¿Qué es Zigbee?
¿Qué es la tecnología Zigbee? Zigbee es una tecnología inalámbrica desarrollada como estándar abierto de conectividad en el mercado mundial para responder a las necesidades exclusivas de las redes de datos inalámbricas de bajo coste y bajo consumo IoT . Está diseñada para soportar comunicaciones inalámbricas, monitorización y control de dispositivos que funcionan con baterías y redes de sensores. Zigbee funciona según la especificación IEEE 802.15.4 y se utiliza ampliamente en domótica, recogida de datos médicos y sistemas de control industrial.
Historia de Zigbee
La idea de las redes malladas inalámbricas de bajo consumo surgió en la década de 1990. Sin embargo, fue a principios de la década de 2000 cuando se formó la Zigbee Alliance para redactar el protocolo Zigbee tras la ratificación de IEEE 802.15.4. Zigbee 2006 sustituyó la estructura de pares clave-valor de la pila de 2004 por una biblioteca de clústeres. En 2007, se introdujo Zigbee Pro con una nueva función de captación de energía. En 2021, Zigbee Alliance pasó a llamarse Connectivity Standards Alliance para reflejar su enfoque tecnológico más amplio.
El papel de Zigbee en IoT
La especificación es un protocolo basado en paquetes destinado a dispositivos y productos de bajo coste que funcionan con baterías. El protocolo Zigbee IoT permite a los dispositivos comunicar datos sin problemas en diversas topologías de red utilizando una energía extremadamente limitada. Gracias a Zigbee, los dispositivos de distintos fabricantes pueden comunicarse de forma compatible.
Zigbee Alliance (ahora Connectivity Standards Alliance)
Zigbee Alliance se creó específicamente para crear estándares para los dispositivosIoT que utilizan el protocolo de comunicación Zigbee. La misión de Zigbee Alliance apoya el desarrollo, la evolución y la promoción de estándares abiertos universales para que todos los dispositivos se comuniquen de forma segura. En la actualidad, la organización se conoce como Connectivity Standards Alliance y cuenta con más de 5.000 productos certificados Zigbee y 600 miembros.
Comparación entre Zigbee y DigiMesh
Tanto Zigbee como DigiMesh ofrecen ventajas únicas importantes para diferentes aplicaciones.
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Protocolo Zigbee
El protocolo Zigbee es una especificación inalámbrica abierta creada por la Zigbee Alliance que estandariza el modo en que las redes inalámbricas de baja potencia IoT pueden comunicarse de forma segura y fiable.
- Norma Zigbee: La Zigbee Alliance desarrolló el estándar Zigbee añadiendo una capa de red, una capa de seguridad y un marco de aplicación sobre el estándar IEEE 802.15.4.
- Zigbee 3.0: La especificación Zigbee Pro añade nuevas funciones, como la gestión de dispositivos infantiles, la mejora de la seguridad y nuevas opciones de topología de red.
Los dispositivos Zigbee forman a la perfección una red de malla, lo que permite una eficiente transmisión de datos a través de un nodo central conectado a una pasarela para el acceso remoto a Internet. Una aplicación Zigbee permite al usuario controlar dispositivos inteligentes desde cualquier lugar. Zigbee se basa en la capa física y la subcapa de control de acceso al medio definidas en la norma IEEE 802.15.4, que gestiona las operaciones de red de bajo nivel. La capa de red Zigbee gestiona la estructura, el enrutamiento y la seguridad de la red. La capa de aplicación incluye la subcapa de Soporte de Aplicación, los objetos del dispositivo Zigbee y las aplicaciones definidas por el usuario.
Ventajas del protocolo Zigbee 3.0
La normalización de la red Zigbee garantiza que todos los productos y servicios funcionen juntos. La norma combina pruebas, certificación, marca y marketing para apoyar el desarrollo y la venta de productos y soluciones interoperables.
El último protocolo Zigbee, el Zigbee Pro 2023, añade mejoras de seguridad y compatibilidad con bandas superiores a 2,4 GHz. La frecuencia de 800 MHz para Europa y la de 900 MHz para Norteamérica y Australia mejoran la intensidad y el alcance de la señal para un uso más amplio.
Las características de Zigbee incluyen:
- Flexibilidad: admite múltiples topologías de red, como redes punto a punto, punto a multipunto y de malla.
