Numerosos sensores domésticos inteligentes y sistemas de iluminación utilizan el protocolo de radio ZigBee de bajo consumo. Los gateways domésticos inteligentes permiten la comunicación con otros sistemas domésticos inteligentes. Explicamos cómo funciona ZigBee y qué productos inteligentes para el hogar son compatibles.
ZigBee: las cosas más importantes de un vistazo
- ZigBee es un protocolo inalámbrico de bajo consumo para el hogar inteligente que está siendo desarrollado por ZigBee Alliance.
- A partir de ZigBee 3.0, los dispositivos ZigBee de diferentes fabricantes son en gran medida compatibles entre sí.
- Con las llamadas redes de malla, se puede aumentar el alcance de los dispositivos, ya que los nodos individuales actúan como repetidores.
- Dentro de una red, el puente ZigBee forma un puente entre los dispositivos y la aplicación de control. Además, algunos puentes también pueden comunicarse con dispositivos WLAN y Bluetooth de otras marcas. Los productos ZigBee también se pueden utilizar con Google Home o Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show y Echo Studio son compatibles con ZigBee. Esto significa que los dispositivos ZigBee también se pueden controlar con Alexa sin una puerta de enlace adicional.
¿Qué es ZigBee?
Las computadoras portátiles, teléfonos inteligentes y dispositivos domésticos inteligentes utilizan diferentes protocolos de radio para la comunicación inalámbrica. Se diferencian por el rango de frecuencia utilizado, el ancho de banda, la topología de la red y la forma en que se transmiten los mensajes.
A partir de 2002, la ZigBee Alliance desarrolló el protocolo de radio de baja energía ZigBee. La asociación ahora incluye a más de 230 empresas, incluidas Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei e Ikea. Los objetivos declarados son una alta compatibilidad entre dispositivos de diferentes fabricantes, un bajo consumo de energía y un estándar abierto.
Los productos certificados antes de ZigBee Alliance funcionan con cualquier plataforma habilitada para ZigBee.
¿Cómo actúa ZigBee?
Todos los protocolos de radio constan de varias capas según el modelo OSI. Estas rigen las diversas tareas de la comunicación. Esto incluye la transmisión de señales físicas, el cifrado, la prevención de la congestión de datos y la visualización en las diversas aplicaciones. Los usuarios solo interactúan con la capa superior, mientras que las inferiores funcionan en segundo plano.
En las dos primeras capas, como Bluetooth, ZigBee utiliza el estándar IEEE 802.15.4, que utiliza la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical Band) en el rango de frecuencia de 2,4 GHz. Las pausas largas en la transmisión de datos son una característica de este estándar. Esto significa que cada nodo de la red puede entrar en una especie de modo de suspensión, lo que ahorra mucha energía en comparación con otros estándares. Una batería de botón integrada en un sensor ZigBee puede durar varios años.
ZigBee se caracteriza por un bajo consumo de energía y una alta intercompatibilidad.
La especificación ZigBee define la comunicación en las capas superiores (3 a 7). Los distintos dispositivos ZigBee forman una red de área personal inalámbrica (WPAN) para comunicarse entre sí. Cada red ZigBee puede identificarse de forma única mediante una dirección de 64 bits.
ZigBee define el protocolo para las capas 3 a 7 del modelo OSI. La capa superior Dotdot permite la comunicación con otros estándares de radio.
¿Cómo funciona una red ZigBee?
Una red ZigBee consta de un coordinador, enrutadores y dispositivos finales. Los enrutadores intercambian paquetes de datos entre sí. El coordinador es un enrutador que también activa la red. Los dispositivos finales solo se comunican con su enrutador. Está en modo de suspensión la mayor parte del tiempo y, por lo tanto, usa muy poca energía. Se conectan al enrutador a intervalos establecidos y ven si tiene algún mensaje para ellos.
