Las tecnologías inalámbricas (wireless) se están imponiendo sobre las tecnologías alámbricas estándares y hay diferentes razones por las cuales sucede esto: el alto costo de los cables y de mano de obra, el bajo tiempo de implementación de los sistemas wireless y la no necesidad de permisos municipales son algunas de las razones influyentes en la decisión al momento de implementar una red de telecomunicaciones, ya sea como red de acceso (llegada al usuario) o de transmisión (enlaces propios de la red de telecomunicaciones).

La tecnología a elegir está en función de la aplicación a transportar. Hasta hace algunos años era común utilizar wireless en la telefonía rural, donde el costo de implementación de una red de cobre no se justificaba por la cantidad de clientes por kilómetro cuadrado, la implementación de sistemas celulares y los troncales que unen a estos sistemas con la red de Telefonía Pública Conmutada. En la actualidad las tecnologías wireless se usan para una gran variedad de servicios, desde telefonía e Internet de banda ancha, hasta video bajo demanda. Todas las aplicaciones que eran soportadas por medios “alámbricos” (coaxial, fibra óptica o cobre), hoy se pueden brindar por sistemas de radio con igual o mayor calidad que los anteriores sistemas.

Estos sistemas están siendo tan aceptados que comienzan a expandirse hacia el campo de los sistemas de control, llegando a los lugares donde se requería un medio alámbrico que soportara la información.

ZigBee

Es un protocolo de comunicaciones inalámbricas basado en el estándar IEEE 802.15.4 y su función es la de solucionar los problemas de interoperabilidad, duración de la batería y costos de los protocolos propietarios en las aplicaciones de domótica (home automation).

Al igual que WiMax y WiFi, ZigBee posee una alianza de empresas, ZigBee Alliance, y su objetivo es desarrollar software de comunicaciones basado en el IEEE 802.15.4.

Este estándar se utiliza primordialmente para aplicaciones domóticas donde es mínima la capacidad de transferencia de información y el costo y consumo tienen un papel fundamental. ZigBee se utiliza para controlar la calefacción, iluminación, sistema de seguridad, etc. de cualquier edificio inteligente. Se espera que ZigBee se aplique para industrias, juguetes, periféricos de PC, componentes electrónicos, sistemas de control automático, medicina, etc. pero en este momento su principal aplicación es en los sistemas de demótica y de automatización.

ZigBee posee una arquitectura basada en el modelo OSI. El IEEE 802.15.4 define las dos capas más bajas: la Capa Física y la Subcapa de Control de Acceso al Medio de la Capa de Enlace de Datos, la cual se encarga de aislar los detalles de las tecnologías físicas a la capa de control de acceso al medio. Estas capas son utilizadas por ZigBee para crear un marco de trabajo para las aplicaciones.

La Capa Física puede trabajar en uno de tres rangos de frecuencias: 868 MHz, 915 MHz o 2.4 GHz con velocidades de hasta 20 Kbps, 40 Kbps y 250 Kbps y cuya utilización de bandas de frecuencias es Europa, JUL y el resto del mundo, respectivamente. Permite alcanzar distancias de hasta 100 metros con muy baja energía, lo que la hace práctica en la mayoría de las aplicaciones domóticas.

ZigBee puede funcionar con tan bajo consumo de energía que las baterías pueden durar años, más de mil veces que en otras aplicaciones inalámbricas.

Soporta tres tipos de topologías de red:

1) Star o Estrella: presenta larga vida útil como consecuencia del bajo consumo que requiere.
2) Mesh o Malla: en la cual existen múltiples rutas para alcanzar un destino, obteniéndose alta confiabilidad.
3) Cluster Tree o Racimo de Árbol: es una topología del tipo Mesh-Star que encierra los beneficios de ambas.

Debido a su reducido costo, fácil despliegue, interoperabilidad, alta velocidad, bajo costo de instalación, confiabilidad, multi topología, escalabilidad y no limitaciones para con las aplicaciones, se espera que ZigBee sea un éxito en este campo.

¿Qué dispone Freescale?

