ZigBee é um protocolo de alto nível que permite a comunicação de equipamentos pessoais ou domésticos equipados com pequenos rádios transmissores de baixo consumo; é baseado no padrão 802.15.4 IEEE para redes de dimensão pessoal ( Wireless Personal Area Networks : WPAN).
Ratificado em 14 de dezembro de 2004, As especificações ZigBee 1.0 estão disponíveis nos membros da comunidade da indústria ZigBee Alliance.
Esta tecnologia visa a comunicação em curtas distâncias, como a que já oferece a tecnologia Bluetooth , sendo mais barata e simples. Como exemplo, os nós ZigBee clássicos requerem cerca de 10% do código necessário para configurar nós Bluetooth ou redes sem fio , e os nós ZigBee mais básicos podem cair para 2%.
Em 2006, uma estimativa do custo unitário para um nó ZigBee revelou um preço de $ 1,10 por unidade em uma produção em massa. Adicione o preço do microcontrolador que controla o circuito, o que aumenta um pouco o preço. A título de comparação, a tecnologia Bluetooth , lançada em 1998, anunciou na época um preço de produção unitário entre US $ 4 e US $ 6 , que posteriormente caiu para menos de US $ 3.
| Característica | Zigbee | Bluetooth de baixa energia | Bluetooth | Sem fio | Z-Wave |
|---|---|---|---|---|---|
| IEEE | 802.15.4 | 802.15.1 (BT 1.x) | 802.11a / b / g / n / ac | ||
| Requisitos de memória | 4-32 kb | 250 kb + | 1 MB + | ||
| Vida da bateria | Anos | Anos | Mês | Dias | |
| Número de nós | 65.000+ | ilimitado | 255 | 256+ | |
| Velocidade de transferência | 20-250 kb / s | 1 Mb / s | 1-3 Mb / s | 11-54-108-320-1000 Mb / s | 9 a 100 kbit / s |
| Alcance (aprox) | 10 m | 10 m | 10 m | 10m (802.11a) a> 300m (802.11b) | 50 m |
A especificação inicial do ZigBee propõe um protocolo lento com um raio de ação relativamente pequeno, mas com confiabilidade bastante alta; seu preço de custo é baixo e o consumo consideravelmente reduzido.
Este protocolo é, portanto, encontrado em “ambientes de bordo” onde o consumo é um critério de seleção. A automação residencial e os vários sensores e controles remotos que implementa apreciam particularmente este protocolo de booming, cuja rede mesh é configurada automaticamente de acordo com a adição ou remoção de nós. ZigBee também é encontrado em controles industriais, aplicações médicas, detectores de fumaça e intrusão e no controle remoto freebox v6 .
Os nós são projetados para operar por vários meses (até dez anos para o mais econômico) em total autonomia graças a uma bateria simples de 1,5 V.
O protocolo 802.15.4 usado por ZigBee define 3 bandas de frequência utilizáveis:
| Enfaixado | Disponibilidade | Número de canais | Velocidade teórica máxima |
|---|---|---|---|
| 868 MHz | Europa | 1 | 20 kbit / s |
| 915 MHz | Américas e Austrália | 10 | 40 kbit / s |
| 2,4 GHz | Disponível em qualquer lugar | 16 | 250 kbit / s |
Um protocolo de comunicação deve ter uma estrutura operacional. Assim, o IEEE define no padrão IEEE 802.15.4 as camadas inferiores (física e mac ) do protocolo ZigBee.
Para obter um conjunto de trabalho, é necessário implementar ainda mais as camadas de nível superior (rede e aplicativo) que não são padronizadas pelo IEEE. Uma rede ZigBee pode, portanto, operar, em teoria, em vários meios de transmissão, mas na prática encontramos o protocolo implementado apenas para o meio 802.15.4. Esta é a ZigBee Alliance que lida com esta parte do protocolo, fornecendo uma referência de pilha ( pilha em inglês). Isso é reservado para membros da aliança que devem implementá-lo em suas soluções.
Se você deseja configurar um dispositivo que pode se conectar a uma rede ZigBee, você se encontrará em uma das seguintes três situações:
Na camada de rede , o roteamento é direto ou indireto .
O roteamento é direto quando um dispositivo que deseja transmitir dados conhece o endereço de rede do destinatário. Este endereço é, portanto, transmitido no quadro para alcançar e agir no dispositivo planejado.