Las redes ZigBee utilizan la topología de estrella, árbol o malla. La topología en estrella proporciona un coordinador / enrutador y varios dispositivos finales. Estos últimos no pueden comunicarse directamente entre sí, sino solo a través del coordinador. Si este nodo central falla, el intercambio de datos ya no es posible.
En la topología del árbol hay un coordinador, algunos enrutadores y terminales. Cada dispositivo final (hijo) se comunica con el enrutador respectivo (padre), el enrutador con el coordinador en una estructura de árbol.
En la topología de malla, los enrutadores también están conectados entre sí. Esto permite muchas rutas alternativas para transportar datos del nodo A al nodo B. Por esta razón, la mayoría de los sistemas domésticos inteligentes operados por ZigBee utilizan redes de malla. Se permiten hasta 65.000 nodos. Por otro lado, los enrutadores requieren más energía que los dispositivos finales simples. Esto reduce la vida útil de las baterías.
En las redes de malla, los datos se pueden reenviar a pesar de los nodos defectuosos.
¿Qué es un puente ZigBee?
El puente actúa como un puente entre los dispositivos domésticos inteligentes ZigBee y la aplicación de control en el teléfono inteligente o la nube. Según el fabricante, el puente también se denomina concentrador o puerta de enlace. A veces, los puentes también pueden controlar dispositivos ZigBee de otros fabricantes. Por ejemplo, el Philips Hue Bridge puede comunicarse con las peras Ikea Tradfri. Esto ahorra a los usuarios el dinero de una segunda puerta de enlace.
Además, los dispositivos ZigBee no se pueden emparejar fácilmente con dispositivos WLAN, Bluetooth o Z-Wave porque hablan un idioma diferente. Sin embargo, algunas pasarelas ZigBee como la sede de Homee, Philips Hue Bridge o SmartThings Hub pueden traducirse entre los diferentes estándares inalámbricos. Esto significa que las bombillas inteligentes para el hogar Philips Hue se pueden usar con productos de Google Home, por ejemplo, para crear rutinas, aunque Google Home se basa en WiFi.
Las lámparas Ikea Tradfri utilizan ZigBee. La puerta de enlace forma el puente entre las fuentes de luz y la aplicación.
¿Hasta dónde llega ZigBee?
La gama de productos ZigBee Smart Home es de 10 a 15 metros. Sin embargo, se puede incrementar en redes malladas. Los dispositivos individuales forman nodos de red que actúan como repetidores y amplifican la señal. Según Signify (Philips Hue), son posibles rangos de hasta 100 metros.
¿Qué es ZigBee 3.0?
Más allá del protocolo principal de ZigBee, ha habido diferentes especificaciones en el pasado.
En comparación con el protocolo estándar ZigBee, ZigBee Pro (2007) ofreció seguridad mejorada y más opciones de topología. Al igual que el estándar inalámbrico EnOcean, Green Power utilizó el principio de recolección de energía, que permite sensores autosuficientes en energía. RF4CE (radiofrecuencia para electrónica de consumo) se utilizó para controlar de forma remota dispositivos eléctricos con controles remotos. Comunicación regulada por IP ZigBee entre una red local e Internet. Cada especificación constaba de varios módulos según el área de aplicación (automatización de edificios, iluminación, sector sanitario).
Debido a las diferentes especificaciones, los dispositivos domésticos inteligentes ZigBee a menudo no eran compatibles entre sí. En 2015, ZigBee Alliance anunció el nuevo estándar inalámbrico ZigBee 3.0, que combina ZigBee Pro, Green Power, IP y RF4CE. Su objetivo es aumentar la interoperabilidad entre dispositivos domésticos inteligentes y es compatible con versiones anteriores.
¿Cómo garantiza ZigBee la seguridad de los datos?
ZigBee utiliza cifrado AES simétrico con una longitud de clave de 128 bits para transmitir datos. Sin embargo, a fines de 2019, se descubrió una brecha de seguridad en las luces Philips Hue que explotaba una debilidad en el protocolo ZigBee. Esto permitió a los atacantes acceder a la red a través del puente. En una actualización de software posterior, el fabricante Signify eliminó la vulnerabilidad.
