ZIGBEE

 fecha: 23 mayo 2012 TRABAJO EDITADO POR: **Marla Glen M.**  MAPA MENTAL  
 * Julian Moreno**


 * VIDEO**: []

 ¿Qué es? – Motivos de invención – Historia ==== ZigBee es un estándar de comunicaciones inalámbricas diseñado por la ZigBee Alliance. Es un conjunto estandarizado de soluciones que pueden ser implementadas por cualquier fabricante. ZigBee está basado en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal (wireless personal área Newark, WPAN) y tiene como objetivo las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías. ====

ZigBee es un sistema ideal para redes domóticas, específicamente diseñado para reemplazar la proliferación de sensores/actuadores individuales. ZigBee fue creado para cubrir la necesidad del mercado de un sistema a bajo coste, un estándar para redes Wireless de pequeños paquetes deinformación, bajo consumo, seguro y fiable. 1998. - Las redes de la familia de ZigBee se conciben, al tiempo que se hizo claro que Wi-Fi y Bluetooth no serían soluciones válidas para todos los contextos. En concreto, se observó una necesidad de redes ad hoc inalámbricas. 2003. - El estándar IEEE 802.15.4 se aprueba en mayo. 2003. - En el verano, Philips Semiconductors puso fin a su inversión en redes de mallas. Philips Lighting ha perpetuado la participación de Philips, que sigue siendo un miembro prominente de la ZigBee Alliance. 2004. - ZigBee Alliance anunció en octubre una duplicación en su número de miembros en el último año a más de 100 compañías en 22 países. En abril de 2005 había más de 150 miembros corporativos, y más de 200 en diciembre del mismo año. 2004. - Se aprueba la especificación Zigbee el 14 de diciembre. 2005. - ZigBee 2004 se puso a disposición del público sin fines comerciales el 13 de junio en San Ramón, California. 2006. - “El precio de mercado de un transceptor compatible con ZigBee se acerca al dólar y el precio de un conjunto de radio, procesador y memoriaronda los tres dólares” (5). <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">2006. - En diciembre se publicó la actual revisión de la especificación. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">2007. - En Noviembre se publicó el perfil HOME AUTOMATION de la especificación. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Estructura** <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;"> <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Siguiendo el estándar del modelo de referencia OSI (8) (Open Systems Interconnection), en el gráfico, aparece la estructura de la arquitectura en capas. Las primeras dos capas, la física y la de acceso al medio MAC (9), son definidas por el estándar IEEE 802.15.4. Las capas superiores son definidas por la Alianza ZigBee y corresponden a las capas de red y de aplicación las cuales contienen los perfiles del uso, ajustes de la seguridad y la mensajería. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Los cometidos principales de la capa de red son permitir el correcto uso del subnivel MAC y ofrecer un interfaz adecuado para su uso por parte del nivel inmediatamente superior. Sus capacidades, incluyendo el ruteo, son las típicas de un nivel de red clásico. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Por una parte, la entidad de datos crea y gestiona las unidades de datos del nivel de red a partir del payload del nivel de aplicación y realiza el ruteo en base a la topología de la red en la que el dispositivo se encuentra. Por otra, las funciones de control del nivel controlan la configuración de nuevos dispositivos y el establecimiento de nuevas redes; puede decidir si un dispositivo colindante pertenece a la red e identifica nuevos routers y vecinos. El control puede detectar así mismo la presencia de receptores, lo que posibilita la comunicación directa y la sincronización a nivel MAC. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">La trama general de operaciones (GOF) es una capa que existe entre la de aplicaciones y el resto de capas. La GOF suele cubrir varios elementos que son comunes a todos los dispositivos, como el subdireccionamiento, los modos de direccionamientos y la descripción de dispositivos, como el tipo de dispositivo, potencia, modos de dormir y coordinadores de cada uno. Utilizando un modelo, la GOF especifica métodos, eventos, y formatos de datos que son utilizados para constituir comandos y las respuestas a los mismos. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">La capa de aplicación es el más alto definido por la especificación y, por tanto, la interfaz efectiva entre el nodo ZigBee y sus usuarios. En él se ubican la mayor parte de los componentes definidos por la especificación: tanto los objetos de dispositivo ZigBee (ZigBee device objects, ZDO) como sus procedimientos de control como los objetos de aplicación que se encuentran aquí. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;"> <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Características <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· ZigBee, también conocido como "HomeRF Lite", es una tecnología inalámbrica con velocidades comprendidas entre 20 kB/s y 250 kB/s. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Los rangos de alcance son de 10 m a 75 m. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Puede usar las bandas libres ISM (6) de 2,4 GHz (Mundial), 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU). <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Una red ZigBee puede estar formada por hasta 255 nodos los cuales tienen la mayor parte del tiempo el transceiver ZigBee dormido con objeto de consumir menos que otras tecnologías inalámbricas. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Un sensor equipado con un transceiver ZigBee pueda ser alimentado con dos pilas AA durante al menos 6 meses y hasta 2 años. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· La fabricación de un transmisor ZigBee consta de menos circuitos analógicos de los que se necesitan habitualmente. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Diferentes tipos de topologías como estrella, punto a punto, malla, árbol. