ZigBee, XBee e IoT

ZigBee es un protocolo de red inalámbrica que proporciona especificaciones para la disposición y el funcionamiento de redes de malla de baja potencia y baja velocidad de datos que se utilizan en una variedad de entornos. Curiosamente, recibe su nombre de los característicos movimientos en zig-zag de las abejas melíferas a medida que regresan a su colmena, a los que se compara la función ad-hoc y autoorganizada de las redes ZigBee. Este tipo de red se conoce como red de área personal inalámbrica de baja velocidad (LR-WAN) y es conocida por su bajo consumo de energía, el uso de energía de la batería y la fácil escalabilidad. Sus capacidades lo prestan para ser utilizado en una variedad de aplicaciones que requieren funcionalidad integrada a largo plazo. Las redes ZigBee se utilizan con frecuencia para realizar funciones inalámbricas de monitoreo y control, a menudo dependiendo de la energía de la batería.

El desarrollo de ZigBee comenzó a finales de la década de 1990, basándose en el protocolo IEEE 802.15.4, con la primera versión de los estándares propietarios publicada en 2002. Está supervisado por ZigBee Alliance, una organización que reúne la experiencia de más de 500 líderes de la industria y la tecnología, incluidos Amazon, General Electric y Comcast. ZigBee toma la capa física y los controles de acceso a medios (MAC) del protocolo IEEE y agrega:

• Una capa de red
• Una capa de aplicación
• El objeto de dispositivo ZigBee (ZDO)

ZigBee se refina y actualiza continuamente con objetos de aplicación comerciales y definidos por el fabricante según las indicaciones de sus socios de la industria. Los chipsets ZigBee están integrados en microcontroladores y otros objetos para una conectividad de baja latencia entre objetos en red.

Zigbee es una tecnología inalámbrica de bajo costo usada para radiocomunicación de corto alcance y baja potencia. Los dispositivos ZigBee están limitados casi exclusivamente a un ancho de banda bajo (1MHz) en redes personales.

La mayoría de los dispositivos comerciales ZigBee operan a 2.4GHz, aunque algunos dispositivos funcionan en otras bandas ISM como en bandas de frecuencia de 900MHz y 868MHz. ZigBee tiene una velocidad de transmisión de datos de 250 Kbit/s y un alcance máximo de 10 - 30 metros con una calificación de consumo de potencia de 1mW en lo mínimo y 100mW en los máximo.

El bajo consumo de energía, las bajas velocidades de datos y el corto alcance hacen que ZigBee sea ideal para usarse en dispositivos de comunicación de baja potencia en proximidad cercana. ZigBee puede integrarse a una red de malla para transferencias de datos de largo alcance.

XBee es un dispositivo de radiocomunicación desarrollado por Digi International para una transmisión de baja potencia punto a punto y tipo estrella; ideal para la tecnología ZigBee. Consiste de una interfaz de 20 pines de instalación mediante orificios o una instalación superficial de 38 pads y un conector U.FL o una antena RP-SMA. Las variaciones en el consumo de energía, la frecuencia RF y el tipo de antena dependen de las diferentes marcas del producto.

Zigbee se usa comúnmente en redes de malla y en dispositivos de baja potencia alimentados por baterías. Su bajo costo para la transmisión lo hace ideal para dispositivos IoT (internet de las cosas). en especial a corto alcance. Otros usos populares de ZigBee incluyen:

• Automatización de edificios
• Sistemas de gestión energética
• Sistemas de entretenimiento doméstico
• Controles remotos
• Sistemas de gestión del tráfico

ZigBee comparado con WiFi para IoT

Aunque ZigBee y WiFi pueden funcionar en la misma banda de frecuencia, son dos tipos distintos de comunicación inalámbrica y generalmente se usan para diferentes propósitos.

Las ventajas y desventajas de Wifi se ven eclipsadas por el rendimiento demostrable de ZigBee como tecnología de red de área personal inalámbrica (WPAN) y, cuando está bien alineada con una aplicación, puede superar a WiFi en varias áreas.

ZigBee está diseñado para aplicaciones de monitoreo y control que requieren el movimiento de muchos menos datos en distancias mucho más cortas que WiFi. Esto se refleja en la menor tasa de bits (250 kbps), el ancho de banda (de poco más de 1 MHz) y las cortas distancias en las que opera.

