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Saiba mais sobre o que é Zigbee

por Mercato Automação

O que é Zigbee? Quais suas vantagens e porque ele se tornou tão fundamental para a automação?

 

Zigbee é um protocolo de comunicação que usa a norma IEEE 802.15.4 como camada física e camada de acesso ao meio. Ou seja, é um protocolo de comunicação sem fio, classificado como WPAN (redes pessoais sem fio que possuem alcance entre 10 a 100 metros), que os dispositivos utilizam para se conectar uns aos outros. Ele opera em três bandas de rádio conhecidas como ISM (Industrial, Scientifical and Medical), às quais estão livres de licenciamento.

Em 2002 foi criada a Zigbee Alliance, uma associação de mais de 200 empresas, universidades e órgãos governamentais de 20 países que tinham como meta, desenvolver um padrão de comunicação com 3 características principais: baixo custo, baixo consumo de energia e taxa de transferência de dados reduzida. 

Devido à estas características o Zigbee se tornou um padrão muito utilizado em monitoramento e controle industrial, automação predial, residencial e de sistemas de medição de insumos. Seu nome vem de uma analogia feita ao trabalho colaborativo das abelhas (bee), no que tange a mobilidade, troca de informações com outros membros (distância e localização de alimentos, por exemplo) e a forma de deslocamento, já que as abelhas voam em zig zag, daí a fusão das duas palavras zig + bee.

 

Compreendendo os 3 tipos de nós que podem existir na Rede

 

Para que possamos entender o funcionamento de uma rede Zigbee precisamos conhecer os 3 tipos de nós que podem existir na rede, são eles: coordenador, roteador e dispositivo final.

O coordenador (coordinator) é o dispositivo central da rede, responsável por criar e gerenciar uma rede Zigbee. Pode existir somente um nó do tipo coordenador por rede e ele é responsável por armazenar informações pertinentes à aplicação, desta forma seu hardware normalmente é mais robusto. Também possui a função de distribuir um identificador de rede (PAN ID) para os dispositivos que desejarem fazer parte desta mesma rede.

Dispositivos roteadores (router) tem a função de encaminhar o tráfego de comunicação para dispositivos que não podem se comunicar diretamente, permitindo a fácil expansão da rede do ponto de vista físico.

Dispositivos finais (end devices) são os sensores ou atuadores na rede. Podem se comunicar apenas com roteadores ou coordenadores. Uma das principais funcionalidades dos dispositivos finais é a possibilidade de operar no modo sleep, o que reduz de forma significativa o consumo de energia, já que a norma que rege o protocolo Zigbee exige que os dispositivos tenham autonomia de no mínimo 2 anos de bateria. Esse tipo de dispositivo é projetado para ficar a maior parte do tempo nesse modo, sendo que a transação para o modo ativo é extremamente rápida, cerca de 30 milissegundos.

Os dispositivos ainda são divididos em 2 tipos: os de função reduzida (RFD - Reduced Function Device) e os de função completa (FFD - Full Function Device). Dispositivos FFD podem operar como os 3 tipos de nós que citamos acima e podem se comunicar tanto com outros FFD como com RFDs. Já os dispositivos RFD só podem se comunicar com dispositivos FFD, ficando claro que eles só poderão trabalhar como dispositivos finais, visando economia de energia e de hardware.

Os dispositivos operam nos modos beaconing e non-beaconing. Os nós routers transmitem periodicamente sinais (beacons) para os outros dispositivos, a fim de verificar sua presença na rede. Já os nós restantes só precisam estar ativos no momento da sinalização, passando o resto do tempo no modo sleep, este é o modo beaconing. Já no modo non-beaconing a maioria dos dispositivos ficam ativos a maioria do tempo, tornando a eficiência de energia muito menor e requerendo normalmente uma fonte de alimentação externa.

Aplicações que implementam a norma IEEE 802.15.4 podem suportar redes estrela e ponto-a-ponto, sendo que nesta última é possível estruturar redes mais complexas como malha (mesh) e árvore. Aqui, trataremos somente das redes tipo mesh, pois são as mais comuns em redes Zigbee. A rede em malha (mesh) é considerada uma extensão da topologia em árvore. Nela os roteadores podem se comunicar diretamente, sem a necessidade de passar pelo coordenador. Com isso é possível expandir a rede indefinidamente, apenas acrescentando mais roteadores. Outra vantagem é a redundância na comunicação, caso um roteador perca a conexão, é possível redirecionar as mensagens por uma rota alternativa.

 

Abaixo duas imagens que ilustram os papéis em uma rede Zigbee e sua topologia:

 

 

Redes Zigbee possuem algumas particularidades interessantes, na hora de avaliarmos sua aplicação em sistemas de automação. São vantagens presentes desde o planejamento da aplicação até a hora da implantação desta solução.

 

  • Reduzido consumo de potência

  • Pilha de protocolo simplificada (até ¼ do código presente no Bluetooth), conduzindo a interfaces de baixo custo

  • Possibilidade elevada de nós por rede, chegando máximo de 65535.

  • Encriptação do tráfego

  • Suporta vários tipos de topologia de rede

 

 

Zigbee além de ser uma das tecnologias mais promissoras para a automação como conhecemos hoje, já é um dos pilares das aplicações de IoT em todo o mundo. Produzir equipamentos que suportem esta tecnologia coloca a Mercato em outros nichos de projetos e pode alavancar a visibilidade dos nossos produtos junto aos clientes que demandam equipamentos mais eficientes e com maior tecnologia embarcada.

 

 

Saiba mais sobre a tecnologia Zigbee com nossa equipe de especialistas!

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