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| FIg. 1. xbee Serie 1 |
Introducción
Zigbee es el nombre de la especificación
de un conjunto de protocolos de comunicaciones inalámbricas basado en el
estándar de comunicaciones para redes inalámbricas de área personal (Wireless
personal área network, WPAN) IEEE 802.15.4 Creado por Zigbee Alliance, una
organización, teóricamente sin ánimo de lucro.
Este protocolo trabaja con tecnología
inalámbrica para tasas bajas de envió de datos, utiliza banda libre ISM
(Industrial, Scientific and Medical) de 2.4 GHz, con una velocidad de
transferencia máxima de 250Kbps y distancias de hasta 100 m. Las topologías de
red soportada por el estándar son: la topología en estrella y en malla, cada
red soporta en teoría hasta 65535 nodos distribuidos en subredes de 255 nodos,
con un consumo de energía bajo, permitiendo que dispositivos electrónicos de
bajo consumo puedan realizar sus comunicaciones inalámbricas. Es especialmente
útil para sensores de entornos industriales, médicos y, sobre todo, domóticas.
Contenido
Los módulos Xbee’s son dispositivos que
integran un transmisor-receptor de Zigbee y un procesador del mismo módulo, lo
que permite desarrollar aplicaciones de una manera rápida y sencilla. El módulo
de la serie 1 está basado en el chipset Fresscale y está pensado para ser
utilizado en redes de punto a punto y punto a multipunto.
Entre las redes multipunto las únicas
topologías soportadas por el estándar IEEE 802.15.4 son en estrella y malla,
Figura 2.
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Figura.2 Topologías soportadas por el estándar IEEE
802.15.4.
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En la topología estrella se establece
con un módulo central, que es el coordinador de la red, llamado coordinador PAN
(Network Area Personal). El coordinador puede tener una aplicación específica,
pero además, es empleado para inicializar, terminar o encaminar las tramas
alrededor de la red.
Todas las comunicaciones se estableen a
través del coordinador, es decir, si algún dispositivo necesita comunicarse con
otro, la comunicación se realiza a través del coordinador.
Esta característica permite que no
existan colisiones entre los paquetes que envía cada dispositivo.
Los dispositivos de una red IEEE
802.15.4 se pueden clasificar de acuerdo al papel que desempeñen en la red:
Coordinador: Se encarga de inicializar
una red (PAN ID) y establecer un canal de comunicaciones, envía los paquetes
para sincronización (beacons) y pueden servir de enlace con otras redes,
también son conocidos como Full-Function Device (FFD).
Router: Sirve como repetidor ya que se
encarga del enrutamiento de los paquetes que requieran saltos multiples,
también están dentro de la categoría de los FFD.
End- divives: Son los dispositivos más
básicos de la red, son los sensores o actuadores de la red y solo se pueden
comunicar con un coordinador o router, también son conocidos como
Reduced-Function Device (RFD).
El xbee con estado en router, solamente es posible de configurarse en los xbee´s de la serie 2, por el momento solo se abordara los xbee's de la serie 1.
El xbee con estado en router, solamente es posible de configurarse en los xbee´s de la serie 2, por el momento solo se abordara los xbee's de la serie 1.
La arquitectura de IEE 82.15.4 se define en base al modelo OSI (Open Systems
Interconnection).
Conceptos básicos para establecer una comunicación entre los módulos xbee
Para establecer la comunicación del coordinador
con los trabajadores(dispositivos finales) se debe crear una red PAN y un canal de comunicación, el
protocolo IEEE 802.15.4 dispone de 16 canales, este estándar indica que entre
cada canal, deben existir 5MGZ de diferencia, Partiendo de la frecuencia base
2.405 GHz hasta los 2.480 GHz.
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Figura 3. Canales disponibles para el protocolo IEEE
802.15.4
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Los módulos xbee proveen dos formas de
comunicación:
·
Modo
de Transmisión Serial Transparente (modo AT).
·
Modo
API a través de tramas.
El modo transparente (AT): es el más
sencillo para la transferencia, la comunicación de una transmisión es a través
de un puerto serial, ya que el dispositivo crea la trama y el dato pasa por el
pin TX del modulo xbee y se envía de forma inalámbrica.
En el modo API: el microcontrolador
externo se encarga de crear una trama específica, se suelen utiliza en redes
grandes y evitan perder tiempo en la entrada y salida de datos en el Xbee. Se
permite el uso de frames, con cabeceras que aseguran la entrega de datos. Toda
la información que entra y sale es empaquetada en frames, que definen
operaciones y eventos dentro del módulo.
Un frame de transmisión incluye:
·
Frame
de información RF transmitida
·
Frame
de comando (equivalentes a comando AT).
Un frame de recepción:
·
Frame
de información RF recibida
·
Comandos
de respuesta
·
Notificaciones
de eventos como Reset, Asssociate, Dissociate, etc.
Entre las opciones que permite la API se
tiene:
·
Transmitir
información a múltiples destinatarios, sin entrar al modo de comandos
·
Recibir
estados de éxito/falla de cada paquete RF transmitido
·
Identificar
la dirección de origen de cada paquete recibido.
El formato del frame de la API es el
siguiente:
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| FIG. 4 Estructura del frame. Ocupando Dirección de 16 bits |
Direccionamiento de los
módulos
Los
módulos permiten 2 tipos de direccionamiento. La de 16 bit y la de 64 bits. La
principal diferencia es que en la de 64 bit, es posible obtener una mayor
cantidad de direcciones y por lo tanto, una mayor cantidad de nodos o equipos
funcionando en la misma red. Son a través de estas direcciones que los módulos
se comunican entre sí.
Entre las posibilidades que permite la
API, está la posibilidad de cambiar parámetros a través de comandos AT,
enviados; también es posible consultar el estado de un parámetro en otro modulo
o consultar si un módulo es un coordinador.
Los modos de configuración de los xbee son 4:
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| FIG. 5 Modos de configuración de xbee |
Modo transmitir/recibir
Se encuentra en estos modos cuando el modulo le llega algún RF
a través de antena (modo Receive ) o cuando se manda información serial al
buffer del pin 3 (UART Data in) que después será transmitido.
La información transmitida pueda ser Directa o Indirecta, en
el segundo caso la información es retenida durante un periodo de tiempo y es
enviada solo cuando la dirección de destino la solicita.
Modo de bajo consumo (sleep Mode)
El modo de sueño hace posible que el modulo RF entre en un
modo de bajo consumo de energía cuando se encuentra en uso.
Modo de comando
Este modo permite ingresar comando AT al modulo Xbee, para
configurar, ajustar o modificar parámetros. Permite modificar parámetros como
la dirección propia o la de destino, así como la operación entre otras cosas.
Idle
Cuando el xbee no se encuentra en ninguno de los otros
modos, se encuentra en este. Es decir no se encuentra transmitiendo ni
recibiendo información, ni ahorrando energía o configuración.
Con esto terminamos la introducción de los modulos xbee's, el siguiente post tratara de la configuración básica de los módulos xbee's para una red multipunto.
Bibliografía
IEEE Standard 802.15.4-2003, Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs), IEEE, October 2003.
Faludi, Robert (2010) Building wireless sensor Network (1 ed.) United States of
America:O’Really Media-
]Xbee / Xbee Pro RF Modulos, Digi
International INC. (2009): http:// http://www.xbee.cl
