Hay tres clases de dispositivos Zigbee:

• Coordinador Zigbee (ZC): El dispositivo más capaz, el coordinador forma la raíz del árbol de red y puede hacer un puente a otras redes. Hay precisamente un coordinador Zigbee en cada red, ya que es el dispositivo que inició la red originalmente (la especificación Zigbee LightLink también permite el funcionamiento sin un coordinador Zigbee, lo que lo hace más útil para productos domésticos listos para usar). Almacena información sobre la red, lo que incluye actuar como centro de confianza y repositorio de claves de seguridad.
• Enrutador Zigbee (ZR): Además de ejecutar una función de aplicación, un enrutador puede actuar como un enrutador intermedio, pasando datos desde otros dispositivos.
• Dispositivo de extremo Zigbee (ZED): Contiene la funcionalidad suficiente para comunicarse con el nodo padre (ya sea el coordinador o un enrutador); no puede transmitir datos de otros dispositivos. Esta relación permite que el nodo permanezca dormido una cantidad significativa del tiempo, lo que le da una larga duración a la batería. Un ZED requiere la menor cantidad de memoria y, por lo tanto, puede ser menos costoso de fabricar que un ZR o ZC.

Los protocolos Zigbee actuales admiten redes habilitadas para balizas y no habilitadas para balizas. En redes no habilitadas para balizas, se utiliza un mecanismo de acceso a canales CSMA/CA no ranurado. En este tipo de red, los routers Zigbee normalmente tienen sus receptores activos continuamente, lo que requiere energía adicional. Sin embargo, esto permite redes heterogéneas en las que algunos dispositivos reciben de forma continua mientras que otros transmiten cuando es necesario. El ejemplo típico de una red heterogénea es un interruptor de luz inalámbrico: El nodo Zigbee en la lámpara puede recibir constantemente, ya que está alimentado de manera confiable por la fuente de alimentación de la lámpara, mientras que un interruptor de luz alimentado por batería permanecería dormido hasta que se encienda el interruptor. En cuyo caso, el interruptor se despierta, envía un comando a la lámpara, recibe un acuse de recibo y vuelve a dormir. En tal red, el nodo lamp será al menos un enrutador Zigbee, si no el coordinador Zigbee; el nodo de conmutación es típicamente un dispositivo final Zigbee. En las redes habilitadas para balizas, los routers Zigbee transmiten balizas periódicas para confirmar su presencia a otros nodos de red. Los nodos pueden dormir entre balizas, prolongando así la vida útil de la batería. Los intervalos de balizas dependen de la velocidad de datos; pueden variar de 15,36 milisegundos a 251,65824 segundos a 250 kbit/s, de 24 milisegundos a 393,216 segundos a 40 kbit/s y de 48 milisegundos a 786,432 segundos a 20 kbit/s. Los intervalos de balizas largos requieren una sincronización precisa, lo que puede ser costoso de implementar en productos de bajo costo.

En general, los protocolos Zigbee minimizan el tiempo que la radio está encendida, para reducir el uso de energía. En las redes de balizamiento, los nodos solo necesitan estar activos mientras se transmite una baliza. En redes no habilitadas para balizas, el consumo de energía es decididamente asimétrico: algunos dispositivos siempre están activos mientras que otros pasan la mayor parte del tiempo durmiendo.

Excepto para Smart Energy Profile 2.0, los dispositivos Zigbee deben cumplir con el estándar de Red de Área Personal Inalámbrica de baja velocidad (LR-WPAN) IEEE 802.15.4-2003. El estándar especifica las capas de protocolo inferiores: la capa física (PHY) y la parte de control de acceso a medios de la capa de enlace de datos. El modo de acceso de canal básico es el acceso múltiple con detección de portadoras con evitación de colisiones (CSMA / CA). Es decir, los nodos se comunican de una manera algo análoga a la forma en que los humanos conversan: un nodo comprueba brevemente para ver que otros nodos no están hablando antes de que comience. CSMA / CA no se utiliza en tres excepciones notables:

• Acuses de recibo de mensajes
• Las balizas se envían en un horario fijo.
• Los dispositivos en redes habilitadas para balizas que tienen requisitos de tiempo real de baja latencia también pueden usar franjas horarias garantizadas.

