptables sobre la exposición a los CEM,

• Facilitar, a las autoridades nacionales y de otros ámbitos, información sobre la gestión de los programas de protección contra los CEM, y en particular monografías sobre la percepción, comunicación y gestión de los riesgos derivados de los CEM,

• Asesorar a las autoridades nacionales y de otros ámbitos sobre los efectos sanitarios y ambientales de los CEM, y sobre las eventuales medidas o actuaciones de protección necesarias.



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4. RECOMENDACIONES ITU-T RELACIONADAS A EXPOSICIÓN A CEM La UIT ha reconocido la importancia de establecer límites de exposición a CEM para prevenir riesgos en la salud de las personas. En este sentido en los años recientes se han publicado varias recomendaciones asociadas a este tema. Estas son consideradas como una referencia de los organismos reguladores nacionales del sector de telecomunicaciones para orientar sus políticas de operación de redes y sistemas de telecomunicaciones en apoyo al cuidado de la salud pública. A continuación se presenta un listado de las principales recomendaciones acerca de la exposición a CEM publicadas por la UIT. UIT-T K.52 Orientación sobre el cumplimiento de los límites de exposición de las personas a los campos electromagnéticos [11] La finalidad de esta recomendación es facilitar el cumplimiento de los límites de seguridad de las instalaciones de telecomunicación en la banda de frecuencias de 8.3 kHz a 300 GHz y de los teléfonos móviles u otros dispositivos que emiten radiaciones en la banda de frecuencias que opera en el rango de 300 MHz a 3 GHz y que se utilizan muy próximos a la cabeza, cuando existe exposición de las personas a campos electromagnéticos (EMF). Presenta una orientación general, un método de cálculo y un procedimiento de evaluación de las instalaciones.

UIT-T K.61 Directrices sobre la medición y la predicción numérica de los campos electromagnéticos para comprobar que las instalaciones de telecomunicaciones cumplen los límites de exposición de las personas [12] La Recomendación UIT-T K.61 ayuda a los operadores de telecomunicaciones a verificar el cumplimiento de las normas de exposición de las personas establecidas por las autoridades locales o nacionales. Esta Recomendación proporciona orientaciones sobre los métodos de medición que pueden utilizarse para realizar una evaluación de dicho cumplimiento. También proporciona directrices sobre la selección de métodos numéricos adecuados para predecir la exposición de las personas en varias situaciones. UIT-T K 70 Técnicas de mitigación para limitar la exposición humana a campos electromagnéticos en la vecindad de estaciones de radiocomunicación [13] Ésta recomendación define técnicas que pueden ser usadas por operadores de telecomunicaciones para evaluar la exposición total de radio en la vecindad de antenas transmisoras así como para identificar la principal fuente de radiación. Ofrece orientación sobre los métodos de mitigación que permiten reducción del nivel de radiación con el fin de cumplir con los límites de exposición. También proporciona orientación sobre los procedimientos necesarios en el medio ambiente (en el sitio) en el que, en la mayoría de los casos, hay una exposición simultánea a múltiples frecuencias de diversas fuentes. Estas fuentes de radiación pueden pertenecer a varios operadores y pueden representar distintos



