¿Qué es una red ZigBee? Una visión general concisa

Breve descripción de las redes ZigBee y su utilidad en la automatización inteligente y otras aplicaciones de bajo ancho de banda.

Discuta los requisitos de su proyecto

La explicación más básica que se puede dar de la tecnología ZigBee es que se trata de una red para el intercambio de datos a baja velocidad a través de dispositivos de bajo consumo situados en las proximidades. Esto hace que ZigBee resulte atractiva para proyectos a pequeña escala que necesitan comunicación inalámbrica. En un sentido comercial, las redes estándar ZigBee son perfectas para la automatización del hogar, como el control inteligente de la iluminación y la temperatura, el entretenimiento doméstico, la recopilación de datos médicos, el control industrial, la energía inteligente, la detección integrada, la detección de seguridad de edificios y muchas más aplicaciones en las que se utiliza un ancho de banda bajo y es necesario preservar la duración de la batería de los dispositivos. La baja tasa de potencia de los dispositivos significa que la transmisión de datos está limitada a una línea de visión de entre 10 y 100 metros, pero dentro de una red de dispositivos ZigBee los datos pueden propagarse mucho más lejos.

¿Por qué no utilizar Bluetooth?

Bluetooth está diseñado para transmitir velocidades de datos más altas, de hasta 25 Mbps, para que puedas realizar tareas como transmitir música. Esto utiliza una potencia comparativamente alta de 1 vatio. ZigBee tiene un caudal de datos de sólo 250kbps, pero sólo consume entre 10 y 100 milivatios (mW). Si tienes dispositivos que no necesitan un alto caudal de datos y funcionan con pilas, una red Bluetooth supondría un gasto innecesario de batería.

Los dispositivos que componen una red ZigBee estándar se dividen en 3 tipos:

Coordinador (ZC): Una red existente está conectada por cable al coordinador. Es el origen de la red, la raíz del árbol que puede servir de puente a otras redes. El ZC almacena información sobre la red y gestiona las claves de seguridad y el acceso, actuando como centro de confianza. Un ejemplo de coordinador ZigBee serían los módems que Assured Systems suministra al final de este artículo.

Router (ZR): Los ZR pueden realizar una función dentro de la red, así como recibir y reenviar datos hacia y desde otros dispositivos de la red. Un ejemplo sería un contador de agua, que lee el consumo y transmite los datos al dispositivo portátil de un ingeniero de campo.

Dispositivo final (ZED): Una ZED realiza una función para una aplicación, pero no mucho más. Puede recibir y responder a su nodo padre (coordinador o router), pero no puede hablar con otros dispositivos de la red. Esta relación permite al nodo descansar y preservar la duración de la batería. Un ejemplo sería el interruptor de la luz de un sistema automatizado de gestión doméstica.

Las configuraciones de red más comunes para una red ZigBee son estrella, malla y árbol de clústeres.

Red en estrella: Hay un coordinador que inicia y gestiona varios dispositivos finales (nodos). Los dispositivos finales sólo se comunican con el coordinador. Esto está bien hasta cierto punto, hasta que el coordinador se convierte en un cuello de botella.

Red en malla: En una red mallada, la red se extiende a través de varios routers conectados al coordinador. Así, cualquier dispositivo puede comunicarse con cualquier nodo adyacente. Si falla un nodo, los datos pueden pasar al siguiente, lo que proporciona redundancia, un factor importante en muchas industrias. Sin embargo, si el router falla, los nodos se pierden en la red. Este es el tipo más común de red ZigBee.

Árbol de clústeres: Los routers padres conectados al coordinador tienen dispositivos finales hijos y esta familia se convierte en un clúster. Una red en árbol de clúster es como tener varias redes en estrella ramificadas desde el tronco de un coordinador.

Arquitectura del protocolo ZigBee Modelo OSI

La arquitectura del protocolo ZigBee consta de capas construidas sobre las capas base (MAC y física), del grupo de trabajo estándar IEEE 802.15.4 que define el funcionamiento de las "redes inalámbricas de área personal de baja velocidad" (LR-WPAN).

Capa de Aplicación: Dentro de la subcapa de soporte se habilitan los servicios para permitir que los objetos de dispositivo ZigBee y los objetos de aplicación interactúen con la capa de red para gestionar datos. El marco de trabajo proporciona 2 servicios de datos como valor clave y servicios de mensajes genéricos. Los genéricos están definidos por el desarrollador, mientras que los de valor clave obtienen atributos dentro de los objetos de aplicación.

Capa de red: Esta capa gestiona las conexiones y desconexiones con los dispositivos, el enrutamiento y las configuraciones.

Control de acceso al medio (MAC): Esta capa transmite todos los datos hacia y desde diferentes redes con la evitación de colisiones de acceso múltiple con sentido de portadora (CSMA). Las tramas de baliza sincronizan la comunicación.

Capa física: Realiza la modulación y demodulación para la transmisión y recepción de señales dentro de las frecuencias y canales designados.

Módems ZigBee industriales M2M (máquina a máquina)

Assured Systems puede suministrar módems industriales M2M para su red ZigBee. Estos módems se conectan a las redes existentes a través de serie(MLB-Z1001) o LAN(MLB-Z4001) y actúan como el coordinador en la raíz de la puesta en marcha de una red ZigBee.

MLB-Z1001

El MLB-Z1001 está diseñado para la comunicación RS-232/422/485 a través de cualquier ZigBee disponible y permite la comunicación entre máquinas en aplicaciones como la automatización de fábricas. Más información sobre el MLB-Z1001 aquí.

MLB-Z4001

El MLB-Z4001 es un módem de Ethernet a 900 MHz RF diseñado para la comunicación Ethernet a través de una red ZigBee. Mediante un puerto Ethernet con conexión RJ45, el módem puede recibir y transmitir datos a través de una red mallada. Más información sobre el MLB-Z4001 aquí.

Acerca de Assured Systems

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