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Acceso de canal mediante CSMA/CA(7) (acceso múltiple por detección de portadora con evasión de colisiones). <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Escalabilidad de red -- Un mejor soporte para las redes más grandes, ofreciendo más opciones de gestión, flexibilidad y desempeño. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Fragmentación -- Nueva capacidad para dividir mensajes más largos y permitir la interacción con otros protocolos y sistemas. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Agilidad de frecuencia -- Redes cambian los canales en forma dinámica en caso que ocurran interferencias. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Gestión automatizada de direcciones de dispositivos - El conjunto fue optimizado para grandes redes con gestión de red agregada yherramientas de configuración. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Localización grupal -- Ofrece una optimización adicional de tráfico necesaria para las grandes redes. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Puesta de servicio inalámbrico -- El conjunto fue mejorado con capacidades seguras para poner en marcha el servicio inalámbrico. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Recolección centralizada de datos -- El conjunto fue sintonizado específicamente para optimizar el flujo de información en las grandes redes. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Ventajas <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Ideal para conexiones punto a punto y punto a multipunto <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Diseñado para el direccionamiento de información y el refrescamiento de la red. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Opera en la banda libre de ISM 2.4 Ghz para conexiones inalámbricas. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Óptimo para redes de baja tasa de transferencia de datos. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Alojamiento de 16 bits a 64 bits de dirección extendida. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Reduce tiempos de espera en el envío y recepción de paquetes. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Detección de Energía (ED). <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Baja ciclo de trabajo - Proporciona larga duración de la batería. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Soporte para múltiples topologías de red: Estática, dinámica, estrella y malla. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Hasta 65.000 nodos en una red. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· 128-bit AES de cifrado - Provee conexiones seguras entre dispositivos. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Son más baratos y de construcción más sencilla. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Desventajas <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· La tasa de transferencia es muy baja. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Solo manipula textos pequeños comparados con otras tecnologías. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Zigbee trabaja de manera que no puede ser compatible con bluetooth en todos sus aspectos porque no llegan a tener las mismas tasas de transferencia, ni la misma capacidad de soporte para nodos. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Tiene menor cobertura porque pertenece a redes inalámbricas de tipo WPAN. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Tipos de Dispositivos** <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Se definen tres tipos distintos de dispositivo ZigBee según su papel en la red: <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Coordinador ZigBee (ZigBee Coordinator, ZC)**: El tipo de dispositivo más completo. Debe existir uno por red. Sus funciones son las de encargarse de controlar la red y los caminos que deben seguir los dispositivos para conectarse entre ellos, requiere memoria y capacidad de computación. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Router ZigBee (ZigBee Router, ZR)**:Interconecta dispositivos separados en la topología de la red, además de ofrecer un nivel de aplicación para la ejecución de código de usuario. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Dispositivo final (ZigBee End Device, ZED)**:Posee la funcionalidad necesaria para comunicarse con su nodo padre (el coordinador o un router), pero no puede transmitir información destinada a otros dispositivos. De esta forma, este tipo de nodo puede estar dormido la mayor parte del tiempo, aumentando la vida media de sus baterías. Un ZED tiene requerimientos mínimos de memoria y es por tanto significativamente más barato. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;"> <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Funcionalidad** <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Basándose en su funcionalidad, puede plantearse una segunda clasificación: <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Dispositivo de funcionalidad completa (FFD):También conocidos como nodo activo. Es capaz de recibir mensajes en formato 802.15.4. Gracias a la memoria adicional y a la capacidad de computar, puede funcionar como Coordinador o Router ZigBee, o puede ser usado en dispositivos de red que actúen de interfaces con los usuarios. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Dispositivo de funcionalidad reducida (RFD):También conocido como nodo pasivo. Tiene capacidad y funcionalidad limitadas con el objetivo de conseguir un bajo coste y una gran simplicidad. Básicamente, son los sensores/actuadores de la red. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Un nodo ZigBee (tanto activo como pasivo) reduce su consumo gracias a que puede permanecer dormido la mayor parte del tiempo (incluso muchos días seguidos). Cuando se requiere su uso, el nodo ZigBee es capaz de despertar en un tiempo ínfimo, para volverse a dormir cuando deje de ser requerido. Un nodo cualquiera despierta en aproximadamente 15 ms. Además de este tiempo, se muestran otras medidas de tiempo de funciones comunes: <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Nueva enumeración de los nodos esclavo (por parte del coordinador): aproximadamente 30 ms. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">· Acceso al canal entre un nodo activo y uno pasivo: aproximadamente 15 ms. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">

