ZigBee es un protocolo de alto nivel que permite la comunicación de equipos personales o domésticos equipados con pequeños radiotransmisores de bajo consumo; se basa en el estándar 802.15.4 IEEE para redes de dimensión personal ( Redes de área personal inalámbricas : WPAN).
Ratificado el 14 de diciembre de 2004Las especificaciones de ZigBee 1.0 están disponibles a través de miembros de la comunidad de la industria ZigBee Alliance.
Esta tecnología está orientada a la comunicación a distancias cortas, como ya ofrece la tecnología Bluetooth , a la vez que es más económica y sencilla. Como ejemplo, los nodos clásicos de ZigBee requieren alrededor del 10% del código necesario para configurar nodos Bluetooth o redes inalámbricas , y los nodos ZigBee más básicos pueden bajar al 2%.
En 2006, una estimación del costo unitario de un nodo ZigBee reveló un precio de $ 1,10 por unidad en una producción en masa. Agregue el precio del microcontrolador que controla el circuito, lo que aumenta ligeramente el precio. A modo de comparación, la tecnología Bluetooth , lanzada en 1998, anunció en ese momento un precio de producción unitario de entre $ 4 y $ 6 , que posteriormente cayó a menos de $ 3.
| Característica | Zigbee | Bluetooth de baja energía | Bluetooth | Inalámbrica | Z-Wave |
|---|---|---|---|---|---|
| IEEE | 802.15.4 | 802.15.1 (BT 1.x) | 802.11a / b / g / n / ac | ||
| Requisitos de memoria | 4-32 KB | 250 kb + | 1 MB + | ||
| Duración de la batería | Años | Años | Mes | Dias | |
| Numero de nodos | 65.000+ | ilimitado | 255 | 256+ | |
| Velocidad de transferencia | 20-250 kb / s | 1 Mb / s | 1-3 Mb / s | 11-54-108-320-1000 Mb / s | De 9 a 100 kbit / s |
| Rango aproximado) | 10 m | 10 m | 10 m | 10 m (802.11a) a> 300 m (802.11b) | 50 m |
La especificación inicial de ZigBee propone un protocolo lento con un radio de acción relativamente pequeño, pero con una confiabilidad bastante alta; su precio de coste es bajo y su consumo se reduce considerablemente.
Por tanto, este protocolo se encuentra en “entornos embarcados” donde el consumo es un criterio de selección. La domótica y los numerosos sensores y mandos a distancia que implementa valoran especialmente este protocolo en auge, cuya red en malla se configura automáticamente según la adición o eliminación de nodos. ZigBee también se encuentra en controles industriales, aplicaciones médicas, detectores de humo e intrusión y en el control remoto freebox v6 .
Los nodos están diseñados para funcionar durante varios meses (hasta diez años para los más económicos) con total autonomía gracias a una sencilla batería de 1,5 V.
El protocolo 802.15.4 utilizado por ZigBee define 3 bandas de frecuencia utilizables:
| Vendado | Disponibilidad | Número de canales | Velocidad máxima teórica |
|---|---|---|---|
| 868 MHz | Europa | 1 | 20 kbit / s |
| 915 MHz | América y Australia | 10 | 40 kbit / s |
| 2,4 GHz | Disponible en todas partes | dieciséis | 250 kbit / s |
Un protocolo de comunicación debe tener un marco operativo. Así, el IEEE define en el estándar IEEE 802.15.4 las capas inferiores (física y mac ) del protocolo ZigBee.
Para obtener un conjunto de trabajo, es necesario implementar aún más las capas de nivel superior (red y aplicación) que no están estandarizadas por el IEEE. Por lo tanto, una red ZigBee puede operar, en teoría, en varios medios de transmisión, pero en la práctica encontramos el protocolo implementado solo para los medios 802.15.4. Esta es la ZigBee Alliance que se ocupa de esta parte del protocolo proporcionando una referencia de pila ( pila en inglés). Esto está reservado para los miembros de la alianza que deben implementarlo en sus soluciones.
Si desea configurar un dispositivo que pueda conectarse a una red ZigBee, se encontrará en una de las siguientes tres situaciones:
En la capa de red , el enrutamiento es directo o indirecto .
El enrutamiento es directo cuando un dispositivo que desea transmitir datos conoce la dirección de red del destinatario. Por lo tanto, esta dirección se transmite en la trama para llegar y actuar sobre el dispositivo planificado.