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servicios de radiocomunicaciones (por ejemplo, los sistemas celulares, sistemas de canalización, radiodifusión, radioenlaces, acceso inalámbrico, etc.). De igual manera presenta las posibles soluciones técnicas al problema cuando se superan los niveles en el entorno de múltiples fuentes. En el caso en que muchos operadores tengan fuentes radiando en el área considerada, la solución adecuada tiene que ser encontrada en base a un acuerdo entre todas las partes. En caso que dicho acuerdo no sea posible, el operador que introdujo el último cambio en las instalaciones será responsable de la limitación adecuada del nivel de exposición de su fuente de radiación para que no se exceda el límite permitido mundial. UIT-T K 83 Orientación para la valoración, la evaluación y el seguimiento de la exposición humana a los campos electromagnéticos de las radiofrecuencias [14] En la recomendación UIT-T K.83 se brindan indicaciones sobre la manera de efectuar mediciones a largo plazo para el control de campos electromagnéticos (EMF) en zonas seleccionadas de interés público, con el propósito de mostrar que esos campos están bajo control y dentro de los límites previstos. Sienta las bases para la implantación de sistemas de medición continua de emisiones electromagnéticas y describe los métodos y las características del sistema que se utilizará para el control continuo de campos electromagnéticos emitidos por transmisores radioeléctricos, con el fin de evaluar la exposición a largo plazo de las personas a los campos electromagnéticos en la banda comprendida entre 9 kHz y 300 GHz. El objetivo de la recomendación es ofrecer al público en general datos claros y de fácil acceso sobre niveles de campo electromagnético expresados en forma de resultados de una medición continua, con el propósito de que constituyan una práctica común de este tipo de mediciones en todo el mundo. UIT-T K 91 Orientación para la valoración, la evaluación y el seguimiento de la exposición humana a los campos electromagnéticos de las radiofrecuencias [15] En la Recomendación UIT-T K.91 se dan orientaciones sobre cómo evaluar y controlar la exposición de las personas a los campos electromagnéticos (EMF) de radiofrecuencias en zonas cercanas a instalaciones de radiocomunicaciones en función de la exposición existente y las normas que se han de respetar para la gama de frecuencias entre 9 kHz a 300 GHz. La Recomendación se orienta hacia el examen de la zona accesible al público en el entorno real de los servicios actualmente en funcionamiento con diferentes fuentes de EMF RF, pero también remite a normas relacionadas con la conformidad EMF de los productos. UIT-T K.100 Medición de los campos electromagnéticos de radiofrecuencia para determinar el cumplimiento de los límites de exposición de las personas cuando se pone en servicio una estación de base [16] Esta recomendación proporciona información de los procesos y técnicas de medición para evaluar el cumplimiento de los límites de exposición a campos electromagnéticos públicos



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en general (CEM) cuando una nueva estación base (BS) se pone en servicio, teniendo en cuenta los efectos del medio ambiente y otras fuentes de radiofrecuencia relevantes que estén presentes en su entorno. Para ser más específicos cuando la estación base opera en un rango de frecuencia entre 100 MHz – 40 GHz.



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5. PLATAFORMA DE MONITOREO La problemática derivada del crecimiento sostenido de las zonas urbanas durante las últimas décadas ha generado la necesidad de buscar esquemas más eficientes de gestión de la operación de las ciudades. Puede considerarse a una ciudad como “inteligente” si la gestión y administración de sus recursos y servicios se apoya en el uso de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs), haciendo estos procesos eficientes, sustentables, viables y amigables con el medio ambiente, generando como resultado una mejora en la calidad de vida de sus ciudadanos. Muchos son los proyectos en el mundo alrededor de la tendencia en Ciudades Inteligentes [1], en todos ellos es posible identificar un interés común de mejorar la calidad de vida de su población tomando en cuenta sus necesidades. Como parte del desarrollo de una Ciudad Inteligente, las TICs son parte indispensable de la infraestructura pública de la ciudad ya que permiten que los habitantes, dependencias de gobierno y empresas tengan una colaboración más estrecha para atender los problemas de la ciudad y de esta manera hacer más eficiente la operación de la ciudad y más confortable la vida de sus habitantes. En la figura 1 se muestra la arquitectura utilizada para el desarrollo de un prototipo de monitoreo de condiciones y recursos de una ciudad inteligente [17]. Esta arquitectura general coincide con la que se ha seguido en muchos proyectos de ciudades inteligentes. La misma puede implementarse de formas muy diversas aunque en todas ellas pueden identificarse los bloques principales definidos como capa de sensado o monitoreo, la capa de conectividad para colectar la información sensada, la capa de datos donde se gestiona la información colectada y finalmente la capa de aplicación donde se explota los datos colectados de la ciudad para generar información relevante y oportuna para los ciudadanos. A continuación se describe la forma particular que se ha seguido en el desarrollo de este proyecto para implementar la arquitectura básica de una ciudad inteligente.



