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Zigbee es una de las opciones de protocolos de comunicación más populares que permiten que diferentes dispositivos domésticos inteligentes de diferentes fabricantes funcionen entre sí, pero ¿cómo funciona exactamente y qué lo hace tan bueno para que más de 400 empresas quieran usarlo?
Zigbee trabaja por el coordinador, situado en la raíz de la red Zigbee, enviando un mensaje a un enrutador que luego pasa el mensaje a un dispositivo final con instrucciones para realizar una tarea específica. Es un estándar de tecnología inalámbrica que es muy adecuado para comunicaciones inalámbricas de corto alcance.
Investigué un poco sobre Zigbee para obtener más información sobre cómo funciona exactamente, dónde se usa más comúnmente y los beneficios que ofrece sobre otros protocolos inalámbricos como Wi-Fi y Bluetooth. Lo que encontré deja en claro por qué Zigbee se usa con tanta frecuencia en hogares inteligentes.
Cómo funciona Zigbee
Una red Zigbee típica contiene tres tipos diferentes de dispositivos: un coordinador, enrutadores y dispositivos finales. Estos dispositivos funcionan con cada uno para entregar mensajes e instrucciones del coordinador central a los dispositivos finales individuales,como una bombilla.
El coordinador es el dispositivo más capaz y se encuentra en la raíz de la red. Solo hay un coordinador por red, y es responsable de realizar varias tareas.
Seleccionan un canal apropiado realizando un escaneo de canal y encontrando el más adecuado con la menor cantidad de interferencia, asignan un ID único a la red, asignan una dirección única a cada dispositivo dentro de la red e inician y transfieren los mensajes o instrucciones dentro de la red.
Los enrutadores se ubican entre el coordinador y los dispositivos finales y son responsables de enrutar los mensajes entre los diferentes nodos.
Reciben mensajes del coordinador y luego los almacenan hasta que sus hijos, los dispositivos finales, estén en condiciones de recibirlos. Los enrutadores también pueden permitir que otros enrutadores y dispositivos finales se unan a la red; quitan esta responsabilidad al coordinador.
Los dispositivos finales controlan una cantidad muy pequeña de información; solo lo suficiente para comunicarse con el nodo padre, que podría ser el coordinador o un enrutador dependiendo del tipo de red Zigbee.
A menudo se ponen en reposo (nodo de espera), lo que hace que los dispositivos de funcionamiento con batería sean ideales como dispositivos finales.
Los dispositivos finales no se comunican directamente entre sí, por lo que una bombilla no se comunica directamente con otra, por ejemplo.
Todo el tráfico se enruta primero al nodo padre, que suele ser el enrutador. El enrutador mantiene estos datos hasta que el dispositivo receptor esté en posición de recibirlos estando despierto.
Los dispositivos finales también son responsables de solicitar cualquier mensaje pendiente del padre.
¿Qué es exactamente Zigbee?
El término Zigbee se conoce mucho en el mundo del hogar inteligente y se anuncia en el embalaje de muchos dispositivos domésticos inteligentes diferentes, pero ¿qué es exactamente?
Zigbee es un estándar de tecnología inalámbrica diseñado específicamente para comunicaciones inalámbricas de corto alcance.
Es un estándar de código abierto que fue desarrollado por una empresa conocida como Zigbee Alliance formada en 2002 y ahora consta de cientos de empresas de todo el mundo.
Usted puede estar preguntando: ¿Por qué necesitamos otro estándar de comunicación inalámbrica de corto alcance cuando ya tenemos Wi-Fi y Bluetooth?
Zigbee está diseñado específicamente para redes de control y sensores donde se monitorean ciertos dispositivos y se controlan otros. Wi-Fi y Bluetooth no son lo suficientemente adecuados para este tipo de configuración.
Zigbee fue la respuesta a una necesidad que muchos tenían. Proporciona una solución de bajo costo para dispositivos de baja potencia con una velocidad de datos baja y opera en un corto alcance.
Es el estándar más utilizado dentro de IoT (Internet de las cosas). IoT simplemente se refiere a los miles de millones de dispositivos físicos en todo el mundo que están conectados a Internet y recopilan y comparten datos.