- Ciclo de trabajo bajo - Proporciona una larga vida a la batería
- Baja latencia - Puede transportar fácilmente los datos de los sensores con una latencia mínima.
- Escalabilidad: incluye espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) de hasta 65.000 nodos por red.
- Robustez - Emplea la evitación de colisiones, los reintentos y los acuses de recibo.
- Bajo consumo: los dispositivos Zigbee pueden funcionar durante varios años con una sola batería de bajo coste gracias al uso de una función de ahorro de energía llamada "modo de suspensión".
- Baja velocidad de transmisión de datos: con una velocidad de transmisión de datos de hasta 250 kbit/s, Zigbee es más adecuado para transmisiones intermitentes de datos de sensores o dispositivos.
- Seguridad - La seguridad de Zigbee utiliza encriptación AES de 128 bits, así como muchas técnicas de seguridad adicionales.
Seguridad inalámbrica Zigbee
La criptografía dentro de la especificación Zigbee se basa en el uso de claves de 128 bits y el estándar de cifrado AES. El cifrado, la integridad y la autenticación pueden aplicarse en las capas de aplicación, red y MAC para proteger las tramas en cada uno de esos niveles. Zigbee Pro 2023 ofrece funciones de seguridad mejoradas para proteger la red durante la incorporación y el funcionamiento de los dispositivos.
Compatibilidad de protocolos
Por diseño, Zigbee es compatible hacia atrás y hacia adelante para garantizar la interoperabilidad. Algunos dispositivos compatibles son Samsung SmartThings, Amazon Echo Plus y Echo Show, Belkin WeMo, Philips Hue, cerraduras inteligentes Yale y otros fabricantes que garantizan que sus productos son compatibles con nuevas funciones.
Función de actualización de software por aire (OTA)
La función de actualización de software Zigbee Over-the-Air (OTA) es un potente método que permite utilizar un único dispositivo para actualizar el firmware de todos los demás dispositivos de la red. Los fabricantes pueden utilizar este método para asegurarse de que los clientes ejecutan siempre la versión más reciente y segura, mejorar el firmware e incluso añadir funciones a los productos.
Aplicaciones inalámbricas comunes para Zigbee
Con baja latencia y compatibilidad con muchos dispositivos, Zigbee funciona bien para la automatización doméstica, el control industrial y las redes de sensores. Además, a los fabricantes les puede costar menos construir con Zigbee porque no hay que pagar licencias ni royalties. He aquí algunos casos de uso destacados:
Aplicaciones de tecnología verde: la malla Zigbee es una opción excelente para aplicaciones de tecnología verde, como parques solares y eólicos y redes de carga de vehículos eléctricos.
Hogar inteligente - En un hogar inteligente, una red Zigbee puede controlar luces, cerraduras de puertas, detectores de humo, ventiladores, electrodomésticos y mucho más. De hecho, Zigbee es empleado por la mayoría de los grandes proveedores de ecosistemas domésticos inteligentes, como Amazon Echo Plus, Samsung SmartThings y Signify (antes Philips Lighting). En todo el mundo hay cientos de millones de productos Zigbee en casas y edificios inteligentes.
Energía inteligente: los dispositivos Zigbee fabricados según las especificaciones Zigbee Pro 2023 ahora pueden compartir la misma red que los dispositivos de energía inteligente para mejorar el control y el uso de estos dispositivos.
Medicina - En un escenario médico, un paciente puede llevar sensores que recojan y comuniquen de forma inalámbrica a un hospital datos vitales como la frecuencia cardíaca, la presión arterial y los niveles de glucosa en sangre.
Automatización industrial: dentro de un edificio, Zigbee puede utilizarse para automatizar el control de la iluminación, la climatización, la seguridad y los sistemas de control de acceso.
Ejemplos de dispositivos Zigbee
Zigbee es un protocolo inalámbrico que utilizan desde dispositivos deIoT como bombillas, enchufes, clavijas, sensores de movimiento y otros dispositivos de domótica hasta sistemas inteligentes de energía, carga de vehículos eléctricos y control de edificios industriales que se comunican entre sí a través de una red. He aquí algunos ejemplos del amplio ecosistema de productos que utilizan Zigbee:
- Samsung SmartThings: Los dispositivos Samsung SmartThings como Outlets, Motion, Multipurpose y Arrival tienen chips Zigbee que pueden recibir y proporcionar información
- Dispositivos inteligentes Philips Hue: El puente Hue Bridge emplea Zigbee para conectarse a una red Wi-Fi y que los usuarios puedan controlar las luces inteligentes Philips Hue mediante la aplicación Philips Hue desde cualquier lugar con conexión a Internet.
