| Artículos | 01 ENE 2006

ZigBee: ¿El nuevo competidor de Bluetooth?

José M. Huidobro.
La tecnología inalámbrica ZigBee facilita el concepto de informática ubicua en oficinas, hogares y vehículos, en competencia con otras alternativas, como Bluetooth. Su escasa velocidad se compensa con su bajo coste y su mayor alcance.

Bluetooth es una tecnología de comunicaciones inalámbrica que ha venido a reemplazar, en entornos de corta distancia, al anticuado sistema de comunicación por infrarrojos, mientras que Wi-Fi (IEEE 802.11) se utiliza en entornos algo más amplios pero que, típicamente, no superan los 300 metros. Además de estas dos tecnologías inalámbricas, y para confundir más a los usuarios, se está empezando a poner de moda otra, de corto alcance, denominada ZigBee (antes conocida como Home RF Lite), para la que se prevé un gran futuro. Previsiblemente, los módulos ZigBee serán los transmisores inalámbricos más baratos jamás producidos de forma masiva, con un coste estimado de alrededor de 2 euros (ahora es algo más del doble), e incorporarán una antena integrada, control de frecuencia y una pequeña batería.
El valor del nuevo estándar es que permitirá impulsar el concepto de informática ubicua en oficinas, hogares y vehículos. Aunque proporciona menos velocidad que Bluetooth y actualmente no admite voz ni vídeo, permite un mayor alcance, por lo que puede cubrir muchos de los huecos dejados por las otras tecnologías inalámbricas, siempre que los requisitos de ancho de banda para la transmisión de datos no sean muy elevados. Tales características pueden tener especial interés en las pequeñas y medianas empresas, cuyas oficinas ocupan la planta de un edificio (dentro del rango de cobertura) y donde el intercambio de datos es moderado.

Entornos de aplicación
Así, la tecnología ZigBee está indicada para aplicaciones como el seguimiento de productos (en competencia con RFID), monitorización médica de pacientes y cuidado personal, control de máquinas y herramientas y redes de sensores para el control industrial de plantas de proceso, así como para la automatización del hogar, control de energía y medioambiente. Otras aplicaciones de interés son como interfaz para teléfonos móviles, control de accesos, juguetes interactivos, conexión de electrodomésticos y periféricos de ordenadores (compitiendo en este caso con USB y FireWire inalámbricos), monitorización de los parámetros de un vehículo, localización de objetos, telemetría, etc.
En general, ZigBee resulta ideal para redes estáticas, escalables, con muchos dispositivos, pocos requisitos de ancho de banda y uso infrecuente, y dónde se requiera una duración muy prolongada de la batería. En ciertas condiciones y para determinadas aplicaciones puede ser una buena alternativa a otras tecnologías inalámbricas ya consolidadas en el mercado, como Wi-Fi y Bluetooth, aunque la falta del soporte de TCP/IP no lo hace adecuado, por si solo, para la interconexión de redes de comunicaciones IP. Por tanto, la introducción de ZigBee no acabará con otras tecnologías ya establecidas, sino que convivirá con ellas y encontrará sus propios nichos de aplicación. De hecho, según Wireless Data Research Group, el mercado de redes de baja potencia y baja velocidad superará los 6.000 millones de euros en el año 2007, si bien es probable que comience en áreas industriales como la automatización industrial y la domótica, antes que llegue a integrarse plenamente en las empresas.
Actualmente ZigBee se utiliza para enviar datos de medidas de temperatura, encendido/apagado de luces, control de procesos industriales o lectura de teclados inalámbricos. Utiliza las frecuencias de uso común (libres) de 900 MHz y 2,4 GHz enviando los datos a distancias de varias decenas de metros y alcanzando una velocidad de hasta 250 kbit/s (lo que no es mucho hoy en día), aunque pueden construirse redes en malla que cubran grandes superficies, ya que cada dispositivo ZigBee actúa de repetidor enviando la señal al siguiente, etc. Aunque funcionan con baterías, su autonomía es muy elevada, pudiendo ser de varios años, ya que están programados para que solo se despierten durante frecuencias de segundo para realizar la emisión/recepción.
También, por la propia comunicación entre dispositivos, con la tecnología ZigBee es posible determinar en qué ambiente se encuentra el usuario –por ejemplo, si está en su casa, en la oficina o en la calle–, detectando qué otros dispositivos se encuentran en su entorno, y actuar en consecuencia. Así, podría advertirnos si nos dejamos el maletín, las llaves o el teléfono móvil olvidado al salir de casa o de un restaurante, al peder el contacto con otros; o si nos lo están robando sin que nos demos cuenta.
Recientemente, se han presentado varios prototipos fabricados por la Alianza ZigBee, entidad dedicada a promocionar esta tecnología y garantizar la interoperabilidad entre dispositivos de distintos fabricantes mediante certificación, al igual que hace la Wi-Fi Alliance con las soluciones WLAN.

Características del estándar
La tecnología ZigBee está referenciada en el estándar IEEE 802.15.4, completado en mayo de 2003 y ratificado por la ZigBee Alliance a finales de 2004. El estándar IEEE solo contempla las capas física (PHY) y de acceso al medio (MAC), en las modalidades CSMA/CA y DSSS. Las capas superiores de red y seguridad han sido establecidas por la alianza ZigBee, mientras que la de aplicación corre a cargo de cada fabricante. La norma, basada en un protocolo de gran sencillez, provee un alto rendimiento en la transmisión de paquetes por radio y una alta inmunidad en ambientes con una baja relación señal/ruido, por lo que los dispositivos ZigBee son más robustos frente a interferencias que los que siguen los estándares Bluetooth o Wi-Fi. Así, en entornos agresivos radio-eléctricamente, como es la muy saturada banda de 2,4 GHz, ZigBee se comporta mucho mejor.
Con velocidades de 20, 40 y 250 kbit/s y un alcance en el rango de 10 a 75 m, ZigBee puede funcionar en las bandas ISM de 2,405-2,480 GHz (16 canales), 902-928 MHz (10 canales) y 868 MHz (1 canal), aunque la mayoría de fabricantes optarán por la primera, ya que puede ser usada en todo el mundo, mientras que las dos últimas sólo se aplican en Estados Unidos y Europa, respectivamente.
Una red ZigBee, con topología en estrella, árbol o malla, puede escalar hasta 65.536 nodos, agrupados en subredes de hasta 255 nodos (Bluetooth solo admite 8 nodos), lo que la hace más que suficiente para cubrir cualquier necesidad. En cualquiera de las subredes siempre existe un único nodo coordinador central (que puede actuar como un hub o un router), encargado de la adquisición de datos y gestión de rutas entre dispositivos. Éstos pueden tener funcionalidad completa o reducida. En este caso durante la mayor parte del tiempo, mantienen el transceiver ZigBee dormido con objeto de reducir el consumo al mínimo, pudiendo pasar al estado activo en menos de 15 milisegundos. El objetivo es que un sensor equipado con esta tecnología pueda ser alimentado con dos pilas AA un periodo de entre seis meses y dos años, aunque en la práctica se ha verificado que se podrán conseguir casi cinco años de duración en las aplicaciones de domótica y seguridad.

Ventajas
Pero lo lento y seguro tiene sus ventajas. Con las redes del tipo malla, tanto los mensajes co

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