Cuando lo piensas de esta manera, está claro lo popular que es Zigbee como estándar de comunicación inalámbrica, y no solo en el espacio del hogar inteligente.
Diferentes tipos de redes Zigbee
Hay tres tipos principales de topologías de redes Zigbee; estrella, malla y árbol. Una topología simplemente se refiere a la disposición y disposición de diferentes elementos dentro de una red de comunicación.
Topología de estrella
La topología de estrella es el tipo de Zigbee más simple y menos costoso de implementar. No consisten en enrutadores y todos los dispositivos finales se comunican directamente con el coordinador.
El mayor problema con esta configuración es que si el coordinador falla, toda la red se colapsará y ninguno de los dispositivos finales funcionará dado que no hay nadie allí para darles sus instrucciones.
Las redes Star también están limitadas por el alcance del propio coordinador y, por lo tanto, solo son adecuadas para las redes más pequeñas que consisten en solo un par de dispositivos.
Topología de malla
En la topología de malla, cada nodo está conectado a un nodo vecino, excepto los dispositivos finales que solo están conectados con su padre, un enrutador.
El coordinador se conecta a los enrutadores cercanos que luego se conectan a los otros enrutadores más cercanos a ellos. Por lo tanto, algunos enrutadores pueden conectarse al coordinador y a otro enrutador, mientras que otros pueden conectarse a tres o cuatro enrutadores diferentes dependiendo del tamaño de la red.
Cuando un dispositivo quiere comunicarse con otro, el mensaje salta de un dispositivo a otro, tomando la ruta más corta posible, hasta que llega a su destino.
Si un nodo en particular falla, la red continuará funcionando, ya que el mensaje simplemente se puede redirigir siguiendo una ruta diferente. Esto se conoce como el»proceso de autocuración».
La topología de malla es muy adecuada para hogares inteligentes, ya que generalmente tendrán más dispositivos para los que una topología de estrella es realmente adecuada.
Topología de árbol
La topología de árbol es muy similar a la topología de malla, con la única diferencia real de que los enrutadores no están interconectados.
El coordinador se conecta a todos los enrutadores cercanos y los enrutadores se conectan con los dispositivos finales cercanos, pero ese es el alcance de las conexiones. Los enrutadores no se asocian entre sí y solo se comunican con el coordinador y los dispositivos finales.
Hay otro tipo de configuración que se conoce como una red de árbol de clúster que permite que los enrutadores se conecten entre sí, lo que amplía el alcance de la red.
¿Qué Banda De Frecuencia Utiliza Zigbee?
Actualmente, hay 3 bandas de frecuencia asignadas a Zigbee para usar.
La banda de 868 MHz utiliza el canal 0 y solo está disponible en Europa, y la banda de 915 MHz utiliza los canales del 1 al 10 y solo está disponible en Australia y los Estados Unidos.
La banda de frecuencia de 2,4 GHz con la que probablemente esté más familiarizado se puede usar en todo el mundo y utiliza los canales del 11 al 26.
Vale la pena señalar que solo se selecciona un canal para que la red Zigbee lo use cuando se establece por primera vez.
Entonces, ¿por qué es importante?
Las redes Zigbee y Wi-Fi existen más comúnmente dentro de la 2.Banda de 4 GHz y tienen el potencial de interferir entre sí, siendo la red Zigbee la que recibe el golpe.
Como es probable que ya tenga una red Wi-Fi en su hogar, se necesita un poco de planificación cuando planea usar dispositivos Zigbee para asegurarse de que no experimente esta interferencia.
Mi recomendación sería considerar cambiar el canal en el que opera su red Wi-Fi, alejándose del canal 6 muy concurrido a una parte menos congestionada de la banda de frecuencia, como 1 u 11.
Esto se puede cambiar fácilmente iniciando sesión en el área de administración de su enrutador, encontrando la configuración inalámbrica y simplemente cambiando el canal seleccionado. Es posible que deba deshabilitar la «selección automática de canales» si está habilitada para que pueda seleccionar manualmente su canal preferido.
También existe la opción de cambiar a la banda de 5 GHz, que está mucho menos concurrida que la banda de 2,4 GHz, pero hay muchos menos dispositivos que pueden usar esta banda y requeriría que ya tenga un enrutador de doble banda.
