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Protocolo ZigBee

¿Qué es?

ZigBee es un lenguaje de comunicación que renace gracias a la expansión del IoT – Internet de las cosas -. Es la unión de varios protocolos de alto nivel de telecomunicación inalámbrica que tiene más de una década (2004) y es también un estándar, por lo cual muchos fabricantes en la actualidad obtienen muchos beneficios al incorporarlo a sus productos.

En el año 2005 se hicieron públicos para propósitos no comerciales de universidades, centros de desarrollo y empresas individuales, y en 2007 se puso a disposición gratuita. Gracias a esto,  fabricantes, integradores, desarrolladores, entre otros, tuvieron la opción de trabajar bajo un enfoque basado en estándares a la hora de introducir los nuevos productos dedicados a la domótica o automatización del hogar, eliminando así la necesidad de hacerlo sobre tecnología patentada o cerrada.

Esta tecnología inalámbrica opera en las bandas libres ISM (Industrial, científica y Médica) de 2,4 GHz, 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU), y tiene una velocidad de transmisión de 250 Kbps con un rango de cobertura de 10 a 75 metros, es decir, funciona en la misma frecuencia que las redes Wifi o Bluetooth, pero sin ningún problema, ya que posee una baja tasa de transmisión y cubre áreas en la que otras tecnologías no desempeñan un buen papel como es el caso de UWB (Ultra Wide Band) alta velocidad de transmisión sin importar el poco alcance, o bien el caso de las redes celulares donde el alcance es lo que más importa.

Se compara mucho con el Bluetooth y Z-wave, pero tienen diferentes capacidades en cuanto a velocidad de transmisión y rango de cobertura.

ZigBee permite que las aplicaciones domóticas que han sido desarrolladas por los fabricantes sean completamente interoperables entre sí – trabajo en conjunto -, lo que garantiza a los usuarios confiabilidad, mayor control, seguridad y mucha comodidad.

ZigBee Vs Bluetooth

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ZigBee es muy similar al Bluetooth, pero, existen algunas diferencias y ventajas para domótica:

  • Una red ZigBee puede tener hasta de 65535 “nodos” distribuidos en subredes de 255 nodos cada una, mientras que Bluetooth solo permite hasta ocho por subred.
  • ZigBee tiene un menor consumo eléctrico que el de Bluetooth. Consume 30 mA transmitiendo y de 3 μA (micro amperios) en reposo, mientras que Bluetooth consume 40 mA cuando transmite y 0,2 mA cuando está en reposo. Y estos se debe a que ZigBee se queda la mayor parte del tiempo dormido, mientras que en una comunicación Bluetooth siempre se está transmitiendo y/o recibiendo.
  • En cuanto a la velocidad, ZigBee puede llegar hasta los 250 kbit/s, mientras que en Bluetooth supera los 3000 kbit/s. Esto parece una gran ventaja, pero realmente depende de la aplicación que se le de al producto. Mientras que Bluetooth funciona muy bien para aplicaciones como los teléfonos móviles y la informática casera, lo que es insuficiente con ZigBee, este es perfecto para usos en domótica con productos que dependen de baterías, los sensores, y en juguetes, en los cuales la transferencia de datos es muy baja.

En resumen, ZigBee está diseñado para transportar “pequeños paquetes de datos” a “cortas distancias” manteniendo un bajo consumo de energía, y Bluetooth también fue creado para la comunicación de corto alcance. Aunque ambos funcionan dentro la misma banda de frecuencia 2,4 GHz, hay diferencias marcadas en cuanto a su aplicación.

Las aplicaciones que utilizan Bluetooth son ideales para transferencias de archivos de dispositivo a dispositivo, auriculares, altavoces y complementos informáticos inalámbricos como teclados e impresoras, así como para iluminación inteligente, mientras que las aplicaciones que usan ZigBee son muy útiles para utilizarlas en la automatización del hogar, sistemas de seguridad, los sistemas de HVAC (Calefacción, ventilación y aires acondicionados), también es útil para la iluminación inteligente.

Es bueno destacar que también existe un protocolo Bluetooth de baja energía o BLE (Bluetooth Low Energy), el cual apareció en el mercado en el año 2011 de la mano del Bluetooth 4.0 y su principal beneficio y diferencia con el Bluetooth convencional, es su bajo consumo de energía. Esto lo hace ideal para ser usado en dispositivos IoT (internet de las cosas) o M2M (máquina a máquina). Su consumo es tan bajo que permite a algunos dispositivos funcionar durante 5 años con una pequeña batería. Funciona en la misma banda de 2,4 GHz del Bluetooth convencional, pero lo hace en ciclos muy cortos – milisegundos – y luego pasa al “modo de espera o de descanso” hasta que se restablece la conexión.

Por lo tanto, en este sentido es un competidor directo de ZigBee en el mercado de la domótica.