<span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Topología** <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;"> <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">La capa de red soporta múltiples configuraciones de red incluyendo estrella, árbol, punto a punto y rejilla (malla). <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">En la configuración en estrella, uno de los dispositivos tipo FFD asume el rol de coordinador de red y es responsable de inicializar y mantener los dispositivos en la red. Todos los demás dispositivos zigbee, conocidos con el nombre de dispositivos finales, hablan directamente con el coordinador. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">En la configuración de rejilla, el coordinador ZigBee es responsable de inicializar la red y de elegir los parámetros de la red, pero la red puede ser ampliada a través del uso de routers ZigBee. El algoritmo de encaminamiento utiliza un protocolo de pregunta-respuesta (request-response) para eliminar las rutas que no sean óptimas, La red final puede tener hasta 254 nodos. Utilizando el direccionamiento local, se puede configurar una red de más de 65000 nodos (216). <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;"> <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Para la topología punto a punto, existe un solo FFD Coordinador. A diferencia con la topología estrella, cualquier dispositivo puede comunicarse con otro siempre y cuando estén en el mismo rango de alcance circundante. Las aplicaciones orientadas para el monitoreo y control de procesos industriales, redes de sensores inalámbricos, entre otros, son ampliamente usados por estas redes. Proveen confiabilidad en el enrutamiento de datos (multipath routing). <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;"> <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">La topología de árbol es un caso especial de topología de conexión punto a punto, en la cual muchos dispositivos son FFDs y los RFD pueden conectarse como un nodo único al final de la red. Cualquiera de los FFDs restantes pueden actuar como coordinadores y proveer servicios de sincronización hacia otros dispositivos o coordinadores. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Tipos de Tráfico de Datos** <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">ZigBee/IEEE 802.15.4 dirige tres tipos de tráfico típicos: <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">1. Cuando el dato es periódico: La aplicación dicta la proporción, el sensor se activa, chequea los datos y luego desactiva. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">2. Cuando el dato es intermitente: La aplicación, u otro estímulo, determina la proporción, como en el caso de los detectores de humo. El dispositivo necesita sólo conectarse a la red cuando la comunicación se hace necesaria. Este tipo habilita el ahorro óptimo en la energía. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">3. Cuando el dato es repetitivo: La proporción es a priori fija. Dependiendo de las hendeduras de tiempo repartidas, los dispositivos operan para las duraciones fijas. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Seguridad** <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">La seguridad de las transmisiones y de los datos son puntos clave en la tecnología ZigBee. ZigBee utiliza el modelo de seguridad de la subcapa MAC IEEE 802.15.4, la cual especifica 4 servicios de seguridad. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Control de accesos: El dispositivo mantiene una lista de los dispositivos comprobados en la red. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Datos Encriptados: Los cuales usan una encriptación con un código de 128 bits. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Integración de tramas: Protegen los datos de ser modificados por otros. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Secuencias de refresco: Comprueban que las tramas no han sido reemplazadas por otras. El controlador de red comprueba estas tramas de refresco y su valor, para ver si son las esperadas. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Modelo básico de seguridad. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Las claves son la base de la arquitectura de seguridad y, como tal, su protección es fundamental para la integridad del sistema. Las claves nunca deben transportarse utilizando un canal inseguro, si bien existe una excepción momentánea que se da en la fase inicial de la unión de un dispositivo desconfigurado a una red. La red ZigBee debe tener particular cuidado, pues una red ad hoc (12) puede ser accesible físicamente a cualquier dispositivo externo y el entorno de trabajo no se puede conocer de antemano. Las aplicaciones que se ejecutan en concurrencia utilizando el mismo transceptor deben, así mismo, confiar entre sí, ya que por motivos de coste no se asume la existencia de un cortafuegos entre las distintas entidades del nivel de aplicación. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Los distintos niveles definidos dentro de la pila de protocolos no están separados criptográficamente, por lo se necesitan políticas de acceso, que se asumen correctas en su diseño. Este modelo de confianza abierta (open trust) posibilita la compartición de claves disminuyendo el coste de forma significativa. No obstante, el nivel que genera una trama es siempre el responsable de su seguridad. Todos los datos de las tramas del nivel de red han de estar cifradas, ya que podría haber dispositivos maliciosos, de forma que el tráfico no autorizado se previene de raíz. De nuevo, la excepción es la transmisión de la clave de red a un dispositivo nuevo, lo que dota a toda la red de un nivel de seguridad único. También se posible utilizar criptografía en enlaces punto a punto. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Arquitectura de seguridad. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">ZigBee utiliza claves de 128 bits en sus mecanismos de seguridad. Una clave puede asociarse a una red (utilizable por los niveles de ZigBee y el subnivel MAC) o a un enlace. Las claves de enlace se establecen en base a una clave maestra que controla la correspondencia entre claves de enlace. Como mínimo la clave maestra inicial debe obtenerse por medios seguros (transporte o preinstalación), ya que la seguridad de toda la red depende de ella en última instancia. Los distintos servicios usarán variaciones unidireccionales (one-way) de la clave de enlace para evitar riesgos de seguridad. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Es claro que la distribución de claves es una de las funciones de seguridad más importantes. Una red segura encarga a un dispositivo especial la distribución de claves: el denominado centro de confianza (trust center). En un caso ideal los dispositivos llevarán precargados de fábrica la dirección del centro de confianza y la clave maestra inicial. Si se permiten vulnerabilidades momentáneas, se puede realizar el transporte como se ha descrito. Las aplicaciones que no requieran un nivel especialmente alto de seguridad utilizarán una clave enviada por el centro de confianza a través del canal inseguro transitorio. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Por tanto, el centro de confianza controla la clave de red y la seguridad punto a punto. Un dispositivo sólo aceptará conexiones que se originen con una clave enviada por el centro de confianza, salvo en el caso de la clave maestra inicial. La arquitectura de seguridad está distribuida entre los distintos niveles de la siguiente manera: <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">El subnivel MAC puede llevar a cabo comunicaciones fiables de un solo salto. En general, utiliza el nivel de seguridad indicado por los niveles superiores. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">El nivel de red gestiona el ruteo, procesando los mensajes recibidos y pudiendo hacer broadcast de peticiones. Las tramas salientes usarán la clave de enlace correspondiente al ruteo realizado, si está disponible; en otro caso, se usará la clave de red. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">El nivel de aplicación ofrece servicios de establecimiento de claves al ZDO y las aplicaciones, y es responsable de la difusión de los cambios que se produzcan en sus dispositivos a la red. Estos cambios podrían estar provocados por los propios dispositivos (un cambio de estado sencillo) o en el centro de confianza, que puede ordenar la eliminación de un dispositivo de la red, por ejemplo. También encamina peticiones de los dispositivos al centro de seguridad y propaga a todos los dispositivos las renovaciones de la clave de red realizadas por el centro. El ZDO mantiene las políticas de seguridad del dispositivo.