¿Qué es DotDot?
DotDot (también conocido como ZigBee Cluster Library) es la capa de aplicación del protocolo ZigBee en el modelo OSI. Como lenguaje universal para dispositivos IoT, DotDot también permite una comunicación simple entre dispositivos domésticos inteligentes en diferentes redes. Para ello, la ZigBee Cluster Library se adaptó a otros protocolos. Esto le da a los dispositivos con diferentes estándares de radio como WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT y Sigfox un nivel común en el que pueden comunicarse.
DotDot proporciona un lenguaje común para productos domésticos inteligentes.
¿Cuáles son las diferencias entre ZigBee y otros estándares inalámbricos?
|
Tasa de |
Rango |
rango de frecuencia |
Consumo de energía |
Áreas de aplicación |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
bajo |
Sensores, |
|
ACCESO INALÁMBRICO A INTERNET |
1000 - |
50 m |
2,4-2,4835 GHz 5,0-5,7 GHz |
Alto |
Enrutadores, |
|
Bluetooth |
1-3 Mbit / s |
10 m |
2,400 - 2,483 MHz |
bajo |
Electrónica de consumo , |
|
Z-Wave |
9,6 - 40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
bajo |
Sensores, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
muy bajo |
Sensores, |
- WLAN: El estándar WLAN convencional WiFi 5 transmite datos más de mil veces más rápido que ZigBee, pero también consume mucha electricidad. Esto es necesario cuando se transmite video desde una cámara de vigilancia inteligente debido a la gran cantidad de datos. Un termostato a batería que solo envía la temperatura, por otro lado, no requiere un ancho de banda tan grande y se beneficia de un estándar inalámbrico más económico como ZigBee.
- Bluetooth: también ofrece una tasa de transferencia de datos más alta que ZigBee, pero con un alcance más corto. Por esta razón, el Bluetooth predomina en los auriculares inalámbricos y los wearables que envían señales a pocos metros. Cuando se trata de sensores en diferentes habitaciones, ZigBee está claramente un paso por delante.
- Z-Wave: es el principal competidor de ZigBee en el área de hogares inteligentes. El protocolo de baja energía también se utiliza con muchos sensores y fuentes de luz, ofrece una alta compatibilidad y, como ZigBee, un largo alcance gracias a las redes mesh. Sin embargo, la empresa estadounidense Silicon Labs posee los derechos de la tecnología. A diferencia de ZigBee, Z-Wave no es un estándar de código abierto. Esto significa que los fabricantes no pueden adaptar el protocolo.
- EnOcean: Solo se utiliza con sensores de energía ultrabaja que generan electricidad a través de diferencias de temperatura y movimientos y así se manejan sin baterías ni fuentes de energía externas. ZigBee 3.0 también admite esta función con la especificación Green Power. En general, EnOcean es menos común que ZigBee.
¿Cuáles son los pros y los contras de ZigBee?
Beneficios de ZigBee
- Bajo consumo de energía: los sensores y otros dispositivos domésticos inteligentes pueden funcionar con sus baterías durante años.
- Alta compatibilidad: ZigBee Alliance tiene varios cientos de miembros, incluidos fabricantes como Osram, IKEA, Belkin y Signify. A partir de ZigBee 3.0, los productos para el hogar inteligente de diferentes fabricantes se pueden conectar en red más fácilmente.
- Código fuente abierto: el código ZigBee está disponible para todos. Por tanto, los fabricantes son libres de implementar funciones adicionales en sus productos.
- Largo alcance: en las redes de malla, los nodos actúan como repetidores. En casas y apartamentos grandes, esto mejora significativamente el alcance en comparación con WLAN.