Además de experimentar menos interferencias en sus dispositivos Zigbee, cambiar el canal de su red Wi-Fi también puede provocar un aumento del rendimiento en toda su red.
Lo más probable es que su vecino no haya cambiado su canal y, con la mayoría de los productos que se envían utilizando un canal predeterminado de 6, es más que probable que use el mismo. Esto podría causar interferencias para ambos.
Hay muchas herramientas de escaneo inalámbricas diferentes que se pueden usar para escanear la actividad en cada canal (esta es de uso gratuito y no requiere instalación). Si encuentra que hay mucha congestión en un canal en particular, esta es una sugerencia de que debe considerar elegir un nuevo canal para su red.
Usos más comunes de Zigbee
Hay muchos usos diferentes para la tecnología Zigbee que hacen uso de su bajo consumo de energía y baja velocidad de transferencia de datos.
Los más comunes son la automatización del hogar, los sistemas de control industrial, la recopilación de datos médicos, la advertencia de humo e intrusos y las redes de sensores inalámbricos.
El propósito principal del estándar Zigbee es recopilar información o realizar ciertas tareas de control dentro de un edificio.
En el caso de la automatización del hogar, en el centro se encuentra un controlador de automatización del hogar que se conoce más comúnmente como «hub»
El hub se conecta con una puerta de enlace, que generalmente es su enrutador de Internet y es la interfaz entre el hub Zigbee y el Internet en general. Tanto el controlador como la puerta de enlace conectados entre sí es lo que le permite controlar sus dispositivos domésticos inteligentes desde prácticamente cualquier lugar del mundo.
Algunos de los dispositivos domésticos inteligentes más comunes que admiten Zigbee incluyen luces, cerraduras de puertas e interruptores; los analizaremos más de cerca más adelante.
Por ejemplo, en la pared, podría tener un interruptor de luz que no está conectado a la red eléctrica y funciona solo con baterías.
Al encender o apagar el interruptor, se envía un mensaje de forma inalámbrica al controlador (el coordinador dentro de la red), que luego transmite el mensaje a la bombilla correspondiente para encenderlo o apagarlo.
Parece que Zigbee funciona de una manera muy similar a Wi-Fi y Bluetooth, así que ¿por qué no se usan en su lugar?
¿Por Qué Es Importante Zigbee?
Hay varias razones importantes por las que Zigbee se utiliza en ciertos escenarios como los descritos anteriormente y no en Wi-Fi o Bluetooth.
En pocas palabras, ni Wi-Fi ni Bluetooth son adecuados en situaciones en las que no se necesita mucha energía ni datos, o donde hay cientos de dispositivos en la red.
Wi-Fi utiliza mucha energía además de una alta velocidad de datos que es simplemente excesiva en muchos casos. Zigbee no usa mucho de ninguno de los dos.
Bluetooth solo es capaz de admitir hasta 7 dispositivos en una red, mientras que Zigbee puede admitir cientos.
Comparemos Zigbee con Wi-Fi y Bluetooth y veamos los beneficios que trae. Con suerte, esto mostrará cómo Zigbee es muy adecuado para un hogar inteligente.
Los beneficios de Zigbee
Una de las principales ventajas de usar Zigbee a través de Wi-Fi o Bluetooth es que consume considerablemente menos energía. Dado que los dispositivos pasan la mayor parte de su tiempo en un modo de ahorro de energía, normalmente funcionarán durante varios años sin necesidad de cambiar las baterías.
Los dispositivos Zigbee también funcionan con una velocidad de datos muy baja, especialmente cuando se compara con Wi-Fi y Bluetooth. Mientras que Wi-Fi usa alrededor de 11 Mbps y Bluetooth usa 1 Mbps, Zigbee usa entre 20 y 250 Kbps. Esta es una cantidad muy pequeña de datos, pero sigue siendo suficiente para la aplicación de Zigbee.
Incluso a 250 Kbps, Zigbee transfiere datos alrededor de cuatro veces más rápido que Bluetooth y cuarenta veces más rápido que Wi-Fi.
Los dispositivos Zigbee funcionan muy bien a corto alcance en interiores de hasta 100 metros, pero esto se extiende a 300 metros y más allá en exteriores a través de una línea de visión.