<span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Aplicaciones <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Los protocolos ZigBee están definidos para su uso en aplicaciones embebidas con requerimientos muy bajos de transmisión de datos y consumo energético. Se pretende su uso en aplicaciones de propósito general con características auto organizativas y bajo coste (redes en malla, en concreto). Puede utilizarse para realizar control industrial, albergar sensores empotrados, recolectar datos médicos, ejercer labores de detección de humo o intrusos o domótica. La red en su conjunto utilizará una cantidad muy pequeña de energía de forma que cada dispositivo individual pueda tener una autonomía de hasta 5 años antes de necesitar un recambio en su sistema de alimentación. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;"> <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Futuro del Zigbee** <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Se espera que los módulos ZigBee sean los transmisores inalámbricos más baratos de la historia, y además producidos de forma masiva. Tendrán un coste aproximado de alrededor de los 6 euros, y dispondrán de una antena integrada, control de frecuencia y una pequeña batería. Ofrecerán una solución tan económica porque la radio se puede fabricar con muchos menos circuitos analógicos de los que se necesitan habitualmente.

<span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Referencias** <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(1) Marca Registrada por ZigBee Alliance. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(2) IEEE corresponde a las siglas de The Institute of Electrical and Electronics Engineers, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, una asociación técnico-profesional mundial cuyo trabajo es promover la creatividad, el desarrollo y la integración, compartir y aplicar los avances en las tecnologías de la información, electrónica y ciencias en general para beneficio de la humanidad y de los mismos profesionales. - http://es.wikipedia.org/wiki/Computer_Society <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(3) Bluetooth es una especificación industrial para Redes Inalámbricas de Área Personal (WPANs) que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia segura y globalmente libre (2,4 GHz.). <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://es.wikipedia.org/wiki/Bluetooth <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(4) El término domótica proviene de la unión de las palabras domus (que significa casa en latín) y tica (de automática, palabra en griego, 'que funciona por sí sola'). Es el conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://es.wikipedia.org/wiki/Dom%C3%B3tica <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(5) Adams, Jon; Bob Heile (2005-10). Busy as a ZigBee. [IEEE]. Compare with Other Technologies. Bluetooth SIG. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(6) ISM (Industrial, Scientific and Medical) son bandas reservadas internacionalmente para uso no comercial de radiofrecuencia electromagnética en areas industrial, científica y médica. - http://es.wikipedia.org/wiki/Banda_ISM <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(7) Es un protocolo de control de redes de bajo nivel que permite que múltiples estaciones utilicen un mismo medio de transmisión. Cada equipo anuncia opcionalmente su intención de transmitir antes de hacerlo para evitar colisiones entre los paquetes de datos. En lugar de transmitir se espera un tiempo aleatorio adicional corto y si, tras ese corto intervalo el medio sigue libre, se procede a la transmisión reduciendo la probabilidad de colisiones en el canal. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://es.wikipedia.org/wiki/Carrier_sense_multiple_access_with_collision_avoid ance <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(8) El modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI, Open System Interconnection) lanzado en 1984 fue el modelo de red descriptivo creado por ISO; esto es, un marco de referencia para la definición de arquitecturas de interconexión de sistemas de comunicaciones. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_de_aplicaci%C3%B3n#Capa_de_aplicaci.C3.B3n_.28Capa_7.29 <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(9) Define la subcapa de control de acceso al medio según el Modelo de Referencia OSI. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Control_de_Acceso_al_Medio&redirect=no <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(10) Es un envío de información desde un único emisor a un único receptor. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://es.wikipedia.org/wiki/Unicast <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(11) Broadcast, en castellano difusión, es un modo de transmisión de información donde un nodo emisor envía información a una multitud de nodos receptores de manera simultánea, sin necesidad de reproducir la misma transmisión nodo por nodo. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://es.wikipedia.org/wiki/Broadcast_(Sobre_IP) <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">(12) En redes de comunicación, dicha expresión hace referencia a una red (especialmente inalámbrica) en la que no hay un nodo central, sino que todos los ordenadores están en igualdad de condiciones. Ad hoc es el modo más sencillo para el armado de una red. Sólo se necesita contar con 2 placas o tarjetas de red inalámbricas (de la misma tecnología). - http://es.wikipedia.org/wiki/Ad_hoc

<span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">**Bibliografía (Web grafía)**
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">ZigBee Alliance Web site
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">El Zumbido de las Abejas, ZIGBEE
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://www.osiriszig.com/content.aspx?co=15&t=21&c=2
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Zigbee
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://www.casadomo.com/noticiasDetalle.aspx?c=28&id=2200
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">ZigBee
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://es.wikipedia.org/wiki/ZigBee
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">ZigBee (especificación)
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://es.wikipedia.org/wiki/ZigBee_(especificaci%C3%B3n)
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Comparing WLAN and ZigBee for embedded applications
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://rfdesign.com/next_generation_wireless/who-needs-zigbee/
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Architecture (Arquitectura)
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://www.tutorial-reports.com/wireless/zigbee/zigbee-architecture.php
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">ZigBee Characteristics (Características Zigbee)
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://www.tutorial-reports.com/wireless/zigbee/zigbee-characterstics.php
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Network Model (Modelo de Red)
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://www.tutorial-reports.com/wireless/zigbee/zigbee-network-model.php
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">Traffic Types (Tipos de Tráfico)
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://www.tutorial-reports.com/wireless/zigbee/zigbee-traffic-types.php
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">ZigbeeCongresoNov2006_UFT (PDF) - Experimento Realizado
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://hispabyte.net/foro/index.php?action=dlattach;topic=19490.0;attach=578
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">BlueTooth_Zigbee (PDF)
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://www.acis.org.co/memorias/JornadasTelematica/IIJNT/BlueTooth_Zigbee.pdf
 * <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: justify;">http://www.monografias.com/trabajos61/zigbee-estandar-domotico-inmotica/zigbee-estandar-domotico-inmotica2.shtml