Contras de ZigBee
- Compatibilidad entre dispositivos ZigBee: el código fuente abierto era particularmente desventajoso en el pasado en el aspecto de compatibilidad. Dado que cada fabricante implementó especificaciones adicionales, los dispositivos ZigBee más antiguos de diferentes marcas no son necesariamente compatibles entre sí. Sin embargo, desde la introducción de ZigBee 3.0, el estándar se ha vuelto más uniforme.
- Compatibilidad con otros estándares inalámbricos: si desea conectar en red los productos ZigBee Smart Home con dispositivos WLAN o Bluetooth, necesita una puerta de enlace. Dado que muchos sistemas domésticos inteligentes como HomeKit o Google Home dependen de WLAN, los usuarios deben planificar los costos de una puerta de enlace.
¿Amazon Alexa, Apple HomeKit y Google Smart Home son compatibles con ZigBee?
- Si controlas tus dispositivos domésticos inteligentes a través de Alexa, Echo Plus, Echo Show o Echo Studio son un centro de hogar inteligente que también puede controlar dispositivos ZigBee. Con el comando "Descubrir mis dispositivos", Alexa busca los componentes existentes del hogar inteligente.
- Los productos de Google Home no se pueden comunicar directamente con los dispositivos ZigBee. Una puerta de enlace como SmartThings Hub de Samsung o Philips Hue Bridge resuelve el problema. Con esto, por ejemplo, los enchufes SmartThings se pueden encender y apagar a través del Asistente de Google.
- Los productos Apple HomeKit solo se pueden emparejar directamente con dispositivos WLAN o Bluetooth Smart Home. Una puerta de enlace también ayuda aquí. El Homee Smart Home Center, por ejemplo, es compatible con HomeKit. El Mixtile Hub de la marca china Focalcrest también se traduce entre dispositivos HomeKit y ZigBee.
¿Qué sistemas domésticos inteligentes utilizan ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Hogar inteligente Homee
- Bosch
¿Qué productos para el hogar inteligente utilizan ZigBee?
Lámparas compatibles con ZigBee
- Philips Hue
- Osram Smart +
- LED de Paulmann
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Shyne
- Immax Neo Smart LED
- Q Luces inteligentes para el hogar (grupos de iluminación Neuhaus)
- Luz LED de atenuación de encendido / apagado de LG
- Luz de Müller
Sensores de movimiento, sensores de agua y sensores de temperatura compatibles con ZigBee
- Detector de movimiento para exteriores Philips Hue, detector de movimiento
- Detector de movimiento Osram Smart +
- Detector de movimiento Schwaiger
- Samsung SmartThings (sensor de puerta y ventana, sensor de agua)
- Sensor de puerta y ventana Ecolink
- Confíe en el sensor de movimiento del hogar inteligente
- Sensor de agua para el hogar inteligente Heiman
- Sensor de agua Zipato
- Sensor de agua Xiaomi
- Confíe en el sensor de agua ZWLD-1000
- Sensor de temperatura inteligente Aqara (Xiaomi)
- Sensor de temperatura y humedad Somfy
- Mini sensor de temperatura Lupus Electronics
- Sensor de temperatura y humedad Bitron
- Sensor de alarma WeMo (Belkin)
Interruptores, sensores de atenuación y enchufes compatibles con ZigBee
- Interruptor tahoma
- Tinte / Interruptor inteligente Müller-Licht
- Interruptor inteligente Sonoff Touch
- Toma Ikea Tradfri
- Enchufe Osram Smart +
- Enchufe Ledvance Smart +
Detectores de humo y sirenas de alarma compatibles con ZigBee
- Detector de humo Telekom Smart Home (Bitron Home)
- Detector de humo doméstico inteligente Tuya
- Detector de humo W4 (Honeywell)
- Sirena de exterior SwannOne
- Sirena de alarma Heiman ZigBee
- Detector de monóxido de carbono Heiman ZigBee
Cerraduras inteligentes compatibles con ZigBee
- Cerradura de puerta inteligente 365plusZ3 (Samsung)
- Cerrojo Kwikset Smartcode SmartCode