ZigBee

WPAN (Wireless Personal Area Network)

As Redes de área pessoal, é uma rede de curta distância que tem por objetivo conectar os dispositivos pessoais do usuário (gadgets) que estão ao seu alcance, como fone, impressora, celular, caixa de som, televisor, tablet, etc.

Para essa rede de curto alcance há diversas tecnologias que foram desenvolvidas ao longo do tempo para objetivos especificos. Elas são formadas geralmente na forma ponto-a-ponto, mas podem operar na forma ponto-multiponto.

As redes sem fio surgiram como redes complementares às redes cabeadas, com o intuito de promover a mobilidade e a visualização rápida dos dados independente da localização do usuário, tendo os dados transmitidos pelo ar ou espaço livre, que se constituem como meio físico para propagação de sinais eletromagnéticos, provendo uma interconexão completa, e permitindo uma grande flexibilidade na localização das estações, sendo essa a principal diferença entre as redes sem fio e as redes convencionais.

A ideia é permite conexões entre dois dispositivos (celular e fone de ouvido) em uma pequena distância com baixo custo, baixo consumo de energia e baixas taxas de transferência.

Seu nome é uma alusão ao trabalho colaborativo das abelhas. Daí vem á fusão com a palavra inglesa bee, logo a expressão ZigBee.

Foi padronizado pelo IEEE 802.15.4 que ficou responsável pela criação das duas camadas mais baixas da tecnologia ZigBee (MAC e PHY), enquanto que a ZigBee Alliance trabalhava nas camadas superiores.

O ZigBee se destaca dos demais padrões pois opera em transmissão em médias e altas taxas, com destaque para utilização em chão de fábrica, podendo seu sinal ser replicado por outros dispositivos.

Os principais requisitos deste tipo de rede são baixa latência, otimização para baixo consumo de energia, possibilidade de implementação de redes com elevado número de dispositivos e baixa complexidade dos nós de rede.

COMPONENTES

Os componentes integrantes da rede são o coordenador, os roteadores e os “end devices”. O Coordenador inicia a rede definindo o canal de comunicação usado, gerencia os nós da rede e armazena informações sobre eles. Os Roteadores são responsáveis pelo encaminhamento das mensagens entre os nós da rede. Já um “end device” pode ser bem um dispositivo bem mais simples, só se comunicando com outro nó da rede.

O Zigbee Coordination(ZC) ou coordenador é o dispositivo mais importante da rede, sendo responsável pela interconexão entre a rede e o nó raiz de uma rede Zigbee. Estes dispositivos fazem até 255 conexões.
O ZigBee Router (ZR) ou roteador, atua como um roteador intermediário comum, repassando dados de um ponto a outro quando necessário.
O Zigbee End Device(ZED) ou dispositivo final, são dispositivos mais simples e de menor custo para aquisição dessa infraestrutura. Possuem capacidade de transmitir e receber informações.

Nas redes ZigBee um dispositivo pode permanecer um longo tempo sem ter que se comunicar. Além disso o tempo de acesso a rede é muito pequeno, tipicamente 30 mseg. Outra característica importante é o tamanho reduzido dos pacotes de dados que trafegam na rede.

A topologia Mesh permite que a rede se ajuste automaticamente em sua inicialização, na entrada de novos dispositivos ou perda de dispositivos. Nesta situação existem múltiplos caminhos entre os diferentes nós e a rede é auto suficiente para otimizar o tráfego de dados. Usando esta configuração podemos ter redes muito extensas, cobrindo largas áreas geográficas.

TOPOLOGIAS

Estrela: a conexão é realizada entre os dispositivos e um único coordenador central, que é chamado de coordenador PAN.
Malha: também conhecida como peer-to-peerou mesh, também tem apenas um coordenador PAN.
Árvore: também conhecida por cluster tree, essa topologia pode ser exemplificada como um aglomerado de redes com topologia malha, ligados por um coordenador PAN, que ficará responsável pela rede.

Padrão	Freqüências	Nº de Canais	Técnica de Modulação	Taxa de Dados
802.15.4	2.4-2.4835 GHz	16 (11 a 26)	DSSS, O-QPSK	250 kbit/s
	868-870 MHz	1 (0)	DSSS, BPSK	20 kbit/s
	902-928 MHz	10 (1 a 10)	DSSS, BPSK	40 kbit/s

DSSS (Direct Sequence Sread Spectrum)

O espalhamento espectral por seqüência direta. Nesta técnica uma seqüência pseudo aleatória de valores 1 e -1, numa freqüência mais elevada, é multiplicada ao sinal original, causando espalhamento da energia do sinal numa banda mais larga.

CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)

Quando um nó deseja fazer transmissão ele envia um sinal de aviso, por tempo suficiente para que todos os componentes da rede o recebam. Só então os dados são transmitidos. Se durante uma transmissão um sinal de aviso for detectado o emissor interrompe o envio da mensagem, reiniciando a tentativa de transmissão após um período aleatório.