<span style="font-family: Arial,Helvetica,sans-serif;">**Tema**: Protocolo ZIGBEE <span style="font-family: Arial,Helvetica,sans-serif;"> **__Roles:__** <span style="font-family: Arial,Helvetica,sans-serif;"> **Lider**: Juan Pablo Palacio Guzman <span style="font-family: Arial,Helvetica,sans-serif;"> **Relator y Vigia del tiempo:** Juan Andrés Castaño González <span style="font-family: Arial,Helvetica,sans-serif;"> **Comunicador:** David Andrés Toro Garzón

1. ZIGBEE

 * ZigBee** es el nombre de la especificación de un conjunto de protocolos de alto nivel de comunicación inalámbrica para su utilización con radios digitales de bajo consumo, basada en el IEEE_802.15.4|IEEE 802.15.4 de WPAN|redes inalámbricas de área personal (//wireless personal area network//, WPAN|WPAN). Su objetivo son las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías.

En principio, el ámbito donde se prevé que esta tecnología cobre más fuerza es en domótica, como puede verse en los documentos de la ZigBee Alliance, en las referencias bibliográficas que se dan más abajo es el documento «ZigBee y Domótica». La razón de ello son sus diversas características importantes en este estándar que son su flexibilidad de red, bajos costos, bajo consumo de energía; este estándar se puede utilizar para muchas aplicaciones en el hogar que requieren una tasa baja en la transmisión de datos.
 * FIGURA 1. Posibles Aplicaiones en Domótica. [1]**


 * 2. ALGO DE HISTORIA**

La relación entre IEEE 802.15.4-2003 y ZigBee es parecida a la existente entre IEEE 802.11 y Wi-F Alliance. La especificación 1.0 de ZigBee se aprobó el 14 de diciembre de 2004 y está disponible a miembros del grupo de desarrollo (ZigBee Alliance). Un primer nivel de suscripción, denominado //adopter//, permite la creación de productos para su comercialización adoptando la especificación por 3500 dólares anuales. Esta especificación está disponible al público para fines no comerciales en la petición de descarga. La revisión actual de 2006 se aprobó en diciembre de dicho año [2].


 * 3. ESPECIFICACIONES DE FUNCIONAMIENTO**

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 10pt;">La especificación ZigBee RF4CE se basa en la tecnología de radio IEEE 802.15.4. MAC/PHY dentro de la banda de frecuencia sin licencia 2,4GHz, y permite operaciones a nivel global, un menor consumo energético y un tiempo de respuesta instantáneo[3].

ZigBee utiliza la banda ISM para usos industriales, científicos y médicos; en concreto, 868 MHz en Europa, 915 en Estados Unidos y 2,4 GHz en todo el mundo. Sin embargo, a la hora de diseñar dispositivos, las empresas optarán prácticamente siempre por la banda de 2,4 GHz, por ser libre en todo el mundo. El desarrollo de la tecnología se centra en la sencillez y el bajo costo más que otras redes inalámbricas semejantes de la familia WPAN, como por ejemplo Bluetooth. El nodo ZigBee más completo requiere en teoría cerca del 10% del hardware de un nodo Bluetooth o Wi-Fi típico; esta cifra baja al 2% para los nodos más sencillos. No obstante, el tamaño del código en sí es bastante mayor y se acerca al 50% del tamaño del de Bluetooth. Se anuncian dispositivos con hasta 128 kB de almacenamiento.

Rango de transmisión de datos 868 MHz: 20kb/s; 915 MHz: 40kb/s; 2.4 GHz: 250 kb/s. Alcance 10 – 20 m. Latency Abajo de los 15 ms. Canales 868/915 MHz: 11 canales. 2.4 GHz: 16 canales. Bandas de frecuencia Dos PHY: 868/915 MHz y 2.4 GHz. Direccionamiento Cortos de 8 bits o 64 bits IEEE Canal de acceso CSMA-CA y rasurado CSMA-CA Temperatura El rango de temperatura industrial: -40° a +85° C

Actualmente en el mundo se encuntra una alianza de varias compañias que estan patrocinando este estandar para la implementación en cuetiones de domotica, pueden obtener mayor información en paginas como la de Zigbee Alliance[4].
 * **Estándar** ||  || **Ancho de Banda** ||   || **Consumo de potencia** ||   || **Ventajas** ||   || **Aplicaciones** ||


 * Wi-Fi ||  || Hasta 54Mbps ||   || 400ma transmitiendo, 20ma en reposo ||   || Gran ancho de banda ||   || Navegar por Internet, redes de ordenadores, transferencia de ficheros ||


 * Bluetooth ||  || 1 Mbps ||   || 40ma transmitiendo, 0.2ma en reposo ||   || Interoperatividad, sustituto del cable ||   || Wireless USB, móviles, informática casera ||


 * ZigBee ||  || 250 kbps ||   || 30ma transmitiendo, 3ma en reposo ||   || Batería de larga duración, bajo coste ||   || Control remoto, productos dependientes de la batería, sensores, juguetería ||


 * Tabla 1: Comparativa de tecnologías Wireless [5]**


 * 3.1 DISPOSITIVOS**

Se definen tres tipos distintos de dispositivo ZigBee según su papel en la red: Como ejemplo de aplicación en Domótica, en una habitación de la casa tendríamos diversos Dispositivos Finales (como un interruptor y una lámpara) y una red de interconexión realizada con Routers ZigBee y gobernada por el Coordinador.[6]
 * //Coordinador ZigBee// (//ZigBee Coordinator//, ZC). El tipo de dispositivo más completo. Debe existir uno por red. Sus funciones son las de encargarse de controlar la red y los caminos que deben seguir los dispositivos para conectarse entre ellos.
 * //Router ZigBee// (//ZigBee Router//, ZR). Interconecta dispositivos separados en la topología de la red, además de ofrecer un nivel de aplicación para la ejecución de código de usuario.
 * //Dispositivo final// (//ZigBee End Device//, ZED). Posee la funcionalidad necesaria para comunicarse con su nodo padre (el coordinador o un router), pero no puede transmitir información destinada a otros dispositivos. De esta forma, este tipo de nodo puede estar dormido la mayor parte del tiempo, aumentando la vida media de sus baterías. Un ZED tiene requerimientos mínimos de memoria y es por tanto significativamente más barato.

