ZigBee es una alianza, sin fines de lucro, de más de 100 empresas, la mayoría de ellas fabricantes de semiconductores, con el objetivo de auspiciar el desarrollo e implantación de una tecnología inalámbrica de bajo costo. Destacan empresas como Invensys, Mitsubishi, Honeywell, Philips y Motorola que trabajan para crear un sistema estándar de comunicaciones, vía radio y bidireccional, para usarlo dentro de dispositivos de domótica (automatización casera), inmótica (automatización de edificios), control industrial, periféricos de PC y sensores médicos. Los miembros de esta alianza justifican el desarrollo de este estándar para cubrir el vacío que se produce por debajo del Bluetooth.
Los productos ZigBee trabajan en una banda de frecuencias que incluye la 2.4 Ghz (a nivel mundial), de 902 a 928 Mhz (en Estados Unidos) y 866Mhz (en Europa). La transferencia de datos de hasta 250 Kbps puede ser transmitido en la banda de 2.4Ghz (16 canales), hasta 40Kbps en 915Mhz (10 canales) y a 20Kbps en la de 868Mhz (un solo canal). La distancia de transmisión puede variar desde los 10 metros hasta los 75, dependiendo de la potencia de transmisión y del entorno. Al igual que WiFi, ZigBee usa la DSSS (secuencia directa de espectro ensanchado) en la banda 2.4 Ghz. En las bandas de 868 y 900 Mhz también se utiliza la secuencia directa de espectro ensanchado pero con modulación de fase binaria.
Las redes pueden utilizar un entorno con balizas o sin balizas, éstas son utilizadas para sincronizar los dispositivos de red, los intervalos de red son identificados por el coordinador de red (router) y pueden variar desde los 15 ms hasta 4 minutos.
En las redes con balizas los routers o coordinadores las generan para confirmar su presencia a otros nodos, éstos pueden desactivarse entre las recepciones de balizas (se duermen) reduciendo su ciclo de servicio, es un mecanismo de control de potencia en la red.Sin embargo, los periodos largos con ciclos de servicio cortos necesitan de una temporización precisa, lo que puede ir en contra del principio de bajo costo.
Este modo es más recomendable cuando el coordinador de red trabaja con una batería. Los dispositivos que conforman la red, escuchan a dicho coordinador durante el "balizamiento" (envío de mensajes a todos los dispositivos -broadcast-, entre 0,015 y 252 segundos). Un dispositivo que quiera intervenir, lo primero que tendrá que hacer es registrarse para el coordinador, y es entonces cuando mira si hay mensajes para él. En el caso de que no haya mensajes, este dispositivo se vuelve a "dormir", y se despierta de acuerdo a un horario que ha establecido previamente el coordinador. En cuanto el coordinador termina el "balizamiento", vuelve a "dormirse".
Las redes sin balizas acceden al canal por medio de CSMA/CA para evitar colisiones en la transmisión. Los routers suelen estar activos todo el tiempo, por lo que requieren una alimentación estable en general, permitiendo redes heterogéneas en las que algunos dispositivos pueden estar transmitiendo todo el tiempo, mientras que otros sólo transmiten ante la presencia de estímulos externos. Un ejemplo, son los interruptores inalámbricos que se adhieren a las paredes y prenden un foco, el nodo al que se conecta el foco está recibiendo continuamente ya que está conectado a la red, mientras que el interruptor a pilas está dormido hasta que se lo activa. En este caso el nodo al que se conecta el foco sería el router o coordinador y el interruptor el dispositivo final. Su utilización es típica en sistemas de seguridad donde los sensores se duermen prácticamente en un 99%.
El bajo consumo de ésta tecnología se debe a que las redes ZigBee son diseñadas para conservar la potencia en los nodos ‘esclavos’. Durante mucho tiempo, un dispositivo ‘esclavo’ está en modo ‘dormido’ y sólo se ‘despierta’ por una fracción de segundo para confirmar que está ‘vivo’ en la red de dispositivos. Por ejemplo, la transición del modo ‘dormido’ al modo ‘despierto’ (cuando transmite) dura unos 15ms y la enumeración de ‘esclavos’ dura unos 30ms.
En general, los protocolos ZigBee minimizan el tiempo de actividad de la radio para evitar el uso de energía. En las redes con balizas los nodos sólo necesitan estar despiertos mientras se transmiten las balizas (además de cuando se les asigna tiempo para transmitir). Si no hay balizas, el consumo es asimétrico repartido en dispositivos permanentemente activos y otros que sólo lo están esporádicamente.
Topologías de red utilizadas
Se pueden utilizar las siguientes topologías:
- - Topología en estrella: el router se ubica en la parte central.
- - Topología en árbol: el router es la raíz del árbol.
- - Topología en malla: al menos uno de los nodos tendrá más de dos conexiones.
La topología más interesante es la topología de malla. Ésta permite que en un momento dado, si un nodo del camino falla y se cae, pueda seguir la comunicación entre todos los demás nodos debido a que se rehacen todos los caminos. La gestión de los caminos es tarea del router o coordinador.
Los dispositivos ZigBee deben respetar el estándar de WPAN de baja tasa de transmisión IEEE 802.15.4-2003. Éste define los niveles más bajos: el nivel físico (PHY) y el control de acceso al medio (MAC, parte del nivel de enlace de datos, DLL). El estándar trabaja sobre las bandas ISM de uso no regulado
Comparativa con Bluetooth
Bluetooth es una de las tecnologías usada para establecer una comunicación inalámbrica entre varios dispositivos, la distancia nominal del enlace está comprendida entre 10 cm. y 10 m, pero se puede aumentar a más de 100 m elevando la potencia de transmisión Otro aspecto importante es el consumo cuyos valores en los estados más habituales son 40 mA transmitiendo, 0.2 mA en reposo, mientras que en una red ZigBee los valores son 30 mA transmitiendo y 3 µA en reposo, por ello ésta última tecnología maximiza la vida útil de las baterías que utiliza. Una red ZigBee puede constar de un máximo de 65535 nodos distribuidos en subredes de 255 nodos, frente a los 8 máximos de una subred (Piconet) en Bluetooth. La velocidad de transmisión de Bluetooth llega a 1 Mbps, comparado con los 250 Kbps de ZigBee, por ello ésta última es recomendada para comunicaciones seguras a una baja tasa de envío, siendo ideal para la domótica; se busca que un sensor equipado con un transceiver ZigBee pueda ser alimentado con dos pilas AA durante al menos 6 meses y hasta 2 años.
Próximamente pondremos a su disposición productos que le permitirán desarrollar proyectos utilizando esta nueva tecnología.
* ZigBee es una marca registrada de ZigBee Alliance
Fuentes:
Revista Varitek Universal, Año 1 – Número 1, 15 de agosto del 2008.