- IKEA: la pasarela TRÅDFRI utiliza Zigbee para gestionar los productos inteligentes de IKEA a través de una app y mandos a distancia
- Amazon Echo: Los Amazon Echo Show y Echo Plus tienen hubs domésticos inteligentes integrados para controlar muchos dispositivos inteligentes Zigbee como bombillas, cerraduras de puertas, interruptores empotrados en la pared, sensores y enchufes
- Estaciones de carga para vehículos eléctricos de FLO: FLO construye redes de recarga de vehículos eléctricos utilizando módulos Digi XBee® Zigbee y pasarelas industriales
- Seguimiento solar Suntrac® de P4Q: P4Q Electronics integra módulos Zigbee Digi XBee en su tecnología de seguimiento solar Suntrack, que ajusta la posición de los paneles solares y permite a los clientes supervisar a distancia los campos de paneles solares en todo el mundo.
- Alumbrado público inteligente CityMesh® de Sicom: Esta red escalable de ciudades inteligentes incorpora módulos Zigbee Digi XBee , y controla miles de farolas y semáforos con mayor precisión y una mejor huella ecológica
Topología de red inalámbrica Zigbee
La topología de red es fundamental para las redes de comunicación, ya que dicta la disposición e interconexión de enlaces y nodos. En el contexto de Zigbee, hay tres tipos principales de topología de red: topología punto a punto, topología multipunto y topología de malla. Cada una de estas topologías influye en cómo se encaminan los mensajes y qué dispositivos se conectan.
Red Zigbee Mesh
La topología de malla Zigbee permite múltiples interconexiones entre dispositivos, lo que proporciona redundancia y robustez a la red. Las redes de malla están descentralizadas, lo que significa que cada nodo es capaz de autodescubrirse en la red. A medida que los nodos abandonan la red, los nodos reconfiguran las rutas de enrutamiento basándose en la nueva estructura de la red. La topología de malla y el encaminamiento ad hoc crean una mayor estabilidad en condiciones de oleaje cambiante o en caso de fallo en nodos individuales. En resumen, la malla es la topología más flexible y permite la autorreparación, que permite a una red reconfigurarse automáticamente si falla una conexión.
Punto a punto
La topología punto a punto es una red de sólo dos nodos. Aunque es más sencilla que la de punto a multipunto, la de punto a punto no es tan habitual en las aplicaciones de IoT . En esta topología, dos dispositivos Zigbee se comunican directamente entre sí. Aunque es más simple que punto a multipunto, punto a punto no es especialmente útil para las aplicaciones de IoT .
Punto a multipunto
Una red punto a multipunto o en estrella es una topología que utiliza un concentrador central para comunicarse con varios nodos finales. En esta topología, un dispositivo Zigbee se comunica con un grupo de dispositivos Zigbee.
Especificaciones Zigbee
| Zigbee Pro |
La especificación Zigbee Pro 2023 añade mejoras de seguridad y compatibilidad con bandas superiores a 2,4 GHz. La frecuencia de 800 MHz para Europa y la de 900 MHz para Norteamérica y Australia mejoran la intensidad y el alcance de la señal para un uso más amplio. |
| Zigbee RF4CE |
ZigBee RF4CE es un protocolo estándar de comunicación por radiofrecuencia sencillo pero robusto y de bajo coste para la electrónica de consumo. Su principal aplicación son los mandos a distancia, especialmente televisores, equipos de música y decodificadores. |
| Zigbee IP |
ZigBee IP es el primer estándar abierto basado en IPv6 para una solución completa de red mallada inalámbrica. Es una versión mejorada de Zigbee diseñada para controlar y conectar muchos dispositivos diferentes de baja potencia en una única red de control, lo que permite una integración perfecta con redes basadas en IP. |
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Más información
Más productos y recursos Zigbee
El protocolo Zigbee es uno de los estándares de conectividad más sólidos, seguros y económicos para dispositivos IoT . Con aplicaciones que van desde la automatización inteligente de viviendas y edificios comerciales hasta la gestión de la energía e incluso los dispositivos de monitorización de la salud, Zigbee sigue evolucionando para satisfacer las nuevas necesidades del mercado. Ahí es donde Digi puede ayudar. Digi es miembro de la Connectivity Standards Alliance y ha desarrollado soluciones integradas escalables basadas en el protocolo Zigbee. Las soluciones de Digi proporcionan funcionalidad para conectarse a una amplia gama de dispositivos y redes con sólidos estándares de conectividad. Explore más productos y recursos Zigbee para obtener más información sobre XBee y Zigbee.