3.2 Funcionalidad
Basándose en su funcionalidad, puede plantearse una segunda clasificación: Un nodo ZigBee (tanto activo como pasivo) reduce su consumo gracias a que puede permanecer dormido la mayor parte del tiempo (incluso muchos días seguidos). Cuando se requiere su uso, el nodo ZigBee es capaz de despertar en un tiempo ínfimo, para volverse a dormir cuando deje de ser requerido. Un nodo cualquiera despierta en aproximadamente 15 ms. Además de este tiempo, se muestran otras medidas de tiempo de funciones comunes:
 * //Dispositivo de funcionalidad completa// (FFD): También conocidos como nodo activo. Es capaz de recibir mensajes en formato 802.15.4. Gracias a la memoria adicional y a la capacidad de computar, puede funcionar como Coordinador o Router ZigBee, o puede ser usado en dispositivos de red que actúen de interface con los usuarios.
 * //Dispositivo de funcionalidad reducida// (RFD): También conocido como nodo pasivo. Tiene capacidad y funcionalidad limitadas (especificada en el estándar) con el objetivo de conseguir un bajo coste y una gran simplicidad. Básicamente, son los sensores/actuadores de la red.
 * Nueva enumeración de los nodos esclavo (por parte del coordinador): aproximadamente 30 ms.
 * Acceso al canal entre un nodo activo y uno pasivo: aproximadamente 15 ms.

<span style="font-family: Arial,Helvetica,sans-serif;">
 * FIGURA 2. Topologia de las redes zigbee.**


 * 4. SEGURIDAD [7]**

La seguridad en una red de dispositivos ZigBee se basa en claves de enlace y de red. En una comunicación por unicast entre pares de entidades APL la seguridad se basa en claves de 128bits entre los dos dispositivos. Por otro lado, la comunicación existente cuando es por broadcast, también las claves para la seguridad se establecen de 128bits entre todos los dispositivos de la red. Un dispositivo adquiere la clave de enlace mediante el transporte de clave, establecimiento de clave o dada en la preinstalación desde el fabricante. Por otro lado, para el establecimiento de la clave de red hay dos maneras: el transporte de clave y la preinstalación. Como se ha mostrado en apartados anteriores el establecimiento de clave se obteniendo previamente una clave de enlace basándose en una clave maestra. Esta clave maestra puede ser obtenida por el transporte de dicha clave o en fábrica. La clave de red tiene que ser usada por las capas MAC, NWK y APL de ZigBee. Las claves maestras y las de enlace solo pueden ser usadas en la subcapa APS, de hecho, las claves maestras y de enlace deben estar disponibles solo en la capa APL.
 * 4.1 Claves de Seguridad **

Las aplicaciones ZigBee se comunican usando el estandar de wireless IEEE 802.15.4 que especifica que hay dos capas, la capa física (PHY) y la capa de control de acceso al medio (MAC). ZigBee construye en estas capas una capa de red (NWK) y otra de aplicación (APL). La capa de MAC proporciona servicios de que permiten la fiabilidad y la comunicación directa entre dispositivos. La capa de red (NWK) proporciona enrutado y funciones de multi-hop que se puedan necesitar para crear cada una de las topologías que se necesiten como la de estrella, malla, árbol, etc. La capa APL incluye la subcapa de soporte de aplicación (APS), los ZDO y las aplicaciones. El ZDO es responsable de toda la gestión de dispositivos mientras que la capa APS proporciona el servicio necesario para los ZDO y las aplicaciones ZigBee.
 * 4.2 Arquitectura de Seguridad **


 * 5. Video Sobre Una red ZigBee, con 100 dispositivos [8]**

<span style="font-family: Arial,Helvetica,sans-serif;"> media type="youtube" key="bkH_kJ0_DVY" height="344" width="425"


 * 6. Desarrollos de la ZIGBEE Alliance**

ZigBee Health Care ZigBee Smart Energy ZigBee Building Automation ZigBee Home Automation


 * ZigBee RF4CE** se ha diseñado para sustituir los mandos a distancia por infrarrojos (IR) con radiofrecuencia (RF), lo que ofrece una operación sin línea de visión, un alcance superior y mayor vida de la batería para los dispositivos de electrónica de consumo (CE), como TVHD, equipo de cine en casa, decodificadores y otros equipos de audio[9].


 * 7. Mapa Conceptual**

<span style="font-family: Arial,Helvetica,sans-serif;">


 * 8. BIbliografía**

[1]. [] [2]. [] [4]. www.**zigbee**.org/imwp/idms/popups/pop_download.asp [3]. [|www.**zigbee**.org] [4]. [] [5]. [] [6]. [] [7]. [] [8]. [] [9]. [|www.**zigbee**.org]

Nota: Este tema será trabajado por Carlos Fernando López Y Ferdy Leandro Quiroz en el semestre 2011-2
Vídeo Introducción.

