¿Cuál es la especialidad de Zigbee? Estructura, topologías y propósitos

Este texto presenta la idea de la Experiencia Zigbee, la estructura de la Costumbre Zigbee y los objetivos de la Experiencia Zigbee. El objetivo de este texto es proporcionar una breve visión general de la experiencia Zigbee y sus topologías de red.

Los requisitos de la experiencia Wi-fi y de las redes nos presentan un método muy útil para la alternancia de información. Hay un vigoroso crecimiento en el tema de la Experiencia de Comunicaciones Wi-fi y también es posible que necesites ver ciencias aplicadas completamente diferentes como WiFi, Bluetooth, Comunicaciones Celulares (Redes Móviles), RFID, NFC y WiMAX.

¡Buenos días Expertos en Zigbee!

Entonces, ¿dónde encaja la Experiencia Zigbee en el conjunto predominante de las ciencias aplicadas a la tecnología Wi-Fi? La Experiencia Wi-fi Zigbee entra directamente en un mercado que no está totalmente copado por otras ciencias aplicadas.

Por ejemplo, otras ciencias aplicadas al wi-fi, como el WiFi y el Bluetooth, se esfuerzan por adelantarse, añadir opciones adicionales, presentar contenidos de alta definición en streaming y funcionar durante horas. En cambio, el Zigbee Expertise está diseñado para que las cargas de información sean bajas, se conecte directamente a una pequeña batería, controle unidades sencillas como los LED o los termostatos y funcione durante años.

Aunque la Experiencia Zigbee tiene muchos propósitos como la Automatización de la Casa y el Ejército, la clase principal a la que se dirigió la Experiencia Zigbee se llama Comunidad de Sensores Wi-fi o WSN.

La Comunidad de Sensores Wi-fi (WSN) es un grupo (comunidad) de sensores wi-fi que reúne, comercializa y transmite información ambiental y, además, conversa con las redes vecinas. Más adelante se hablará de la WSN.

Las WSN tienen algunas necesidades distintivas como el bajo consumo de energía y el bajo valor, y la Experiencia Zigbee logra estas necesidades con la ayuda de una restricción: la baja carga de información.

¿Cuál es la especialidad de Zigbee?

La Experiencia Zigbee es una costumbre de comunicación Wi-fi que define un conjunto de protocolos para ser utilizados en unidades de red wi-fi de baja tasa de información y de variación corta a media, como sensores y redes de gestión.

El objetivo de la Experiencia Zigbee es que los sensores wi-fi funcionen con baterías de bajo valor y energía, que no tengan que reemplazar continuamente su posición y que, además, permitan el modo de reposo o de baja energía para su electrónica y radio.

La experiencia Zigbee se basa en la norma IEEE 802.15.4 y las unidades Zigbee operan dentro de la banda ISM de 2,4 GHz (ISM – Industrial, Científica y Médica) libre de licencia.

Aunque la banda de 2,4 GHz se suele utilizar en todo el mundo para las unidades industriales Zigbee, hay unidades que utilizan un conjunto único de bandas de frecuencia, como 784 MHz, 868 MHz y 915 MHz en China, Europa y EEUU (y Australia) respectivamente.

Como estamos hablando de bajos costes de información de la Experiencia Zigbee desde el principio, nos permite ver los costes de información que soporta Zigbee. Las tasas de información en la Experiencia Zigbee dependen de la banda de frecuencia. Por ejemplo, la banda de 868 MHz ayuda a una tasa de intercambio de información de 20 kbps, mientras que la banda extra frecuente de 2,4 GHz ayuda a cargar información hasta 250 kbps.

Antes de profundizar en la Experiencia Zigbee, nos permite comprobar dos utilidades en las que se puede utilizar Zigbee. Una de las utilidades es la monitorización en el hogar de la persona afectada, donde ésta lleva un aparato Zigbee que recoge periódicamente datos como la tensión arterial y la frecuencia cardíaca.