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Figura 1. Arquitectura de referencia para el desarrollo del prototipo de Ciudad Inteligente. Redes de Comunicaciones La tecnología utilizada para el desarrollo de una ciudad inteligente dependerá de las posibilidades en infraestructura de cada ciudad, de ahí la importancia de identificar la infraestructura de comunicaciones disponible en la ciudad de interés para su uso en este tipo de aplicaciones. El uso inteligente de la información se caracteriza por una toma de decisiones bajo dos premisas: que se base en la evidencia de datos generados por la actividad de la ciudad (recolectada a través de sensores), y que sea disponible en tiempo real. De esta manera la información se puede recoger y utilizar justo cuando se necesita para actuar sobre un recurso (gestión del tráfico, energía, agua, etc.) o para tomar una decisión concreta (qué transporte tomar, dónde comprar, que niveles de contaminación existe en zonas de interés de los ciudadanos, etc.). El principal beneficio se refleja en el uso eficiente de los recursos, en una mejor gestión de la demanda de servicios, en una planificación mejorada de la ciudad y, en resumen, en una mejor calidad de vida para los ciudadanos. Como se ha mencionado, un elemento fundamental en la arquitectura de una ciudad inteligente es la infraestructura de tecnologías de la información y comunicación (TICs). En el caso particular del prototipo desarrollado para la Ciudad de México existen dos grandes problemas de conectividad, el primero de ellos tiene que ver con los niveles de cobertura de



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las redes de telefonía móvil o celular. En este caso se ha encontrado que solo la tecnología de GSM es la que tiene cobertura en todo el territorio de la Ciudad de México. Las redes de telefonía móvil basadas en tecnología más recientes como las de tercera y cuarta generación tienen una cobertura limitada a núcleos urbanos. Por otra parte también se ha encontrado que existe un problema muy importante de cobertura en ambientes interiores, por ejemplo dentro de edificios y en túneles del STC Metro. Aunque algunos operadores ofrecen cobertura en túneles del Metro aún existen muchas rutas que se mantienen sin este servicio. Como se ha señalado la base se recursos de redes de telecomunicaciones de las ciudades servirá como elemento de conexión para recolectar información del estado que guarda la operación de la zona urbana de interés. De la misma manera la infraestructura de redes de telecomunicaciones será de mucha importancia para entregar información a los usuarios de la información generada por la plataforma de ciudad inteligente. En el caso de la Ciudad de México las condiciones que guardan sus redes de comunicación servirán como base para diseñar metas que permitan mejorar sus condiciones de conectividad para asegurar la funcionalidad de la misma bajo la arquitectura de una ciudad inteligente. Monitoreo Ambiental La ciudad de México es considerada una de las ciudades más grandes del mundo, ocupando el cuarto lugar en densidad de población, por consiguiente los problemas de gestión de la operación de la misma forman parte de la vida diaria de esta gran urbe. Aunque son muchas las posibilidades de enfoque de despliegues de una ciudad inteligente, en la primera etapa del desarrollo del prototipo de ciudad inteligente se ha abordado la definición de una arquitectura para apoyar la gestión ambiental dado que es una de las principales problemáticas de la Ciudad de México. En el caso del sector ambiental los sistemas de monitoreo de la calidad del aire y de condiciones climáticas representan una solución para la prevención de enfermedades crónicas respiratorias o hacer eficiente el uso de vehículos automotores. El monitoreo de infraestructura y recursos de una ciudad estará soportado por el despliegue de sensores de parámetros de interés en diferentes puntos la ciudad. Todas estas tecnologías aplicadas a sensores de diferentes tipos impactarán de manera importante la calidad de vida de los seres humanos. Los sensores permiten extender las capacidades inherentes del ser humano (p.e. visión, audición, olfato) para estar alerta del conjunto de condiciones presentes en su entorno, y le permiten realizar un conjunto de toma de decisiones orientadas a la mejora de la calidad de vida y en el caso de este proyecto del cuidado del medio ambiente. El despliegue de estos sensores promueve la instalación de infraestructura urbana orientada a gestionar de una nueva forma los servicios que las ciudades ofrecen a sus ciudadanos. La contaminación ambiental y el consumo de energía además de ser problemas concretos de la Ciudad de México, están considerados dentro de la estrategia de la actual administración del Gobierno de la República, que busca lograr mayores niveles de bienestar de la población a partir de las reformas estructurales que el país necesita para mantener su desarrollo y competitividad. Es así que en el proyecto desarrollado se diseñó una plataforma que hace visible el estado que guarda la contaminación ambiental de puntos específicos de la ciudad. El conocimiento de esta información es un elemento fundamental en el nivel de la calidad de vida de la población. El proyecto emplea sensores que registran los niveles de emisión de diferentes tipos de gases contaminantes.