Caso contrário, o roteamento indireto ocorre quando um dispositivo não sabe o endereço do destinatário. Um roteador ou dispositivo do tipo coordenador PAN faz a conexão com o destinatário real de acordo com a tabela de roteamento e a tabela de descoberta de rota.
Um dispositivo que não possui os recursos de roteamento (ZED) deve rotear os dados seguindo o roteamento hierárquico (sobe na árvore).
A tabela de roteamento contém dados sobre os destinatários. Este é o endereço de destino da rota e o próximo dispositivo a ser alcançado para "chegar perto" do destinatário.
A tabela de descoberta de rota contém informações sobre as fontes da mensagem. Ele armazena o endereço original do dispositivo que fez a solicitação e o endereço do dispositivo que irá transmitir os dados como intermediário (entre a origem e o destino). Ele também contém os custos de transmissão entre a fonte para o nó atual e do nó para o destinatário. Ele pode, portanto, adaptar a rota para ser mais eficiente, atualizando os endereços a serem usados.
A escolha de uma rota, quando vários roteadores em paralelo retransmitem informações, é feita em relação ao roteador (ou coordenador) ao nível do segundo nó pelo menos. Durante a solicitação de criação da rota, a mesa receberá várias solicitações do mesmo endereço de origem. Em seguida, irá comparar os “custos” de transmissão para escolher o caminho com o menor custo.
O algoritmo de roteamento sugerido pela ZigBee Alliance para redes mesh é AODV ( Ad hoc On-Demand Vector Routing ). É um protocolo de roteamento denominado "reativo" : uma rota é estabelecida apenas mediante solicitação. A vantagem é que não carrega o tráfego.
O roteamento no nível do aplicativo é feito usando a tabela de links , contida no coordenador ou em um roteador.
Os links permitem criar links lógicos entre dispositivos de aplicação complementares e elementos finais (sensores). A tabela de links também permite associar vários atributos de dispositivos de saída a um atributo de um dispositivo de entrada ou vice-versa. A tabela de links é implementada no coordenador ZigBee. A escolha desse dispositivo vem do fato de que o coordenador ZigBee é necessário para a rede. O segundo interesse é, uma vez que o coordenador é fundamental para a rede, ele deve (em geral) ser abastecido pelo setor. Esses dois motivos significam que a tabela de links sempre estará acessível.
A tabela de links é baseada em três critérios padronizados pela ZigBee Alliance, descritos abaixo:
A tabela de links é a camada de aplicação que permite gerenciar a tabela de roteamento e a tabela de descoberta de rotas . É isso que permitirá associar a leitura de um sensor em um dispositivo a uma ação específica em outro dispositivo através de todas as camadas do protocolo ZigBee. É uma forma de simplificar o acesso quando a rede contém muitas ligações e dispositivos: o reconhecimento entre os dispositivos que comunicam é feito em relação às suas “famílias” (os perfis e clusters) e as suas qualidades (os atributos) comunas.
PerfilUm perfil é usado para criar um aplicativo interoperável e distribuído. Trata-se, portanto, de definir formatos de mensagem e processar ações para permitir que dispositivos solicitem e transmitam dados e saibam interpretá-los.
Os perfis são desenvolvidos por empresas para atender a necessidades específicas. Por exemplo, o primeiro perfil existente é feito para gerenciar lâmpadas e interruptores ( iluminação de controle residencial ). Este perfil permite seis tipos de troca de mensagens de controle.
Os perfis também possibilitam a criação de um padrão em torno de cada aplicativo para permitir a interoperabilidade dos sistemas.
GrupoOs clusters são associados a fluxos de dados de entrada ou saída. Os identificadores de cluster são exclusivos em um perfil. Os clusters permitem vincular dois dispositivos associando um cluster de entrada e um cluster de saída, supondo que eles pertençam ao mesmo perfil. Na verdade, dois dispositivos estão ligados se eles compartilham a mesma necessidade (lado do receptor) e o mesmo recurso (lado do transmissor). A tabela de ligação contém para cada cluster um identificador para defini-lo (em 8 bits) e o endereço dos dois dispositivos (origem e destino).
AtributoUm atributo define um sensor ou atuador. Este é o elemento que descreve com mais precisão o uso do dispositivo (por exemplo, um sensor de movimento, uma campainha, uma lâmpada, etc.).