Capa de rededItar

Las funciones principales de la capa de red son permitir el uso correcto de la subcapa MAC y proporcionar una interfaz adecuada para su uso por la siguiente capa superior, es decir, la capa de aplicación. Sus capacidades y estructura son las típicamente asociadas a dichas capas de red, incluido el enrutamiento. La función de la capa de red es exactamente como suena; se ocupa de funciones de red como conectar, desconectar y configurar redes. Agregará una red, asignará direcciones y agregará y eliminará ciertos dispositivos. Esta capa hace uso de topologías de estrella, malla y árbol. Añade una interfaz a la capa de aplicación.

Por un lado, la entidad de datos crea y administra unidades de datos de capa de red a partir de la carga útil de la capa de aplicación y realiza el enrutamiento de acuerdo con la topología actual. Por otro lado, está el control de capas, que se utiliza para manejar la configuración de nuevos dispositivos y establecer nuevas redes: puede determinar si un dispositivo vecino pertenece a la red y descubre nuevos vecinos y enrutadores. El control también puede detectar la presencia de un receptor, lo que permite la comunicación directa y la sincronización de MAC.

El protocolo de enrutamiento utilizado por la capa de red es AODV. En AODV, para encontrar el dispositivo de destino, AODV transmite una solicitud de ruta a todos sus vecinos. A continuación, los vecinos transmiten la solicitud a sus vecinos y en adelante hasta que se llega al destino. Una vez que se llega al destino, envía su respuesta de ruta a través de transmisión unicast siguiendo la ruta de menor costo de regreso al origen. Una vez que la fuente reciba la respuesta, actualizará su tabla de enrutamiento para la dirección de destino del siguiente salto en la ruta y el costo de la ruta.

Capa de aplicacióneditar

La capa de aplicación es la capa de más alto nivel definida por la especificación y es la interfaz efectiva del sistema Zigbee para sus usuarios finales. Comprende la mayoría de los componentes añadidos por la especificación Zigbee: tanto ZDO como sus procedimientos de gestión, junto con los objetos de aplicación definidos por el fabricante, se consideran parte de esta capa. Esta capa enlaza tablas, envía mensajes entre dispositivos enlazados, administra direcciones de grupo, vuelve a ensamblar paquetes y también transporta datos. Es responsable de proporcionar servicio a los perfiles de dispositivos Zigbee.

Componentes principaleseditar

El ZDO (objeto de dispositivo Zigbee), un protocolo de la pila de protocolos Zigbee, es responsable de la administración general de dispositivos, las claves de seguridad y las políticas. Es responsable de definir el papel de un dispositivo como coordinador o dispositivo final, como se mencionó anteriormente, pero también para el descubrimiento de nuevos dispositivos (de un solo salto) en la red y la identificación de sus servicios ofrecidos. A continuación, puede establecer enlaces seguros con dispositivos externos y responder a las solicitudes de enlace en consecuencia.

La subcapa de soporte de aplicaciones (AP) es el otro componente estándar principal de la capa y, como tal, ofrece una interfaz y servicios de control bien definidos. Funciona como un puente entre la capa de red y los demás elementos de la capa de aplicación: mantiene tablas de enlace actualizadas en forma de base de datos, que se pueden utilizar para encontrar los dispositivos adecuados en función de los servicios que se necesitan y los que ofrecen los diferentes dispositivos. Como unión entre las dos capas especificadas, también enruta los mensajes a través de las capas de la pila de protocolos.

Comunicación modelsEdit

Zigbee de alto nivel del modelo de comunicación

Una aplicación puede consistir en la comunicación de objetos que cooperan para llevar a cabo las tareas deseadas. El enfoque de Zigbee es distribuir el trabajo entre muchos dispositivos diferentes que residen dentro de nodos Zigbee individuales que a su vez forman una red (dicho trabajo generalmente será en gran parte local para cada dispositivo, por ejemplo, el control de cada electrodoméstico).