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Los módulos de sensado que son empleados realizan mediciones de diversos gases contaminantes, mediante sensores, que luego comunican empleando miles de mensajes que se transmiten utilizando tecnologías inalámbricas WiFi y ZigBee para enlaces locales, y otras tecnología como GSM y WiMAX para coberturas más amplias. Esta forma de comunicación, acoplada a los módulos de detección, cumple con características como el alto rendimiento (diseñado para comunicar gran cantidad de mensajes), modalidad y extensión de cobertura (sin modificar la base del sistema), ofrecen la oportunidad de trabajar con pequeños servidores hasta clusters (en un modelo de escalabilidad horizontal), empleando plataformas cruzadas implementadas con interfaces simples de envío y recepción de datos, órdenes y alarmas de sensores. Aplicaciones para Teléfonos Inteligentes Una vez que los datos de los sensores han sido recopilados son enviados a través de diferentes medios de comunicación hacia una base de datos que concentra información relevante de la operación de la infraestructura y recursos de la Ciudad de México. Estos datos serán procesados para generar información relevante para mejorar la calidad de vida de los ciudadanos. En este sentido los teléfonos inteligentes constituyen una gran herramienta para distribuir esta información a través de aplicaciones móviles que permitan a los usuarios ingresar un perfil de su estado de salud y tener alertas oportunas de niveles de contaminación y clima para prevenir enfermedades o para tomar acciones para apoyar al mejoramiento del medio ambiente. Los registros de los niveles de gases contaminantes son concentrados en una base de datos que será explotada por diversas aplicaciones para generar información de utilidad a los ciudadanos. Como resultado del análisis y procesamiento de los datos de tales registros se generará mensajes personalizados a los usuarios. Estos mensajes pueden incluir predicciones de clima, alertas en caso de encontrar niveles de contaminación elevados, y algunas sugerencias de acuerdo a su perfil. Gestión de la información Un elemento fundamental en la arquitectura de ciudad inteligente que fue desarrollado es el sistema de gestión de la información generada por la capa de sensado. Este sistema es el encargado de concentrar en una base de datos toda la información colectada desde diferentes sensores desplegados en la ciudad. Esta base de datos debe poner a disposición su información para el desarrollo de diferentes aplicaciones para los ciudadanos. Como ya se ha mencionado la plataforma de ciudad inteligente fue desarrollada con una orientación hacia la gestión ambiental por lo que se desarrollaron diferentes aplicaciones de alerta a los usuarios de teléfonos inteligentes sobre niveles de contaminación que podrían poner en riesgo su salud. En el desarrollo del sistema de gestión de infraestructura urbana será muy importante definir la arquitectura de la base de datos y la definición de la trama que será enviada desde cualquier sensor incluido en el sistema. En este caso se desarrolló un análisis para determinar la estructura de la trama dado que debe mantener un formato general que permita incorporar la información de cualquier tipo de sensor incluido en el proyecto. Este punto es muy importante porque la estructura de la trama permite el manejo de los datos generados por



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diferentes tipos de sensores y por lo tanto los datos que genere cada uno de ellos puede ser transmitido y registrado en la base de datos de una forma adecuada. Como ejemplo se puede anotar que los datos de temperatura, calidad del aire, consumo de energía, nivel de radiación de CEM y posición GPS tienen formatos diferentes, sin embargo deben ser transportados en una trama de formato único. Este requerimiento busca generar una arquitectura abierta que permita manejar cualquier tipo de sensor de cualquier fabricante en las tareas de sensado de la operación de la ciudad. En este trabajo se definió un formato de trama general para asegurar la interoperabilidad sobre un rango amplio de aplicaciones, de esta manera se generó una arquitectura que puede ser escalada hacia etapas subsiguientes donde se incorporen nuevos elementos de monitoreo de la ciudad. El prototipo de ciudad inteligente que ha sido desarrollado ha identificado elementos generales en su arquitectura que permitirá expandir sus capacidades. En una siguiente etapa de este proyecto se están diseñando sensores de CEM que serán desplegados en diferentes puntos de la Ciudad de México para conocer en tiempo real los niveles de exposición a CEM a los que está expuesta la ciudadanía.



