Qué es ZigBee, cómo funciona y características principales

Desde la aprobación del estándar ZigBee en 2004 han surgido muchos productos aprovechando las ventajas de esta tecnología y se ha convertido en uno de los protocolos más utilizados en varios sectores, como domótica, industria o metering.

En este artículo vamos a explicar los conceptos básicos del protocolo, así como detallar su evolución y sus usos más habituales.

 ¿Qué es ZigBee?

En primer lugar, vamos a dar una breve explicación sobre en qué consiste lo que se ha dado por llamar comúnmente como ZigBee. ZigBee corresponde al nombre de la especificación creada por el grupo de trabajo ZigBee Alliance para la definición de un protocolo de comunicaciones inalámbrico de alto nivel.

Logo de ZigBee Alliance

Este protocolo se basa en el estándar 802.15.4 para las capas bajas de comunicación y tiene como principales rasgos diferenciales las siguientes características:

• Bajo consumo y baja tasa de transferencia de datos
• Topología de red tipo mesh
• Tamaño reducido

Gracias a estas características, ZigBee se ha posicionado como una de las mejores soluciones inalámbricas para equipos de control desplegados en campo como equipos de metering o sensórica, ya que pueden operar mediante baterías. Además, el protocolo ZigBee también gestiona de forma automática la red, creando y manteniendo las rutas de forma dinámica. Esto permite que la red corrija automáticamente situaciones de desconexión parcial de alguno de los nodos que la forman, evitando así tener que acceder físicamente a los equipos para poder solventar ese tipo de problemas.

Otro de los campos en los que ZigBee es comúnmente usado es en aplicaciones domóticas, debido a su reducido tamaño y coste, lo que permite integrar módulos ZigBee en consumibles y equipos del hogar, como bombillas, electrodomésticos, alarmas y otros elementos comunes en una casa domótica.

Aplicación en domótica de ZigBee

Evolución de ZigBee

Después de un comienzo con mucho éxito y una actualización del protocolo en 2006, el grupo de trabajo ZigBee Alliance creo en 2007 la actual versión del protocolo: ZigBee PRO. Esta versión es retrocompatible con los módulos anteriores y añade diferentes mejoras, siendo la más importante de ellas la definición de una nueva capa del protocolo: los Application Profiles.

Estos Profiles definen una estándar de comunicación de los dispositivos según su uso, permitiendo a los diseñadores de dispositivos ZigBee diseñar dispositivos que puedan comunicarse con equipos de otros fabricantes. Esto fue especialmente útil en el sector domótico, ya que permitía a fabricantes de consumibles añadir conectividad ZigBee en sus dispositivos sin tener que diseñar todo el hardware de red. Por ello, el primer Application Profile creado fue Home Automation (HA) para domótica, uniéndose posteriormente otros como Smart Energy (SE) para metering, Commercial Building Automation (CBA) o Personal Health and Hospital Care (PHHC).

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.

Estructura de una Red ZigBee

Ventajas de ZigBee respecto a sus competidores

Dentro de las tecnologías de comunicación inalámbrica, ZigBee compite con otros estándares muy reconocidos como pueden ser WiFi (802.11) o Bluetooth Low Energy (BLE). Cada una de estas tecnologías tiene diferentes características que los sitúan en mejor o peor posición en función de la aplicación.

En concreto, comparando ZigBee con una tecnología comúnmente usada como WiFi, nos encontramos con que WiFi ofrece una mayor tasa de transferencia de datos. En contraposición, el consumo de batería y el tamaño del hardware son mucho mayores, lo que para determinadas aplicaciones como domótica o metering puede ser un problema insalvable.

Respecto a Bluetooth Low Energy, pese a ser tecnologías muy similares, la principal ventaja de ZigBee viene dada por su mayor alcance y por la mayor cantidad de dispositivos que permite la red (hasta 65535 nodos). Por otro lado, BLE ofrece una mayor velocidad de transmisión.

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