Freescale Semiconductor como miembro activo (promotor) de la alianza “ZigBee”, dispone de una amplia gama de soluciones de hardware y software para el mundo ZigBee.

La familia de transceptores de radio ZigBee MC13191 / 2 / x, brindan soluciones desde las funciones básicas de “radio” (transceiver), hasta la total integración de radio + MCU.

Para lograr ello, Freescale ha separado el hardware y software en la capa física (PHY).

Los MC13191/2 son transceivers de radio de 2,4Ghz que contienen la mayoría de las funcionalidades de la capa física PHY, mientras que las capas MAC, NWK (network) y APL (aplicaciones) están como software residente en el MCU. La comunicación entre el microcontrolador y el transceiver se realiza por medio de una interface SPI (Serial Peripheral Interface) de 4 hilos. Esta arquitectura permite una mayor flexibilidad en el uso del microcontrolador ya que para aplicaciones sencillas del tipo “punto a punto” o estrella (tipo “master – slave”) pueden utilizarse dispositivos de 8 bits de poca memoria y pines como los HC908Qx o los HC9S08Qx . El “stack” de software utilizado en este tipo de configuraciones puede ser simple, para ello freescale dispone, en forma gratuita, de una SMAC (Simplified MAC) que se encarga de las tareas básicas de control.

Mientras que en aplicaciones tipo “NetWork Bridge” o “Gateway” pueden emplearse dispositivos de 8 bits como los HC9S08GB/GT o microcontroladores de 32 bits como la familia ColFire. Aquí el stack necesario es de mayor complejidad y freescale dispone de una MAC / PHY 802.15.4 para aplicar en ellos. Para utilizar todo el potencial de conectividad ZigBee, existe software de terceras partes que nos proveen las demás capas
superiores utilizadas en una red Zigbee.





Características de los “Transceivers” MC 13191/92:

• Potencia de salida: - 16 dBm a 3,6 dBm.
• Operación entre 2V y 3,4V.
• Sensibilidad: -92 dBm a 1% PER (Especif. IEEE - 85 dBm).
• Soporta hasta 16 canales con un espiado de 5 Mhz entre canales.
• Codificación y Decodificación Full Spread Spectrum (FSS).
• Cumple con las especificación IEEE 802.15.4 PHY.
• Interface SPI estándar (4 hilos).
• Modos de Bajo Consumo:
- 3,0 uA en modo “Invernación”.
- 40 uA en modo “Dormido”.
• 7 líneas de I/O de propósitos generales.
• “Timer Comparator” interno incluido.
• Modos “Packet” y “Streaming”.
• Provee clock externo para el MCU.
• Encapsulado QFN 32 de 5 x 5 mm.

El departamento de ingeniería de Electrocomponentes S.A. ha desarrollado “plataformas” de hardware como apoyo al diseñador de aplicaciones ZigBee que facilitan el trabajo de desarrollo en el particular “mundo” de la Radiofrecuencia. Además se dispone de documentación y software para las aplicaciones más frecuentes.

Las placas disponibles son:

• Placa ZigBee --- ZigBee1v1.0.
• Antena ZigBee ---- ANT – ZIGBEE.

Placa ZigBee:

La placa zigbee esta basada en un transceptor de radio frecuencia de 2.4GHz de Freescale el MC13192, el cual es manejado por un microcontrolador de Freescale el MC9S08GT32, tiene disponible para el usuario entradas / salidas
digitales y analógicas e interfaz I2C y UARTs.

Es ideal para aplicaciones de corto alcance de bajo consumo a un costo reducido entre las cuales podemos citar: monitoreo de sensores, control de accesos, sistemas de seguridad, etc.



Antena ZigBee:

La antena ZigBee se basa en el MC13192 de Freescale. Este es un transceptor de RF compatible con IEEE 802.15.4, que se usa como capa física de las redes ZigBee.

La antena integra toda la periferia de la radio y se conecta mediante pines de paso estándar. Se controla por medio de una interfaz serial SPI.

Es necesario alimentar la placa con 3,3 volts. Permite combinar una radio ZigBee de 2,4 GHz con microcontroladores de cualquier marca y modelo mediante una interfaz de fácil montaje.