El estándar de red de malla de ZigBee difiere de WiFi, una tecnología WLAN que tiene una topología en estrella, con cada dispositivo en red conectado a un punto de acceso central o enrutador. Por lo tanto, WiFi es capaz de manejar muchos más datos a mayor velocidad y, por lo tanto, generalmente admite redes y computación más complejas. La interconectividad mucho mayor entre dispositivos significa que ZigBee es altamente escalable y no depende de un único punto de acceso que tiene WiFi, pero agregar y eliminar dispositivos en red es menos sencillo que con WiFi. Las distancias más cortas y las velocidades de datos más bajas significan que el consumo de energía de ZigBee es mucho menor que el de WiFi, lo que lo hace de uso potencial en aplicaciones de Internet de las cosas, como discutimos a continuación. De hecho, sus bajas demandas de energía son tales que los objetos desplegados o los dispositivos en red M2M que utilizan ZigBee pueden dejarse durante meses sin recargar la batería.

Con aplicaciones de consumo y en el entorno doméstico, el WiFi es una competencia más dura, ya que es mucho más fácil de configurar. ZigBee ha tenido una ventaja en el mercado del hogar inteligente porque ha sido diseñado y comercializado para la conectividad de corto alcance y el procesamiento local (sin nube) que necesitan una variedad de aplicaciones domésticas. Pero a diferencia de ZigBee, los estándares WiFi 802.11no requieren un concentrador o puerto de enlace específico para su funcionamiento y WiFi no tiene los problemas de interoperabilidad y compatibilidad que se pueden encontrar con ZigBee. Si un centro inteligente es imprescindible, Google Assistant y Alexa han entrado en el mercado para proporcionar organización y gestión del hogar inteligente habilitada para WiFi. El precio de los productos inteligentes WiFi a menudo también puede ser más bajo. Sin embargo, el WiFi puede sobrecargarse rápidamente y estar sujeto a interferencias si se apilan varios dispositivos en una sola red

Aplicaciones de ZigBee

ZigBee es una tecnología ideal para aplicaciones integradas que tienen un intercambio intermitente de pequeños paquetes de datos con sensores en red o dispositivos de control. El consumo de energía se mantiene en un mínimo estricto para el funcionamiento de las redes ZigBee y los dispositivos certificados generalmente pueden demostrar hasta dos años de duración de la batería.

Una vez configurada, la red ZigBee no está diseñada para la movilidad y el redespliegue repetidos, sino más bien para la creación de una red de sensores inalámbricos fijos que se puede programar de acuerdo con el uso deseado. Los objetos adecuadamente conectados en red se convierten en un Internet de las cosas, con la capacidad de transferir datos entre sí, sin intervención humana.

Las principales aplicaciones de ZigBee se pueden dividir a grandes rasgos en Domótica y Control Industrial donde predominan el Internet de las Cosas (IoT) y el uso M2M, pero también son comunes las aplicaciones médicas y de seguridad. Estos son algunos ejemplos clave.

Aplicaciones domóticas ZigBee

● Iluminación: La iluminación del hogar es un mercado clave para ZigBee que permite a los usuarios controlar de forma remota e inalámbrica la iluminación de su hogar. Los sensores de ocupación, los interruptores temporizados y las funciones de atenuación son aplicaciones populares, ya que aumentan la comodidad y ahorran energía.

● Termostatos: El control automatizado de la calefacción doméstica tiene el potencial de ahorrar cantidades significativas de energía y costos. Hay numerosos termostatos habilitados para ZigBee que proporcionan zonificación y programación para la calefacción del hogar, los ventiladores inteligentes y el aire acondicionado a través de sensores y controles habilitados para ZigBee.

● Seguridad en el hogar: Este mercado en expansión generalmente implica el uso de una red ZigBee Mesh encriptada robusta. Un concentrador dedicado monitorea y se comunica con sensores de movimiento y llaveros inalámbricos colocados estratégicamente, y se puede conectar a la iluminación de seguridad y las cerraduras.

Aplicaciones industriales e IOT ZigBee:

Con el tiempo, la ZigBee Alliance ha ido posicionando esta tecnología para convertirse en el estándar inalámbrico para IoT. Para mediados de la década de 2020, se esperan más de mil millones de ventas anuales de chipsets ZigBee, muchas de ellas para su uso en aplicaciones industriales M2M. Las comparaciones con WiFi y Bluetooth compartidas a continuación muestran que es una tecnología de malla ventajosa para la industria con controladores, sensores y nodos ZigBee operativos en numerosas aplicaciones que ya están implementadas, tales como:

• Alumbrado público inteligente
• Monitoreo de medidores de servicios públicos
• Fábrica inteligente
• Monitoreo minorista
• Riego agrícola