Según expertos, ZigBee posee un mayor alcance que BLE (290-300 metros Vs 70-80 metros)  pero, si vamos a la práctica, ZigBee es más complicada de instalar y programar que BLE. Y la razón principal es que, aunque existen muchos fabricantes que usan el protocolo, no todos los dispositivos para ZigBee son interoperables entre ellos, lo que puede causar al utilizarlos – Conflictos entre equipos -. Si esto representa un problema, es recomendable usar BLE.

Este tipo de problema desaparecerá en poco tiempo, ya que ZigBee Alliance,  se ha unido con Apple, Google y Amazon y han creado el grupo denominado“Project Connected Home over IP” que trabaja desarrolla y promueve la adopción de un nuevo estándar de conectividad abierto y gratuito que permita aumentar la compatibilidad entre los productos domésticos inteligentes, con la seguridad como un principio de diseño. Se prevé que este estándar sufra algunas modificaciones, pero que su adopción crezca gracias a la gran fuerza de mercado que tienen dichas compañías.

ZigBee Vs Z-wave 

Z-Wave es otro protocolo de comunicaciones inalámbricas utilizado para domótica.​ Es una red en malla al igual que ZigBee, que utiliza ondas de radio de baja energía para comunicarse de un aparato a otro, permitiendo el control inalámbrico de electrodomésticos y otros dispositivos, como control de iluminación, sistemas de seguridad, termostatos, ventanas, cerraduras, piscinas y garaje abrepuertas.

Al igual que otros protocolos, puede controlarse a través de Internet desde un mando inalámbrico, un teclado numérico montado en la pared o a través de teléfonos inteligentes, tabletas o computadoras, con una puerta de enlace Z-Wave o un dispositivo de control central que sirve tanto como el controlador central y el portal hacia el exterior. Proporciona interoperabilidad entre los sistemas de control doméstico de diferentes fabricantes que forman parte de su alianza. A partir de mayo de 2017, hay más de 1.700 productos Z-Wave interoperables.

Para usar ZigBee o Z-Wave se requiere de un concentrador, puente o hub que es el punto del sistema para conectarse a la internet. De allí la señal será compartida entre el resto de dispositivos de la red sin necesidad de que cada uno de ellos se conecte al router o enrutador de forma individual.

Ambos protocolos funcionan por medio de una red mesh o de malla que veremos más adelante.

La principal diferencia entre ambos es que ZigBee es un protocolo abierto, mientras que Z-Wave es un estándar propietario manejado por su dueño es Silicon Labs. El hecho de que ZigBee sea abierto le ha dado una gran fortaleza lo que le ha permitido tener mayor expansión, pero con la debilidad a la hora de garantizar compatibilidad con otros equipos. Y es que cualquier fabricante puede acceder al estándar ZigBee y adaptarlo a sus necesidades lo cual no garantiza que pueda operar con otros equipos.

Con Z-Wave no existe ese problema, ya que por ser un protocolo cerrado todos los dispositivos compatibles funcionan bien entre ellos, ya que han sido probados y desarrollados “Puertas Adentro” bajo una licencia de Silicon Labs.

Ambos tienen sus ventajas y desventajas, pero como hemos indicado, todo dependerá de su uso y alcance.

Red mesh o de malla

Estas (3) tecnologías Bluetooth Low-Energy (BLE) , ZigBee y Z-Wave trabajan bajo este modelo de red de comunicación. Todas son funcionales si lo que se desea es trabajar con productos que utilicen baterías y que no requieran de una gran cantidad de datos para funcionar en corta distancia.

Si dentro de un sistema tenemos por ejemplo (4) dispositivos “A al D”, normalmente, para enviar datos desde el dispositivo “A” por ejemplo al dispositivo “C”, debe haber un enlace directo. Así funcionan tanto el Bluetooth convencional, como el Wifi Direct.

En las redes de malla, se pueden enviar datos desde el dispositivo “A” al dispositivo “C” pasando por el dispositivo “B”. Es decir, los datos se envían desde el dispositivo “A” al dispositivo “B”, y luego al dispositivo “C”. Esto le permite crear una gran red de dispositivos interconectados que puede cubrir un área muy grande con un consumo de energía muy bajo.

Por ejemplo, una instalación con 30 dispositivos etiquetados del 1 al 30, que están separados unos 20-30 metros entre ellos. En condiciones normales, si quiero enviar datos desde el dispositivo 1 hasta el dispositivo 30 ubicado a casi 800 metros de distancia, necesitamos un transmisor con una mucha potencia, pero con la red de malla, puede transmitir los datos del dispositivo 1 al dispositivo 2, al dispositivo 3, y así sucesivamente hasta el dispositivo 30. En este caso ningún dispositivo tiene que transmitir los datos a más de 20-30 metros, por lo que la potencia requerida por cada dispositivo es mucho más baja.

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