El tiempo que se tarda en unirse a una red Zigbee también es mucho menor para las redes Wi-Fi y Bluetooth. Se tarda unos 3 segundos en unirse a una red Wi-fi y el Bluetooth puede tardar hasta 10. Zigbee tarda solo 30 milisegundos en conectarse.
Zigbee también admite redes pequeñas y grandes. En teoría, podría tener hasta 6,500 dispositivos conectados a una sola red Zigbee, pero en realidad, es más probable que sea alrededor de 240. Esto sigue siendo una gran cantidad de dispositivos en el contexto de un hogar inteligente.
Las redes Wi-Fi generalmente admiten alrededor de 32 dispositivos, mientras que Bluetooth admite mucho menos alrededor de 7.
Otra razón para que muchas empresas se unan a Zigbee es lo barato que es implementarlo. En comparación con Bluetooth y Wi-Fi, ambos muy complejos, Zigbee es una tecnología muy simple y fácil de usar.
También es de código abierto, lo que lo hace aún más barato para las empresas que lo usan, ya que no tienen que pagar tarifas de licencia o regalías.
Zigbee también es muy seguro.
Utiliza algoritmos criptográficos AES para el cifrado y la autenticación de datos; lo mismo que lo que usan los bancos, para que sepa que hace un gran trabajo en la protección de datos.
Como puede ver, hay muchos beneficios que Zigbee proporciona no solo a las empresas que utilizan la tecnología para fabricar sus dispositivos domésticos inteligentes, sino también a nosotros como consumidores.
El hecho de que Zigbee sea fácil y más barato de implementar significa menores costos para nosotros cuando compramos nuestro equipo para el hogar inteligente.
| Wi-Fi | Bluetooth | Zigbee | |
| Velocidad De Datos | 11 Mbps | 1 Mbps | 250 Kbps |
| Tiempo para Unirse a la Red | 3 segundos | 10 segundos | 30 milisegundos |
| Número de Dispositivos Soportados | 32 | 7 | 240 |
Lo del Uso de los Dispositivos Zigbee?
Como mencioné anteriormente en el artículo, Zigbee formó una alianza de empresas que se han suscrito para usar el protocolo cuando diseñan y fabrican sus productos.
La alianza ahora cuenta con más de 400 miembros y entre ellos, han producido más de 2.500 productos individuales que funcionan con Zigbee.
Mira el sitio de Zigbee Alliance y verás a todos los grandes jugadores en el juego de hogar inteligente como Samsung con su línea de dispositivos SmartThings, Yale, Philips Hue, IKEA, Amazon Echo, Tuya y muchos más.
Puede ver a todos los miembros de Zigbee Alliance aquí para ver que sus dispositivos domésticos inteligentes existentes son compatibles con Zigbee.
Estos son algunos de los dispositivos domésticos inteligentes más conocidos que puede que ya posea y que han sido certificados para funcionar con el protocolo Zigbee:
- Sensor Multipropósito SmartThings
- Philips Hue
- Cerraduras inteligentes de Yale
- Amazon Echo Show
- Honeywell Home Energy Manager
- Sensor de temperatura y humedad Tuya
- Termostato inteligente Ecobee
¿Debería Importarle Zigbee?
La pregunta que probablemente te estés preguntando ahora es si debes preocuparte por Zigbee. Es absolutamente crítico que todos los dispositivos de su hogar inteligente funcionen con Zigbee y debe olvidarse de todos los dispositivos que solo usan Wi-Fi.
No creo que tenga que preocuparse demasiado por si sus dispositivos están utilizando Zigbee o un protocolo diferente.
Sin duda, la vida sería un poco más fácil si todos utilizaran el mismo protocolo, pero en realidad, eso es muy difícil de lograr, especialmente con la gran cantidad de dispositivos diferentes que existen y que están siendo producidos por diferentes compañías.
Si solo quieres que todo funcione con un dispositivo Alexa o Google y no quieres la complicación añadida de un concentrador inteligente, como la mayoría de nosotros, estarás bien usando una combinación de dispositivos Wi-Fi y Zigbee.
Si desea el control local que viene con un concentrador, los dispositivos que funcionan con Zigbee serán su opción preferida.