Esta información se transmite entonces de forma inalámbrica a un servidor de área dentro de la residencia de la persona afectada (servidor nativo, como un PC). El servidor nativo realiza la evaluación primaria y la información importante se distribuye al médico a través de la web.

Otra utilidad de Zigbee es la supervisión del bienestar estructural del edificio. Esta utilidad puede ser muy útil en zonas con tendencia sísmica. En todo el edificio se han colocado varios sensores Zigbee basados principalmente en sensores wi-fi, como los acelerómetros.

Estos sensores, que son del tipo de comunidad de sensores wi-fi, recogen información que puede utilizarse para detectar indicadores de lesiones y considerar si la construcción está protegida para el público o no.

¿Por qué las bajas tasas de información en Zigbee?

Cuando otras ciencias aplicadas al wi-fi, como el WiFi y el Bluetooth, pretenden suministrar transferencias de información a una velocidad excesiva, ¿por qué las velocidades de información son bajas en Zigbee? La respuesta puede ser muy fácil.

La intención del evento Zigbee Expertise es utilizarlo en la monitorización y gestión wi-fi. La cantidad de datos y la frecuencia de la comunicación en tales fines puede ser mucho menor.

Si bien es posible que una comunidad IEEE 802.15.4 consiga una mayor velocidad de información, la experiencia Zigbee, que se basa en IEEE 802.15.4, no está diseñada para actuar.

Zigbee y IEEE 802.15.4 no suelen ser lo mismo

Claro, ya has aprendido bien. La norma IEEE 802.15.4 es un lugar común técnico perfilado y mantenido por el IEEE (Grupo de Trabajo IEEE 802.15, en concreto) que define el funcionamiento de las WPAN (Redes Espaciales Privadas Wi-fi) de baja velocidad de información.

Sin embargo, Zigbee es un protocolo de comunidad, desarrollado y mantenido únicamente por la Alianza Zigbee y que utiliza las capas de cuerpo y MAC de IEEE 802.15.4. Hay diferentes protocolos de red basados principalmente en IEEE 802.15.4 como MiWi, SNAP, WirelessHART, etc.

Zigbee vs. Bluetooth e IEEE 802.11

La evaluación de las ciencias aplicadas IEEE 802.11, Bluetooth y Zigbee te permitirá percibir cómo la experiencia Zigbee es completamente diferente de las diferentes ciencias aplicadas Wi-Fi que operan en la misma banda de 2,4 GHz.

NOTA: Hay numerosos protocolos en el IEEE 802.11, sin embargo, podemos contemplar el IEEE 802.11b porque opera dentro de la banda de 2,4 GHz.

Las velocidades de información del IEEE 802.11 pueden ser tan excesivas como 11 Mbps y la utilidad cotidiana de este protocolo es la conexión web wi-fi. La variación del IEEE 802.11b puede ser de hasta 35 metros en interiores y de unos 100 metros en exteriores.

La experiencia Bluetooth es muy conocida y una de las ciencias aplicadas de comunicación wi-fi de uso general. La utilidad favorita de Bluetooth son los auriculares wi-fi.

Las velocidades de información de Bluetooth disminuyen con respecto a IEEE 802.11 y son mucho menos de 3 Mbps. La variación interior del Bluetooth es inferior a 10 metros.

En cuanto a Zigbee Expertise, tiene una tasa de información de 250 kbps, que es la más baja entre las tres, y la variación diaria de Zigbee está entre 10 y 100 metros.

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Estructura Zigbee

Aunque comprender la estructura del traje Zigbee es una idea excelente, no es el objetivo de este texto. No obstante, vamos a ver la estructura de Zigbee o comúnmente conocida como pila Zigbee.

La siguiente imagen ilustra la estructura de la pila Zigbee. Las capas PHY (capa corporal) y MAC (capa de entrada al medio) están perfiladas por la norma común IEEE 802.15.4. Sobre esta base, la Alianza Zigbee da el NWK (capa comunitaria) y la estructura para la capa de utilidad.