Preguntas frecuentes sobre la tecnología Zigbee
¿En qué frecuencias funciona Zigbee?
Zigbee opera en la banda de frecuencia de 2,4 GHz en todo el mundo. En Europa también funciona en la banda de 868 MHz. En China, algunos dispositivos Zigbee utilizan la banda de 784 MHz.
¿Cuál es el alcance de Zigbee?
Debido a su bajo consumo, las distancias de transmisión oscilan entre 10 y 100 metros en línea de visión, dependiendo de la potencia de salida y las condiciones ambientales. Sin embargo, el alcance de Zigbee puede ampliarse a distancias mayores transmitiendo datos a través de una red mallada en la que los nodos individuales pueden funcionar como repetidores para transmitir datos a nodos más distantes.
¿Qué es un hub Zigbee?
Los tres términos, concentrador, coordinador y pasarela, son intercambiables en la práctica. Los dispositivos Zigbee se comunican entre sí a través de un concentrador Zigbee, que también suele llamarse coordinador o pasarela. Este coordinador se conecta a Internet a través de una conexión o enlace móvil, Wi-Fi o Ethernet. Un ejemplo de ello es nuestra pasarelaDigi XBee . El coordinador o hub conecta y controla todos los dispositivos Zigbee de la red.
¿Cómo funciona Zigbee?
El protocolo Zigbee normaliza la conectividad de dispositivos y productos de bajo coste que funcionan con pilas. El protocolo permite a los dispositivos enviar datos entre nodos organizados en una red mallada. Cuando un dispositivo Zigbee quiere enviar datos, primero comprueba si el canal está libre mediante el acceso múltiple con detección de portadora y evitación de colisiones (CSMA/CA). Si el canal está libre, el dispositivo transmite sus datos. Si el canal está ocupado, el dispositivo espera un tiempo de espera antes de intentar transmitir de nuevo. El protocolo de malla Zigbee ahorra energía a los dispositivos finales, de modo que las baterías pueden durar años antes de tener que cambiarlas.
¿Cuál es la diferencia entre Zigbee y DigiMesh?
Tanto Zigbee mesh como DigiMesh tienen excelentes características y capacidades que funcionan bien en diversos escenarios. Para obtener más información, consulta nuestro artículo técnico, que incluye una comparación de los dos métodos de red mallada.
¿Qué es mejor, Zigbee o Bluetooth?
Bluetooth® es un estándar inalámbrico de corto alcance diseñado para conexiones inalámbricas de bajo coste y bajo consumo. Bluetooth es útil para conectar electrodomésticos inteligentes, teléfonos inteligentes y dispositivos electrónicos como teclados, ratones de ordenador, impresoras, auriculares inalámbricos, etc. Ambos protocolos inalámbricos, Zigbee y Bluetooth, funcionan bien para comunicaciones locales en aplicaciones del Internet de las Cosas. Sin embargo, cada uno es útil en diferentes casos de uso IoT . Lo mejor de todo es que pueden trabajar juntos para crear aplicaciones extremadamente flexibles. De hecho, ambos protocolos pueden trabajar codo con codo. Esta capacidad está disponible en nuestros módulos Digi XBee 3 Zigbee: Bluetooth para la configuración de corto alcance y la resolución de problemas, y Zigbee para el protocolo de red en malla.
¿Cómo crear una red mallada Zigbee?
Una red mallada Zigbee se crea mediante un coordinador, un enrutador y un nodo final. (El coordinador crea la red y, a continuación, otros nodos pueden unirse a ella. Una vez creada la red, otros nodos pueden unirse a ella. Digi XCTU proporciona las herramientas necesarias para crear, probar e implantar redes malladas.