¿Qué es el protocolo ZigBee?

Si buscas dispositivos para evitar cablear tal vez deberías pensar en la conectividad Zigbee. Aquí te vamos a explicar de forma sencilla en que consiste y como sacar el mayor provecho a los dispositivos Zibgee.

Zigbee es conjunto de protocolos de comunicación entre dispositivos, como podemos hacer con WiFi o Bluethooth, especialmente diseñada para el IoT (Internet Of Things, es decir, Internet de las cosas). Tienen un consumo mucho menor así como un hardware más sencillo que permite abaratar los costes. Además puedes utilizar los dispositivos con un batería o pila ya que tienen muy poco consumo.

ZigBee es actualmente la tecnología líder para hogares inteligentes, especialmente debido a las aplicaciones de conmutación remota e iluminación.

Información general del protocolo Zigbee

El protocolo Zigbee basada en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas personales, parecido al estándar de la wifi 802.11. Los principales requisitos de diseño pueden formularse libremente como: baja latencia, ancho de banda de rango medio (inferior al smartphone, pero más alto que otras tecnologías de IoT) y el uso de bandas de radiofrecuencia industriales, científicas y médicas sin licencia (bandas ISM), lo que limita la carga del espectro. Escenarios menos intensivos en datos, con baja latencia y requisitos de cobertura que están dentro de las capacidades de las bandas ISM es la razón por la que los desarrolladores deben considerar ZigBee. Guardan similitud con lo que conocemos como WiFi, emite también en la banda de 2.4Ghz, aunque, existen además 2 bandas específicas, en 868 Mhz para Europa y 915 Mhz para Estados Unidos.

Ventajas de Zigbee frente a otras tecnologías

Uno de los aspectos que diferencia a ZigBee de tecnologías similares, es el protocolo de red, ZigBee PRO. Se ha creado para abordar desafíos específicos, como implementaciones específicas de cada región, comunicaciones entre bandas y, lo que es más importante, seguridad incorporada. Esto lo convierte en un protocolo de red robusto para las aplicaciones previstas.

Como hemos comentado al principio del artículo, una de sus grandes ventajas es el bajo consumo que tienen y el hardware necesario para poder crear un dispositivo es mucho más reducido, que el necesario para hacer lo mismo con Bluetooth o WiFi, por lo que reduce su coste en una importante parte.

Por último, otra de las ventajas, es que, gracias a la manera de funcionar que os explicamos a continuación, los dispositivos, si un “nodo” cae, podrían reorganizarse para no perder la conectividad.

Dispositivos y funcionamiento

La topología de malla Zigbee permite la retransmisión de datos entre los dispositivos Zigbee para transportar datos a largas distancias.

Hay tres tipos de nodos en una red de malla Zigbee: son coordinadores (controlador), enrutadores (router) y dispositivos finales. Cada red Zigbee requiere un coordinador; que es un dispositivo responsable de formar la red y enrutar el tráfico. Después de que se forma una red, el coordinador adopta las capacidades de un enrutador Zigbee, que actúa como un nodo intermedio que transmite datos de otros dispositivos. Un router nunca entra en modo de suspensión. Los routers también pueden ser un dispositivo final Zigbee

Los dispositivos finales solo pueden comunicarse con los nodos principales, es decir, el coordinador o los enrutadores. Los dispositivos finales Zigbee son dispositivos de gran eficiencia energética y pueden entrar en modo de suspensión para ahorrar energía. Cada nodo padre puede servir hasta 20 dispositivos finales Zigbee.

Tipos de dispositivos:

• Coordinador o Controlador (ZC): Es el dispositivo más importante de la red. Se encarga de organizar las rutas y, solo puede haber uno por cada red. En el caso de los dispositivos de Xiaomi, es el gateway.
• Router, enrutador (ZR): Se trata de un dispositivo similar al controlador, aunque su función es solo la de enlazar 2 o más dispositivos que no estén conectados por la distancia a la que se encuentran.
• Dispositivo final (ZED): Son todos los actuadores y sensores, es decir, los dispositivos que de una forma activa o pasiva interactúan con nosotros, interruptores, sensores, bombillas, etc.

Topologías de red

En cuanto al funcionamiento, tenemos la posibilidad de hacer diferentes topologías de red:

• Estrella: Situando el controlador en el centro de la red
• Árbol: Situando el controlador en la raíz y todos los dispositivos cuelgan de él
• Malla: Esta es la topología más interesante ya que los nodos pueden estar comunicados a otros nodos, por lo que se crean numerosos caminos para poder tener una comunicación estable, si un nodo se cae, la red es reorganizada por el coordinador.

Fabricantes que utilizan el protocolo Zigbee

Aunque algunos fabricantes tienen dispositivos con diferentes conectividades, Xiaomi, Philips, Ikea, LG, Samsung, Amazon, son algunos de los más conocidos que han dotado sus dispositivos de conectividad 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.

Comparando ZigBee con una tecnología comúnmente usada como WiFi, nos encontramos con que WiFi ofrece una mayor tasa de transferencia de datos. Pero 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).

Conclusión sobre el protocolo Zigbee

Si tenemos que remarcar alguna pega, tenemos el alcance como principal problema, si lo comparamos con otros protocolos como el Z-Wave, aunque, para una red doméstica, su alcance está bastante bien.

ZigBee, que es un estándar abierto. ZigBee define diferentes perfiles para aplicaciones comunes como gestión de energía o control de iluminación, además de una amplia selección de herramientas para configuración y diagnóstico.

La idea de este artículo es dar una pequeña idea de lo que es el protocolo Zigbee. Para mas detalles técnicos están la web oficial.