La colección de objetos que forman la red se comunica utilizando las facilidades proporcionadas por APS, supervisadas por interfaces ZDO. El servicio de datos de capa de aplicación sigue una estructura típica de solicitud-confirmación / indicación-respuesta. Dentro de un solo dispositivo, pueden existir hasta 240 objetos de aplicación, numerados en el rango 1-240. 0 está reservado para la interfaz de datos ZDO y 255 para difusión; el rango 241-254 no está actualmente en uso, pero podría estarlo en el futuro.

Hay dos servicios disponibles para que los objetos de la aplicación los usen (en Zigbee 1.0):

• El servicio de par clave-valor (KVP) está diseñado para fines de configuración. Permite la descripción, solicitud y modificación de atributos de objeto a través de una interfaz sencilla basada en primitivas de getting/set y event, algunas de las cuales permiten una solicitud de respuesta. La configuración utiliza XML comprimido (se puede usar XML completo) para proporcionar una solución adaptable y elegante.
• El servicio de mensajes está diseñado para ofrecer un enfoque general del tratamiento de la información, evitando la necesidad de adaptar los protocolos de aplicación y los posibles gastos generales incurridos por KVP. Permite transmitir cargas útiles arbitrarias a través de marcos de puntos de acceso.el direccionamiento

también forma parte de la capa de aplicación. Un nodo de red consiste en un transceptor de radio conforme a 802.15.4 y una o más descripciones de dispositivos (básicamente colecciones de atributos que se pueden sondear o establecer, o que se pueden monitorear a través de eventos). El transceptor es la base para el direccionamiento, y los dispositivos dentro de un nodo se especifican mediante un identificador de extremo en el rango 1-240.

Comunicación y descubrimiento de dispositivoseditar

Para que las aplicaciones se comuniquen, los dispositivos que las componen deben utilizar un protocolo de aplicación común (tipos de mensajes, formatos, etc.); estos conjuntos de convenciones se agrupan en perfiles. Además, el enlace se decide haciendo coincidir los identificadores de clúster de entrada y salida, únicos dentro del contexto de un perfil dado y asociados a un flujo de datos entrante o saliente en un dispositivo. Las tablas de enlace contienen pares de origen y destino.

Dependiendo de la información disponible, la detección de dispositivos puede seguir diferentes métodos. Cuando se conoce la dirección de red, se puede solicitar la dirección IEEE mediante comunicación unicast. Cuando no lo es, las peticiones se transmiten (la dirección IEEE es parte de la carga útil de respuesta). Los dispositivos finales simplemente responderán con la dirección solicitada, mientras que un coordinador de red o un enrutador también enviarán las direcciones de todos los dispositivos asociados.

Este protocolo de detección extendido permite a los dispositivos externos averiguar sobre los dispositivos de una red y los servicios que ofrecen, qué puntos finales pueden informar cuando el dispositivo de detección los consulta (que ha obtenido previamente sus direcciones). También se pueden utilizar servicios de correspondencia.

El uso de identificadores de clúster impone el enlace de entidades complementarias utilizando las tablas de enlace, que son mantenidas por los coordinadores de Zigbee, ya que la tabla siempre debe estar disponible dentro de una red y es más probable que los coordinadores tengan una fuente de alimentación permanente. Algunas aplicaciones pueden necesitar copias de seguridad, gestionadas por capas de nivel superior. El enlace requiere un enlace de comunicación establecido; una vez que existe, se decide si agregar un nuevo nodo a la red, de acuerdo con la aplicación y las políticas de seguridad.

La comunicación puede ocurrir inmediatamente después de la asociación. El direccionamiento directo utiliza tanto la dirección de radio como el identificador de punto final, mientras que el direccionamiento indirecto utiliza todos los campos relevantes (dirección, punto final, clúster y atributo) y requiere que se envíen al coordinador de red, que mantiene las asociaciones y traduce las solicitudes de comunicación. El direccionamiento indirecto es particularmente útil para mantener algunos dispositivos muy simples y minimizar su necesidad de almacenamiento. Además de estos dos métodos, está disponible la transmisión a todos los puntos finales de un dispositivo y el direccionamiento de grupo se utiliza para comunicarse con grupos de puntos finales que pertenecen a un conjunto de dispositivos.