De lo contrario, el enrutamiento indirecto se produce cuando un dispositivo no conoce la dirección del destinatario. Un enrutador o dispositivo tipo coordinador PAN realiza la conexión con el destinatario real de acuerdo con la tabla de enrutamiento y la tabla de descubrimiento de ruta.
Un dispositivo que no tiene las capacidades de enrutamiento (ZED) debe enrutar los datos siguiendo el enrutamiento jerárquico (sube por el árbol).
La tabla de enrutamiento contiene datos sobre los destinatarios. Esta es la dirección de destino de la ruta y el próximo dispositivo al que se debe llegar para "acercarse" al destinatario.
La tabla de descubrimiento de rutas contiene información sobre las fuentes del mensaje. Almacena la dirección original del dispositivo que realizó la solicitud y la dirección del dispositivo que transmitirá los datos como intermediario (entre el origen y el destino). También contiene los costos de transmisión entre la fuente al nodo actual y desde el nodo al receptor. Por lo tanto, puede adaptar la ruta para que sea más eficiente actualizando las direcciones que se utilizarán.
La elección de una ruta, cuando varios enrutadores en paralelo retransmiten información, se realiza en relación con el enrutador (o coordinador) al menos al nivel del segundo nodo. Durante la solicitud de creación de ruta, la tabla recibirá varias solicitudes de la misma dirección de origen. Luego comparará los “costos” de transmisión para elegir la ruta con el costo más bajo.
El algoritmo de enrutamiento sugerido por ZigBee Alliance para redes de malla es AODV ( Enrutamiento vectorial ad hoc bajo demanda ). Es un protocolo de enrutamiento llamado "reactivo" : una ruta se establece solo a pedido. La ventaja es que no carga el tráfico.
El enrutamiento a nivel de aplicación se realiza utilizando la tabla de enlaces , contenida en el coordinador o en un enrutador.
Los enlaces permiten crear enlaces lógicos entre dispositivos de aplicación complementarios y elementos finales (sensores). La tabla de enlaces también permite asociar varios atributos de dispositivos de salida con un atributo de un dispositivo de entrada, o viceversa. La tabla de enlaces se implementa en el coordinador de ZigBee. La elección de este dispositivo proviene del hecho de que el coordinador ZigBee es necesario para la red. El segundo interés es que, dado que el coordinador es fundamental para la red, debe (en general) ser abastecido por el sector. Estas dos razones significan que la tabla de vínculos siempre estará accesible.
La tabla de enlaces se basa en tres criterios estandarizados por ZigBee Alliance, que se describen a continuación:
La tabla de enlaces es la capa de aplicación que permite administrar la tabla de enrutamiento y la tabla de descubrimiento de rutas . Es esto lo que permitirá asociar la lectura de un sensor en un dispositivo con una acción específica en otro dispositivo a través de todas las capas del protocolo ZigBee. Es una forma de simplificar el acceso cuando la red contiene muchas conexiones y dispositivos: el reconocimiento entre los dispositivos que se comunican se hace en relación a sus “familias” (los perfiles y clusters) y sus cualidades (los atributos) comunas.
PerfilUn perfil se utiliza para crear una aplicación distribuida e interoperable. Por tanto, se trata de definir los formatos de los mensajes y el procesamiento de las acciones para que los dispositivos puedan solicitar y transmitir datos y saber interpretarlos.
Los perfiles son desarrollados por empresas para satisfacer necesidades específicas. Por ejemplo, el primer perfil existente está hecho para gestionar lámparas e interruptores ( control de iluminación del hogar ). Este perfil permite seis tipos de intercambio de mensajes de control.
Los perfiles también permiten crear un estándar alrededor de cada aplicación para permitir la interoperabilidad de los sistemas.
GrupoLos clústeres están asociados con flujos de datos entrantes o salientes. Los identificadores de clúster son únicos dentro de un perfil. Los clústeres se utilizan para vincular dos dispositivos asociando un clúster de entrada y un clúster de salida, asumiendo que pertenecen al mismo perfil. De hecho, dos dispositivos están vinculados si comparten la misma necesidad (lado del receptor) y el mismo recurso (lado del transmisor). La tabla de vinculación contiene para cada clúster un identificador para definirlo (en 8 bits) y la dirección de los dos dispositivos (origen y destino).
AtributoUn atributo define un sensor o un actuador. Este es el elemento que describe con mayor precisión el uso del dispositivo (por ejemplo, un sensor de movimiento, un zumbador, una lámpara, etc.).