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CONCLUSIONES El nivel de concentración de la población en entornos urbanos se mantendrá en un constante incremento en los siguientes años. Esta situación demandará una gestión eficiente de los recursos de las ciudades incluyendo su infraestructura y sus recursos. Estas necesidades están impulsando el desarrollo de ciudades inteligentes que hacen uso de las tecnologías de la información y las comunicaciones para apoyar la gestión del funcionamiento de grandes entornos urbanos. En nuestro país existen varias metrópolis que están empezando a considerar soluciones de gestión basadas en arquitecturas de ciudades inteligentes. El ITU-T SG5 ha definido un conjunto de parámetros clave de desempeño que permiten orientar el desarrollo de las ciudades inteligentes. Estos parámetros están enfocados a evaluar el impacto de las TIC en diferentes ámbitos del desarrollo de una ciudad. De particular interés para este proyecto es el monitoreo de los campos electromagnéticos, generados por la infraestructura TIC de las ciudades, para promover una gestión eficiente de los niveles de radiación a los que está expuesta la ciudadanía. Diversas organizaciones a nivel mundial se han ocupado de este tema destacando entre ellas la Organización Mundial de la Salud que ha definido un proyecto para estudiar los efectos de los CEM sobre la salud de las personas. Este organismo ha establecido un conjunto de niveles máximos de exposición a CEM que son utilizados como referencia en muchos países que no tienen una legislación al respecto. Por otra parte la ITU-T ha publicado un conjunto de recomendaciones acerca de la gestión de CEM generados por infraestructura de telecomunicaciones que busca asegurar que los niveles radiados por los sistemas de radio comunicación se mantengan por debajo de niveles que pudieran poner en riesgo la salud de las personas. Se ha desarrollado un prototipo de ciudad inteligente que ha permitido definir una arquitectura general y funcionalidades de sus principales elementos. Este es un resultado muy importante porque permitirá usar esta arquitectura para despliegues con múltiples propósitos. El prototipo desarrollado se orientó a la gestión ambiental. Sin embargo la validación de este prototipo y la arquitectura en la que está basado permitirá ajustarlo a diversas necesidades de una ciudad. Como ejemplos se podrían mencionar la gestión de CEM, agua potable y agua residual, gestión de desechos, gestión de alumbrado por mencionar solo algunas de mucha importancia.



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REFERENCIAS [1] World Economic and Social Survey. Department of Economic and Social Affairs. United

Nations. 2013. [2] R. Hall. “The vision of a smart city”. 2nd International Life Extension Technology

Workshop. Paris France. September 2000. [3] ITU-T FG-SSC, “Electromagnetic field (EMF) considerations in smart sustainable

cities”. [4] ITU-T Technology Watch Report. Smart Cities Seoul: a case study. February 2013. [5] ITU-T Focus Group on Smart Sustainable Cities. “Key performance indicators related to

the use of information and communication technology in smart sustainable cities”. March 2015.

[6] http://www.who.int/topics/electromagnetic_fields/es/ [7] http://www.ift.org.mx/industria/temas-relevantes/consultas-publicas [8] ITU-T Rec K.100 “Measurement of radio frequency electromagnetic fields to determine

compliance with human exposure limits when a base station is put into service”. December 2014.

[9] ITU-T Focus Group on Smart Sustainable Cities. “Electromagnetic field (EMF) considerations in smart sustainable cities”. October 2014.

[10] http://www.who.int/peh-emf/es/ [11] https://www.itu.int/rec/T-REC-K.52-201408-I/en [12] http://www.itu.int/rec/T-REC-K.61-200802-I [13] https://www.itu.int/rec/T-REC-K.70/es [14] https://www.itu.int/rec/T-REC-K.83-201103-I/es [15] https://www.itu.int/rec/T-REC-K.91-201205-I/es [16] https://www.itu.int/rec/T-REC-K.100-201412-I/es [17]Sánchez Meraz M., Argüelles Cruz A.J., Acevedo Mosqueda M.A., Martínez Zúñiga F.

Informe final del Proyecto multidisciplinario SIP IPN 1672 “Desarrollo de un Prototipo de Ciudad Inteligente para La Ciudad de México”. Febrero 2016.

Engineering

El monitoreo de campos electromagnéticos generado por infraestructura TIC en ciudades inteligentes