La subcapa de ayuda de software (APS), los objetos máquina Zigbee (ZDO) y los objetos productores aplicables forman parte del marco de software, que está bajo la dirección de la Zigbee Alliance.

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Si observas la pila Zigbee en la imagen anterior, no coincide exactamente con el maniquí de red OSI. Las tres capas inferiores, es decir, la corporal, la de hipervínculo de información y la comunitaria, son actuales dentro de la pila Zigbee dentro del tipo de PHY, MAC y NWK.

Las últimas 4 capas, es decir, la de Transporte, la de Sesión, la de Presentación y la de Software, están revestidas por la Subcapa de Ayuda al Software (APS) y el Objeto Zigbee Gadgets (ZDO).

Entre las capas de la pila Zigbee hay factores de entrada de servicio (SAP), que aíslan el trabajo de una capa de las capas superiores e inferiores. Veamos ahora en relación con las capas dentro del marco Zigbee.

Capa corporal (PHY)

Como hemos hablado antes, las dos capas inferiores, es decir, la PHY y la MAC, están perfiladas por la especificación IEEE 802.15.4. La capa PHY es la más cercana al {hardware} y controla y se comunica directamente con la radio Zigbee. La capa PHY interpreta los paquetes de información en bits de transmisión por aire y viceversa durante la recepción.

Capa MAC

La capa MAC se encarga de la interconexión entre las capas PHY y NWK. La capa MAC puede encargarse de proporcionar el ID de PAN y, además, el descubrimiento de la comunidad mediante peticiones de señalización.

Capa comunitaria (NWK)

La capa comunitaria (NWK) actúa como interfaz entre la capa MAC y la capa de software. Además, es responsable de las redes de malla (formación de comunidades y enrutamiento). Además de las funciones mencionadas, la capa NWK proporciona seguridad a las redes Zigbee, es decir, toda la información dentro del cuerpo NWK está encriptada.

Capa de software

La capa de software dentro de la pila Zigbee es la mejor capa de protocolo y está formada por la subcapa Ayuda de Software (APS) y el Objeto Máquina Zigbee (ZDO). Incorpora los propósitos señalados por el productor. La subcapa APS se encarga de descubrir y conectar a los proveedores.

El Objeto Máquina Zigbee (ZDO) aparece sobre la administración nativa y el aire de la comunidad. El marco de software consiste en objetos de software que gestionan y manejan las capas de protocolo de un gadget Zigbee. El marco de software puede incluir hasta 240 objetos de software.

Gadgets Zigbee

La especificación IEEE 802.15.4 define dos formas de unidades: FFD o Gadgets de Rendimiento Completo y RFD o Gadgets de Rendimiento Disminuido. Una máquina FFD puede hacerlo todo. Puede realizar todas las funciones descritas en la norma IEEE 802.15.4 habitual y puede adoptar cualquier posición dentro de la comunidad.

Una máquina RFD, como su nombre indica, tiene capacidades restringidas. Las funciones cuantitativas realizadas por un Gadget de RFD están restringidas.

Una máquina FFD puede hablar con cualquier aparato dentro de la comunidad y debe estar animada y siempre a la escucha dentro de la comunidad. Una Máquina RFD sólo puede hablar con una Máquina FFD y está pensada para fines sencillos, como encender o apagar una marcha.

Las unidades FFD y RFD de una comunidad IEEE 802.15.4 pueden asumir tres funciones completamente diferentes: Coordinador, Coordinador del PAN y Máquina. El Coordinador y el Coordinador PAN son Gadgets FFD y la Máquina puede ser un FFD o una Máquina RFD.

Un Coordinador es capaz de transmitir mensajes, un Coordinador PAN es el controlador principal en una Comunidad Espacial Privada (PAN) y si el aparato no es un coordinador, entonces sólo se conoce como una Máquina.

