Acerca de ZigBee
ZigBee es un protocolo de comunicación que está revolucionando la forma en la que los dispositivos se conectan. Su éxito se debe principalmente a que es una tecnología de baja potencia, bajo consumo y bajo coste. Además, gracias a que se construye sobre redes de tipo mesh o malla presenta un gran alcance y una gran velocidad de comunicación. Está basada en el estándar IEEE 802.15.4 y se emplea, principalmente, para dispositivos IoT y domótica, entre otras aplicaciones. ZigBee crea Redes de Área Personal (PAN) y permite la comunicación entre dispositivos de bajo consumo, en la que cada dispositivo actúa como un repetidor de señal o nodo que expande el alcance de la red.
ZigBee se puede utilizar en diferentes situaciones y sectores completamente diferentes, algunos de los usos más comunes son:
- Dómotica: Los sistemas ZigBee se utilizan en los sistemas de automatización del hogar: control de luz, temperatura, cerraduras inteligentes, cámaras de seguridad. Gracias a este protocolo de comunicación se crea una red centralizada.
- IoT: Gracias a su bajo consumo de energía, ZigBee se utiliza comúnmente en dispositivos IoT. Es capaz de conectar miles de dispositivos entre sí, por lo que es perfecto para recopilar datos o automatizar tareas.
- Industrias: ZigBee se utiliza en entornos industriales con diferentes objetivos como control de procesos, seguimiento de inventarios u optimización de maquinaria, entre otras opciones.
ZigBee opera en la banda de frecuencia de 2.4 GHz y utiliza una topología de malla (mesh) para permitir la comunicación entre los dispositivos en la red. La topología de malla significa que cada dispositivo puede comunicarse directamente con otros dispositivos dentro del rango de transmisión o utilizar otros dispositivos como repetidores para ampliar el alcance de la red.
Bluetooth es un protocolo de comunicación inalámbrica diseñado para comunicaciones de corto alcance entre dispositivos. A menudo se utiliza para conectar dispositivos como teléfonos inteligentes, auriculares y altavoces. ZigBee es un protocolo de comunicación inalámbrica diseñado para aplicaciones de bajo consumo y baja velocidad de datos. A menudo se utiliza para conectar dispositivos como luces, termostatos y sensores inteligentes.
ZigBee se desarrolló en respuesta a la necesidad de un protocolo de comunicación inalámbrica diseñado específicamente para aplicaciones de IoT. ZigBee ofrece una serie de ventajas sobre Bluetooth, incluido un menor consumo de energía, mayor confiabilidad y capacidades de red en malla.
Características y Ventajas
- Bajo consumo de energía: ZigBee está diseñado para aplicaciones de baja potencia, lo que significa que los dispositivos pueden funcionar con baterías de larga duración o incluso con recolección de energía (como paneles solares).
- Seguridad: ZigBee ofrece mecanismos de seguridad robustos para proteger la comunicación entre los dispositivos. Utiliza cifrado de datos AES-128 para garantizar la confidencialidad y autenticación mutua para prevenir ataques de suplantación.
- Redes de malla autoorganizadas: ZigBee permite la creación de redes de malla autoorganizadas, lo que significa que los dispositivos pueden unirse o abandonar la red fácilmente sin afectar su funcionamiento. Además, la topología de malla proporciona redundancia y permite rutas alternativas para la comunicación, lo que mejora la confiabilidad de la red.
- Baja latencia y alta capacidad de red: ZigBee ofrece tiempos de respuesta rápidos y una alta capacidad de red, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en tiempo real y entornos donde se requiere la conexión de múltiples dispositivos.
- Alta confiabilidad: Las redes ZigBee son muy confiables, incluso en ambientes ruidosos. Esto se debe a que ZigBee utiliza una variedad de técnicas para garantizar que los datos se entreguen correctamente.
ZigBee consume menos energia que Bluetooth y Wi-Fi; es ideal para trabajar en aplicaciones de bajo ancho de banda ya que opera a velocidades mas bajas que Wi-Fi y Bluetooth; ZigBee puede acomodar mayor cantidad de dispositivos y exhibir una mejor escalabilidad en comparación a Bluetooth; normalmente ZigBee ofrece mayor alcance que bluetooth pero obtiene menos alcance que la tecnología Wi-Fi
Con ZigBee se pueden crear importantes redes de malla mucho más grandes que el alcance de una sola radio. La malla ZigBee se configura automáticamente (autoformación) y se reconfigura dinámicamente para repararse si se desactivan o eliminan nodos (autocuración). Al ser un estándar interoperable, los dispositivos de muchos fabricantes diferentes pueden comunicarse sin problemas, lo que ha contribuido a la amplia aceptación de ZigBee tanto en la automatización del hogar como en la industria IoT. Los costes son modestos, con muchas opciones de equipos OEM en el mercado abierto.
Zigbee no utiliza direcciones IP. Por lo tanto, hay que instalar pasarelas para comunicarse con Internet y los servicios en la nube. Dado que la mayoría de los teléfonos, tabletas y ordenadores no incluyen Zigbee, también se necesitan pasarelas para comunicarse con ellos. El aprovisionamiento debe realizarse deliberadamente para garantizar que los nodos se unan a la red correcta y se comuniquen con la pasarela adecuada. La latencia es mayor con la malla que con los protocolos punto a punto más sencillos, aunque esto debe considerarse en el contexto del alcance efectivo y la fiabilidad mucho mayores de la malla.
