O que é o protocolo ZigBee?

Se procuras dispositivos para evitar os cabos, talvez devas considerar a conectividade ZigBee. Neste artigo explicaremos de forma simples em que consiste e como tirar maior partido dos dispositivos ZigBee.

ZigBee é um conjunto de protocolos de comunicação entre dispositivos, semelhante ao WiFi ou Bluetooth, especialmente projetado para o IoT (Internet das Coisas) ou Smart Home. Tem um consumo muito menor, assim como um hardware mais simples, que permite reduzir os custos. Além disso, podes utilizar os dispositivos com uma bateria ou pilha, dado que têm um consumo muito reduzido.

ZigBee é atualmente a tecnologia líder para casas inteligentes, especialmente devido às aplicações de comutação remota e iluminação.

Informação geral do protocolo ZigBee

O protocolo ZigBee baseia-se na norma IEEE 802.15.4 das redes sem fios pessoais, semelhante ao standard do WiFi 802.11. Os principais requisitos de design podem ser resumidos em: baixa latência, largura de banda de médio alcance (inferior à de um smartphone, mas mais alta que outras tecnologias de IoT) e a utilização de bandas de radiofrequência industriais, científicas e médicas sem licença (bandas ISM), o que limita a carga do espectro. Cenários menos intensivos em dados, com baixa latência e requisitos de cobertura que estão dentro das capacidades das bandas ISM são as razões pelas quais os criadores devem considerar ZigBee. Tal como o WiFi, também emite na banda de 2.4 GHz, embora existam outras bandas específicas, como 868 MHz para a Europa e 915 MHz para os Estados Unidos.

Vantagens de ZigBee em relação a outras tecnologias

Um dos aspetos que diferencia o ZigBee de tecnologias semelhantes é o protocolo de rede, ZigBee PRO. Foi criado para enfrentar desafios específicos, como implementações regionais, comunicações entre bandas e, mais importante, segurança incorporada. Isto faz dele um protocolo de rede robusto para as aplicações previstas.

Como mencionado no início, uma das grandes vantagens é o baixo consumo de energia e o hardware necessário para criar um dispositivo é muito mais reduzido do que o necessário para Bluetooth ou WiFi, o que reduz significativamente os custos.

Outra vantagem é que, graças à sua topologia de funcionamento, se um "nó" cair, os dispositivos podem reorganizar-se para não perder a conectividade.

Dispositivos e funcionamento

A topologia em malha ZigBee permite a retransmissão de dados entre os dispositivos ZigBee para transportar dados a longas distâncias.

Existem três tipos de nós numa rede em malha ZigBee: coordenadores (controlador), routers e dispositivos finais. Cada rede ZigBee requer um coordenador, que é o dispositivo responsável por formar a rede e encaminhar o tráfego. Após a formação da rede, o coordenador adota as capacidades de um router ZigBee, que atua como um nó intermédio que transmite dados de outros dispositivos. Um router nunca entra em modo de suspensão. Os routers também podem ser dispositivos finais ZigBee.

Os dispositivos finais só podem comunicar-se com os nós principais, isto é, o coordenador ou os routers. Estes dispositivos são altamente eficientes em termos energéticos e podem entrar em modo de suspensão para poupar energia. Cada nó principal pode suportar até 20 dispositivos finais ZigBee.

Tipos de dispositivos

• Coordenador ou Controlador (ZC): É o dispositivo mais importante da rede. Organiza as rotas e só pode haver um por rede. Geralmente conhecidos por Gateways.
• Router (ZR): É semelhante ao controlador, mas a sua função é apenas vincular dois ou mais dispositivos que não estejam conectados devido à distância.
• Dispositivo Final (ZED): São os atuadores e sensores, ou seja, os dispositivos que interagem connosco de forma ativa ou passiva, como interruptores, sensores, lâmpadas, etc. 

Topologias de rede

No que toca ao funcionamento, existem diferentes topologias de rede:

• Estrela: O controlador situa-se no centro da rede.
• Árvore: O controlador situa-se na raiz e todos os dispositivos ficam pendurados nele.
• Malha: Esta é a topologia mais interessante, pois os nós podem comunicar-se com outros nós, criando vários caminhos para uma comunicação estável. Se um nó cair, a rede é reorganizada pelo coordenador.

Fabricantes que utilizam o protocolo ZigBee

Embora alguns fabricantes ofereçam dispositivos com diferentes conectividades, Xiaomi, Philips, Ikea, LG, Samsung, Amazon e Tuya são alguns dos mais conhecidos que já equiparam os seus dispositivos com conectividade ZigBee.

Conclusão sobre o protocolo ZigBee

Se tivermos de apontar algum inconveniente, o alcance é o principal problema em comparação com outros protocolos como o Z-Wave. No entanto, para uma rede doméstica, o alcance é bastante satisfatório.

Este artigo pretende dar-te uma ideia geral do que é o protocolo ZigBee. Para mais detalhes técnicos, consulta o site oficial.