Basándose principalmente en la idea de las unidades FFD y RFD y del Coordinador, el Coordinador PAN y la Máquina dentro de la Especificación IEEE 802.15.4, Zigbee Customary ha creado tres Gadgets de Protocolo Zigbee. Son

  • El Coordinador Zigbee
  • El router Zigbee y
  • La máquina de acabado Zigbee

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Coordinador Zigbee

Un Coordinador Zigbee es un Coordinador PAN dentro de la Comunidad IEEE 802.15.4 (una máquina FFD) y es responsable de formar la comunidad. Después de establecer la comunidad, asigna el mango de la comunidad a las unidades que pueden ser autorizadas a publicar la comunidad. Además, dirige los mensajes entre las unidades superiores.

Router Zigbee

Un router Zigbee es un coordinador IEEE 802.15.4 (una máquina FFD) y permite las variaciones de la Comunidad Zigbee. Con la ayuda de un router Zigbee, se pueden añadir unidades adicionales a la comunidad. Un router Zigbee normalmente puede actuar como una máquina de acabado Zigbee.

Máquina de acabado Zigbee

Una máquina de acabado Zigbee no es un coordinador Zigbee ni un router Zigbee. Una máquina de acabado Zigbee interactúa corporalmente con un sensor o realiza una operación de gestión. Puede ser un FFD o un RFD, lo que depende de la aplicación.

Topologías comunitarias Zigbee

La capa de la comunidad Zigbee dentro de la pila Zigbee es responsable de la formación de la comunidad. Hay tres topologías comunitarias Zigbee: estrella, árbol de racimos y malla. Estas tres topologías Zigbee se encuentran dentro de una de las dos topologías comunitarias de las que habla el IEEE 802.15.4, es decir, en estrella y entre pares.

Topología en estrella

En una Configuración de la Comunidad Estelar, hay un Coordinador y cualquier variedad de Artilugios de Finalización. Todos los Gadgets de Acabado están relacionados con el Coordinador y la persona a la que se le quitan los Gadgets de Acabado, cada uno corporal y eléctricamente, es decir, sin comunicación directa entre las unidades de Gadgets de Acabado.

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Todos los datos deben pasar por el Coordinador, incluso los datos de una máquina de acabado a otra.

Topología de árbol de clústeres

La topología de árbol en racimo es un tipo de topología entre iguales. En la topología de árbol de clústeres Zigbee, los aparatos finales forman parte de la comunidad a través del coordinador o router. Como el router Zigbee amplía la variante de la Comunidad Zigbee, la máquina de acabado no necesita estar dentro de la variante del Coordinador.

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Incluso en la topología de árbol, los aparatos finales no pueden hablar entre sí directamente, pero el router puede hablar con diferentes routers y con el coordinador.

Topología de malla

La topología de malla Zigbee puede ser una topología de pares y es una extensión de la topología de árbol de racimos. Los gadgets de acabado que se pueden configurar como FFD pueden hablar directamente con diferentes gadgets de FFD (tanto routers como gadgets de acabado). Sin embargo, los artilugios configurados como RFD quieren hablar mediante routers o coordinadores.

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Objetivos de la experiencia Zigbee

La red Zigbee y la experiencia Zigbee tienen una variedad de utilidades como la automatización de la casa, la asistencia sanitaria y la supervisión de materiales. Nos permite ver algunos propósitos de la Experiencia Zigbee, donde los Gadgets Zigbee pueden aumentar la efectividad y reducir el valor.

  • Automatización de la casa
    • Programas de seguridad
    • Programas de estudio del contador
    • Programas de gestión suave
    • Programas de HVAC
  • Comprador de productos electrónicos
    • Consolas de juegos
    • Ratón Wifi
    • Mandos a distancia con Wi-Fi
  • Automatización industrial
    • Gestión de activos
    • Seguimiento del personal
    • Vigilancia del ganado
  • Atención sanitaria
  • Entrada de la habitación del resort
  • Extintores para chimeneas
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