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O que é ZigBee?

Comunicação sem fio; Saiba o que é ZigBee e quais são as vantagens de utilizar o padrão para controles e sensores

Leandro Kovacs Por

Existem muitos padrões de transmissão em médias e altas taxas para vídeos, voz, redes de computadores pessoais, entre outros. Veja em meu artigo o que é ZigBee e como ele pode se tornar um importante padrão de transmissão sem fio, tanto para dispositivos de controles e sensores, quanto para outras aplicações como “casas conectadas“.

Rede de conectividade (imagem: Uriel SC/Unsplash)

Rede de conectividade (imagem: Uriel SC/Unsplash)

O que é ZigBee?

O Zigbee é um padrão que foi desenvolvido por uma aliança de empresas em diferentes segmentos do mercado de telecomunicações, a Zigbee Alliance. O protocolo busca uma comunicação confiável, sem fio, com baixas taxas de consumo de energia e baixa latência, o que lembra o Bluetooth.

Qual é o objetivo do ZigBee?

A rede ZigBee, criada pela ZigBee Alliance em conjunto com o IEEE, foi idealizada com o objetivo de fornecer uma rede de extrema baixa potência para operação, que resulta em um baixo consumo de energia nos dispositivos envolvidos, estendendo a vida útil de suas baterias. 

A rede tem como principais casos de uso, dispositivos que não precisem de taxas de dados tão altas quanto as praticadas pelo Bluetooth e buscam simplesmente a características de baixo consumo energético.

Quando o protocolo foi criado suas principais finalidades eram a automação e o controle remoto. Agora, as possibilidades estão crescendo devido a evolução protocolar. Dentre as vantagens do ZigBee, podemos destacar:

  • Diferentes frequências de operação e taxa de dados: 868 MHz e 20 Kb/s; 915 MHz e 40 Kb/s; 2.4 GHz e 250 Kb/s;
  • Um mesmo nó executando diferentes papéis na mesma rede;
  • Configuração possível em diversas topologias de rede;
  • Habilidade de auto-organizar e auto-reestruturar;
  • Número elevado de dispositivos conectados na mesma rede (65.535 dispositivos para cada dispositivo coordenador);
  • Alta durabilidade da bateria dos dispositivos;
  • Interoperabilidade: capacidade de comunicação transparente com outros sistemas.

Como funciona o ZigBee?

Basicamente, são 4 tipos de serviço oferecidos pelo protocolo ZigBee.

  • Encriptação extra: chaves de aplicação e de rede implementam a criptografia AES [Advanced Encryption Standard] extra de 128 bits;
  • Associação e autenticação: somente nós válidos podem conectar à rede;
  • Protocolo de roteamento: AODV [Ad Hoc On-Demand Distance Vector] protocolo ad hoc reativo para fazer o roteamento e compartilhamento com qualquer nó da rede. O protocolo é adaptativo e evita desperdício de banda;
  • Serviços de aplicação: introduzido o conceito abstrato de “cluster”. Cada nó tem um cluster definido, com um número limitado de ações. Luzes da casa tem um cluster de “acender luzes” e “apagar luzes”.

A função primária do ZigBee é organizar a rede. Um nó, rota ou dispositivo final que precisa se conectar à rede deve enviar uma “solicitação” ao coordenador para obter um endereço de rede (16b), como parte do processo de associação. 

Agora, todas as informações da rede são enviadas por esse endereço e não o endereço MAC (64b). Neste ponto, todas as operações de autenticação e criptografia são realizadas.

Quando um nó se junta à rede, pode enviar informações aos seus pares pelos roteadores. O roteador obtém o pacote, se o destino está em seu campo de sinal, ele faz uma análise primeiro, observando se o dispositivo final de destino está ativo ou inativo. 

No primeiro caso, o roteador envia o pacote para o dispositivo final. Caso o destino esteja inativo, o roteador irá proteger o pacote até que o nó do dispositivo final fique ativo e busque informações novas, do roteador.

O Zigbee possui, basicamente, dois modos de operação: beaconing e o non-beaconing. Estes modos contribuem para o baixo consumo de energia no protocolo. 

O primeiro é um modo em que os roteadores enviam periodicamente beacon frames, mensagens sinalizadoras que confirmam sua presença na rede. Assim, os nós podem ficar inativos durante o intervalo entre o envio de mensagens, poupando energia. 

Na segunda opção, não são utilizados os beacon frames. Sem os beacon frames, os dispositivos ficam ativos em tempo integral, o que aumenta o consumo de energia.

Quais os componentes do ZigBee?

São três tipos de nós presentes em uma rede com protocolo ZigBee:

  1. Coordenador: é o dispositivo mestre, controla toda a rede;
  2. Roteadores: recebem e entregam pacotes de informações enviados pelos dispositivos finais;
  3. Dispositivo final: sensores que captam as informações do ambiente.

ZigBee X Bluetooth [Qual é o melhor?]

A resposta para essa pergunta não existe, nunca foi feita uma comparação direta entre os sistemas, principalmente, por terem sido criados para funções distintas.

O Bluetooth é mais útil na sincronização de PCs, telefones celulares, Impressoras e aplicações de áudio, como fone sem fio. Sua taxa de transferência que chega a ser de 4 a 12 vezes mais rápida [Bluetooth 1.2 e 2.0] em relação ao Zigbee, o que favorece a transmissão de informações mais complexas. 

O Zigbee é melhor para as aplicações de controle, redes com pequenos pacotes de dados, sensores, sistemas com muitos dispositivos, onde consumo de bateria pode ser crítico. O número de dispositivos conectados ao mesmo tempo, na rede Bluetooth, limita-se às dezenas. Com o protocolo Zigbee esse número vai até 65535 dispositivos.

Espero ter tirado as dúvidas sobre o que é ZigBee. Com o avanço constante do protocolo, podemos futuramente encontrar muitas outras aplicações do sistema, em operações mais “caseiras” e próximas dos consumidores. Quando o assunto é tecnologia, estamos em constante evolução.

Com informações: ufrj.br, zigbeealliance.org

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