[] <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: left;"> Arquitectura

ZigBee es una pila de protocolos, que de manera similar al modelo OSI esta constituido por diferentes capas, las cuales son independientes una de la otra. En la figura 2 se muestran las diferentes capas que conforman la pila de protocolos para ZigBee.



Figura 2. Diferentes capas que conforman la pila de protocolos para ZigBee

· La capa de más bajo nivel es la capa física (PHY), que en conjunto con la capa de acceso al medio (MAC), brindan los servicios de transmisión de datos por el aire, punto a punto. Estas dos capas esta descritas en el estándar IEEE 802.15.4–2003.

El estándar trabaja sobre las bandas ISM de uso no regulado, dónde se definen hasta 16 canales en el rango de 2.4 GHz, cada una de ellas con un ancho de banda de 5 MHz. Se utilizan radios con un espectro de dispersión de secuencia directa, lográndose tasas de transmisión en el aire de hasta 250 Kbps en rangos que oscilan entre los 10 y 75 m, los cuales dependen bastante del entorno.

· La capa de red (NWK) tiene como objetivo principal permitir el correcto uso del subnivel MAC y ofrecer una interfaz adecuada para su uso por parte de la capa de aplicación. En esta capa se brindan los métodos necesarios para: iniciar la red, unirse a la red, enrutar paquetes dirigidos a otros nodos en la red, proporcionar los medios para garantizar la entrega del paquete al destinatario final, filtrar paquetes recibidos, cifrarlos y autentificarlos. Se debe tener en cuenta que el algoritmo de enrutamiento que se usa es el de enrutamiento de malla, el cual se basa en el protocolo Ad Hoc On-Demand Vector Routing – AODV. Cuando esta capa se encuentra cumpliendo la función de unir o separar dispositivos a través del controlador de red, implementa seguridad, y encamina tramas a sus respectivos destinos; además, la capa de red del controlador de red es responsable de crear una nueva red y asignar direcciones a los dispositivos de la misma. Es en esta capa en donde se implementan las distintas topologías de red que ZigBee soporta (árbol, estrella y mesh network).

· La siguiente capa es la de soporte a la aplicación que es el responsable de mantener el rol que el nodo juega en la red, filtrar paquetes a nivel de aplicación, mantener la relación de grupos y dispositivos con los que la aplicación interactúa y simplificar el envío de datos a los diferentes nodos de la red. La capa de Red y de soporte a la aplicación son definidas por la ZigBee Alliance.

· En el nivel conceptual más alto se encuentra la capa de aplicación que no es otra cosa que la aplicación misma y de la que se encargan los fabricantes. Es en esta capa donde se encuentran los ZDO (ZigBee Device Objects) que se encargan de definir el papel del dispositivo en la red, si el actuará como coordinador, ruteador o dispositivo final; la subcapa APS y los objetos de aplicación definidos por cada uno de los fabricantes.

Cada capa se comunica con sus capas subyacentes a través de una interfase de datos y otra de control, las capas superiores solicitan servicios a las capas inferiores, y éstas reportan sus resultados a las superiores. Además de las capas mencionadas, a la arquitectura se integran otro par de módulos: módulo de seguridad, que es quien provee los servicios para cifrar y autentificar los paquetes, y el módulo de administración del dispositivo ZigBee, que es quien se encarga de administrar los recursos de red del dispositivo local, además de proporcionar a la aplicación funciones de administración remota de red.

Empaquetamiento y Direccionamiento.

En ZigBee, el empaquetamiento se realiza en cuatro tipos diferentes de paquetes básicos, los cuales son: datos, ACK, MAC y baliza. En la figura 3 se muestra los campos de los cuatro tipos de paquetes básicos. El paquete de datos tiene una carga de datos de hasta 104 bytes. La trama esta numerada para asegurar que todos los paquetes llegan a su destino. Un campo nos asegura que el paquete se ha recibido sin errores. Esta estructura aumenta la fiabilidad en condiciones complicadas de transmisión.

La estructura de los paquetes ACK, llamada también paquete de reconocimiento, es dónde se realiza una realimentación desde el receptor al emisor, de esta manera se confirma que el paquete se ha recibido sin errores. Se puede incluir un tiempo de silencio entre tramas, para enviar un pequeño paquete después de la transmisión de cada paquete.

El paquete MAC, se utiliza para el control remoto y la configuración de dispositivos/nodos. Una red centralizada utiliza este tipo de paquetes para configurar la red a distancia.

El paquete baliza se encarga de “despertar” los dispositivos que “escuchan” y luego vuelven a “dormirse” si no reciben nada más. Estos paquetes son importantes para mantener todos los dispositivos y los nodos sincronizados, sin tener que gastar una gran cantidad de batería estando todo el tiempo encendidos.



Figura 3. Campos de los cuatro tipos de paquetes básicos de ZigBee.

Por otra parte, el direccionamiento es, a su vez, parte del nivel de aplicación. Un nodo está formado por un tranceptor de radio compatible con el estándar 802.15.4 dónde se implementan dos mecanismos de acceso al canal y una o más descripciones de dispositivo (colecciones de atributos que pueden consultarse o asignarse, o se pueden monitorizar por medio de eventos). El transceptor es la base del direccionamiento, mientras que los dispositivos dentro de un nodo se identifican por medio de un endpoint numerado entre 1 y 240.

Los dispositivos se direccionan empleando 64-bits y un direccionamiento corto opcional de 16 bits. El campo de dirección incluido en MAC puede contener información de direccionamiento de ambos orígenes y destinos (necesarios para operar punto a punto).

Este doble direccionamiento es usado para prevenir un fallo dentro de la red.