Estructura de una red ZigBee
Como se ha mencionado anteriormente, las redes ZigBee permiten trabajar con una topología de red tipo mesh (o malla). Esta topología permite a los nodos actualizar de forma dinámica la tabla de rutas, lo que aporta robustez y eficacia a la red. Un nodo dentro de una red ZigBee puede tener los siguientes roles:
- Coordinador: El coordinador de la red es un nodo único y es el encargado de crear la red, enrutar los paquetes y permitir las conexiones entrantes del resto de nodos de la red. Este nodo acostumbra a estar siempre conectado e integrado con un módulo de comunicación con conexión a Internet, lo que permite enviar los datos recolectados por la red ZigBee a un servidor central.
- Router: De manera parecida al coordinador donde los nodos actúan como router, la red tienen la capacidad de enrutar paquetes, pero no pueden aceptar conexiones.
- End Device: Estos nodos representan los dispositivos más sencillos de la red. Son capaces de enviar o recibir paquetes de la red, pero no tienen capacidad de enrutar. Además, pueden entrar en modo de bajo consumo, o sleep, para alargar la vida de la batería, volviéndose a conectar tan solo cuando es necesario.
Ejemplos y casos de Usos
Las redes de sensores basadas en la tecnología Zigbee son ampliamente utilizadas y pueden ayudar a alcanzar mejor los objetivos.Las aplicaciones de la tecnología ZigBee incluyen hogares inteligentes, control industrial, lectura automática de medidores, monitoreo médico, aplicaciones de red de sensores, aplicaciones de telecomunicaciones y sistemas de logística de almacenamiento.
- Hogar Inteligente: En circunstancias normales, habrá muchos dispositivos eléctricos y electrónicos en el hogar, como luces, televisores, refrigeradores, lavadoras, computadoras, acondicionadores de aire, etc., y puede haber sensores de humo, alarmas, cámaras y otros equipos. En el pasado, era posible lograr un control punto a punto, pero si se utiliza la tecnología ZigBee, estos dispositivos electrónicos se pueden vincular para formar una red.
- Cuidado Inteligente para Adulto Mayor: ZigBee también se puede utilizar ampliamente en el campo del cuidado inteligente de personas mayores. Puede detectar la trayectoria de vida de los ancianos y también proteger la seguridad de los ancianos. El sistema emplea sensores inalámbricos discretos colocados en toda la casa para aprender los patrones de comportamiento diarios de los ancianos y detectar cambios de comportamiento que puedan causar preocupación.
- Apartamento Inteligente: Está equipado con dispositivos de hardware inteligente como concentrador de puerta de enlace zigbee, control de acceso, cerraduras, termostatos, medidores inteligentes, sensores de fuga de líquidos, sensores de movimiento humano, enchufes inteligentes e interruptores inteligentes.
- Monitoreo Médico: El monitoreo médico electrónico es un punto de acceso de investigación reciente. Se colocan muchos sensores en el cuerpo de una persona para medir cosas como el pulso, la presión arterial y el estado de salud. También se colocan monitores y alarmas en una sala de hospital para que las condiciones físicas se puedan verificar en cualquier momento. Una vez que ocurre un problema, puede responder a tiempo, por ejemplo, notificando al personal de guardia del hospital.
- Aplicación de red de Sensores: La red de sensores también es un punto de acceso de investigación reciente y tiene buenas perspectivas de aplicación en aspectos como el seguimiento de carga, el control de edificios y la protección del medio ambiente. Nodos de bajo costo, bajo consumo de energía, redes automáticas, mantenimiento simple y alta confiabilidad son requisitos para las redes de sensores
- Lectura automática del medidor: Los sensores convierten las lecturas del medidor en señales digitales que envían las lecturas directamente a la empresa que suministra el gas o el agua a través de la red ZigBee. Usar ZigBee para lecturas de medidores también puede traer otros beneficios. Por ejemplo, la compañía de gas o agua puede enviar alguna información directamente al usuario o combinarla con el ahorro de energía. Puede reducir automáticamente la velocidad de uso cuando descubre que la energía se está utilizando demasiado rápido.
Luego envía mensajes a los familiares o cuidadores para recordárselos. El sistema inteligente de cuidado de ancianos ha sido probado con éxito en centros de atención residencial durante varios años y ahora está disponible para instalaciones en el hogar por parte de proveedores de servicios, minoristas e integradores de sistemas de hogares inteligentes.
A través de la tecnología ZigBee, estos sensores, monitores y alarmas pueden conectarse para crear una red de monitoreo. Debido a que es una tecnología inalámbrica, no hay necesidad de una conexión por cable entre los sensores y la persona que está siendo monitoreada puede moverse libremente.
ZigBee es un estándar de comunicación inalámbrica de baja potencia que ofrece numerosas ventajas en aplicaciones de redes de área personal y dispositivos de IoT. Su bajo consumo de energía, seguridad robusta y capacidad de red de malla lo hacen ideal para una amplia gama de aplicaciones, desde la domótica hasta la agricultura inteligente y el cuidado de la salud. Con el crecimiento continuo de la Internet de las cosas(IoT), ZigBee seguirá desempeñando un papel importante en la conectividad inalámbrica y la automatización inteligente. También se espera que ZigBee desempeñe un papel importante en el futuro de IoT, con tendencias como la integración con 5G, medidas de seguridad mejoradas y una mayor interoperabilidad.