Los dos mecanismos de acceso al canal que se implementan en ZigBee corresponden para redes “con balizas” y “sin balizas”. Para una red “sin balizas”, un estándar ALOHA CSMA-CA envía reconocimientos positivos para paquetes recibidos correctamente. En esta red, cada dispositivo es autónomo, pudiendo iniciar una conversación, en la cual los otros pueden interferir. A veces, puede ocurrir que el dispositivo destino puede no oír la petición, o que el canal esté ocupado.

Este sistema se usa típicamente en los sistemas de seguridad, en los cuales sus dispositivos (sensores, detectores de movimiento o de rotura de cristales), duermen prácticamente todo el tiempo (el 99,999%). Para que se les tenga en cuenta, estos elementos se "despiertan" de forma regular para anunciar que siguen en la red. Cuando se produce un evento, el sensor "despierta" instantáneamente y transmite la alarma correspondiente. Es en ese momento cuando el coordinador de red, recibe el mensaje enviado por el sensor, y activa la alarma correspondiente. En este caso, el coordinador de red se alimenta de la red principal durante todo el tiempo.

En cambio, en una red “con balizas”, se usa una estructura de supertrama para controlar el acceso al canal, esta supertrama es estudiada por el coordinador de red para transmitir “tramas baliza” cada ciertos intervalos (múltiples cada de 15.38 ms hasta cada 52 s). Esta estructura garantiza el ancho de banda dedicado y bajo consumo. Este modo es más recomendable cuando el coordinador de red trabaja con una batería. Los dispositivos que conforman la red, escuchan a dicho coordinador durante el "balizamiento" (envío de mensajes a todos los dispositivos -broadcast-, enre 0,015 y 252 segundos). Un dispositivo que quiera intervenir, lo primero que tendrá que hacer es registrarse para el coordinador, y es entonces cuando mira si hay mensajes para el. En el caso de que no haya mensajes, este dispositivo vuelve a "dormir", y se despierta de acuerdo a un horario que ha establecido previamente el coordinador. En cuanto el coordinador termina el "balizamiento", vuelve a "dormirse".

Otro aspecto muy importante es la seguridad de las transmisiones y de los datos, los cuales son puntos clave en la tecnología ZigBee que utiliza el modelo de seguridad de la subcapa MAC IEEE 802.15.4, la cual especifica 4 servicios de seguridad:

· Control de accesos, el dispositivo mantiene una lista de dispositivos “comprobados” en la red.

· Datos encriptados, las cuales utilizan una encriptación con un código de 128 bits.

· Integración de tramas, para proteger los datos de ser modificados por otros.

· Secuencias de refresco, para comprobar que las tramas no han sido reemplazadas por otras. El controlador de red comprueba estas tramas de refresco y su valor, para ver si son las esperadas.



Figura 4. Seguridad en MAC

Áreas de Aplicación

El mercado para las redes ZigBee comprende una amplia variedad de aplicaciones. En la actualidad un gran número de las compañías que forman parte de la ZigBee Alliance se encuentran desarrollando productos que van desde electrodomésticos hasta teléfonos celulares, impulsando el área que más les interesa. En la figura 5 se presentan los grupos más dominantes de aplicaciones que están en la mira de ZigBee.

Hay que tener en cuenta que ZigBee está diseñado para aplicaciones que transmiten unos cuantos bytes esporádicamente, que es el caso de una aplicación para automatizar el hogar (domótica). Al usar esta tecnología no habría la necesidad de cablear los interruptores, los cuales podrían ser cambiados de un lugar a otro con plena libertad, pudiendo por ejemplo, prender o apagar las luces de tu casa a través de Internet o utilizando tu teléfono celular en cualquier momento.

Una de las área de aplicación que ha tomado fuerza, es la de los sistemas de medición avanzada, medidores de agua, luz y gas que forman parte de una red con otros dispositivos como displays ubicados dentro de las casas, que pueden monitorear el consumo de energía y no sólo eso, sino que también pueden interactuar con electrodomésticos o cualquier otro sistema eléctrico como bombas de agua o calefacción, con la finalidad de aprovechar mejor la energía. Zigbee goza de un importante respaldo para la gestión energética y para las soluciones de consumo eficiente por parte de la industria de los servicios públicos; y por parte de los patrocinadores de las redes energéticas inteligentes en varios países.

Otra área de aplicación prometedora es el rastreo de bienes, también está en la lista la identificación vehicular, nodos ubicados en vehículos que permiten identificar al vehiculo a distancia y descargar información que ha recopilado por un periodo de tiempo determinado, monitorización médica de pacientes y cuidado personal, control de máquinas y herramientas y redes de sensores para el control industrial de plantas de proceso. Este tipo de escenarios se encuentran al alcance de la tecnología actual. Las anteriores son sólo algunas de las múltiples aplicaciones que se le pueden dar a las redes en cuestión.



Figura 6. Grupos de aplicaciones que están en la mira de ZigBee.

En general, ZigBee resulta ideal para redes estáticas, escalables y 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. Según un estudio de la empresa analista West Technology Research Solutions (WTRS), en el año 2008 podrían existir más de 300 millones de nodos o dispositivos equipados con la tecnología ZigBee, sólo en el sector de la domótica. Por otro lado, la firma Harbor Research prevé que para el 2010 haya un rápido crecimiento en la fabricación de equipos ZigBee hasta el año 2010. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: left;"> <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: left;">Video ejemplo de aplicaciones con tecnología ZigBee. <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: left;"> <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: left;"> [] <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: left;"> <span style="display: block; font-family: Arial,Helvetica,sans-serif; text-align: left;">