Category Archives: ZigBee
Wireless Body Area Network
WBAN (Wireless Body Area Network)
São redes compostas por um conjunto de sensores espalhados pelo corpo (fixados nas roupas, debaixo da pele e outros) que, através de tecnologias de comunicação sem fio, monitoram as condições físicas de uma pessoa e transmitem as informações coletadas para um “servidor” (on-line ou não). Por exemplo: vamos considerar um atleta que pretende ser monitorado à distância pelo seu técnico enquanto treina. Primeiro o atleta veste uma roupa especialmente preparada para abrigar os sensores que compõem uma rede WBAN. Estes sensores, durante a prática dos exercícios físicos, irão coletar e transmitir os dados do atleta para seu smartphone. Esta comunicação, inclusive, pode ocorrer por Bluetooth, ZigBee, UWB (Ultra Wideband) ou qualquer outra tecnologia pessoal de transmissão e recepção de dados sem fio. Já o smartphone, através de um programa, interpretará os dados coletados pelos sensores e os transformará em relatórios. Na seqüência, tais relatórios serão enviados para um servidor HTTP por meio da rede de telefonia celular (GPRS, EDGE, EV-DO, HSDPA, etc). O treinador, por fim, irá visualizar e avaliar a performance de seu atleta apenas conectando seu notebook a internet e apontando seu browser para uma URL predeterminada. Show de bola, né?
Além do exemplo acima, as redes WBAN já estão sendo utilizadas em diversas outras áreas, como na reabilitação de pacientes em clínicas de Fisioterapia. Alias, no site da PubMed Central (PMC), enorme repositório digital de publicações médicas, há vários artigos que fazem referência a esta tecnologia. Um deles, de título “ACCELEROMETER-BASED WIRELESS BODY AREA NETWORK TO ESTIMATE INTENSITY OF THERAPY IN POST-ACUTE”, propõe a utilização de acelerômetros para avaliar um paciente, além, é claro, de auxiliar no seu tratamento. Os acelerômetros, neste caso, formam uma rede WBAN. Ela detecta com exatidão todos os movimentos executados pelo paciente e transmite tudo para um Tablet PC. O Tablet PC, por sua vez, “traduz” as informações recebidas através de um programa e exibe o diagnóstico completo do paciente para o fisioterapeuta responsável.
O futuro do WBAN já começou a ser desenhado no Brasil. Como prova, podemos citar a apresentação desta tecnologia em um evento que ocorreu na cidade de São Paulo há pouco tempo. Durante a exibição do painel: “O Papel das Tecnologias Sem Fio nas Aplicações de Saúde e Bancárias”, representantes de diversos setores (como hospitais, operadoras de telefonia, Anatel, programadores e outros) conheceram e já deram início às discussões acerca de futuros projetos WBAN em território canarinho!
É isso!
WBAN Applications
WBAN (Wireless Body Area Network)
They are formed by a group of sensors spreads through the body (glued to the clothes, under the skin and others) which, through wireless technologies, monitor a person’s physical conditions and transmit the information collected to a “server” (on-line or not). For instance: we will consider an athlete who intends to be monitored at distance by his/her coach. First the athlete dresses a special clothes prepared to carry the sensors which compose a WBAN net. These sensors, during the practice of the physical exercises, will collect and transmit the athlete’s data to his/her smartphone. This communication can happen via Bluetooth, ZigBee, UWB (Ultra Wideband) or any other personal wireless technology. The smartphone, through a program, will interpret the data collected by the sensors and will transform them in reports. In the sequence, such reports will be sent to a HTTP server through the net of cellular telephony (GPRS, EDGE, EV-DO, HSDPA, etc). The coach, finally, will visualize and evaluate his/her athlete’s performance by connecting his/her laptop computer to the internet and pointing his/her browser to an predetermined URL.
Apart from the example, the WBAN nets are already being used in other several areas, such as patients rehabilitation in physiotherapy clinics. By the way, on PubMed Central site (PMC), which is an important digital repository of medical publications, there are many articles which make reference to this technology. One of them, called “ACCELEROMETER-BASED WIRELESS BODY AREA NETWORK TO ESTIMATE INTENSITY OF THERAPY IN POST-ACUTE”, proposes the use of accelerometers to evaluate a patient, beyond, of course, of aiding in his/her treatment. The accelerometers, in this case, forms a WBAN net. It detects, with accuracy, all the movements executed by the patient and it transmits everything to a Tablet PC. The Tablet PC “translates” the information received through a program and shows the patient’s complete diagnosis for the responsible physiotherapist.
The future of WBAN began to be developed in Brazil. As proof, we can mention the presentation of this technology in an event that happened recently in São Paulo city. During the exhibition of the panel: “The Paper of the Wireless Technologies in the Applications of Health and Bank”, representatives of several sections (as hospitals, mobile operators, Anatel, programmers and other) got to know and led off the discussions concerning future WBAN projects in the carnival land.
ZigBee Topologias
ZigBee (IEEE 802.15.4)
O padrão IEEE 802.15.4 foi homologado com o nome de ZigBee por uma aliança de empresas de diferentes segmentos denominada ZigBee Alliance. Trata-se de uma tecnologia de transmissão e recepção de dados sem fio de curto alcance que pertence à família WPAN (Wireless Personal Area Network), assim como o Infravermelho, Bluetooth e UWB (Ultra Wideband). Foi especialmente desenvolvida para ser utilizada em projetos de sensoriamento e monitoramento, como automação predial (controle de iluminação, detectores de fumaça, etc) e controle industrial (temperatura de máquinas, velocidade de motores elétricos, controle de talhas e pontes rolantes, etc).
O ZigBee opera em três faixas de freqüências distintas, contendo um número fixo de canais em cada uma: 868 MHz – com um único canal (0), 915 MHz – com 10 canais (1-10), 2,4 GHz – com 16 canais (11-26). Seus componentes consomem pouca energia (30 mW), são baratos, fáceis de serem instalados e possuem drivers extremamente enxutos, cerca de 50% menores quando comparados aos projetos que utilizam Bluetooth. Vale comentar que suas aplicações não exigem altas taxas de transferências de dados, fato que justifica os 250 kbps de pico.
A relação entre o IEEE 802.15.4 e o ZigBee é semelhante ao IEEE 802.11 e a Wi-Fi Alliance. Sua arquitetura da pilha de protocolo é estruturada em cinco camadas: PHY (Physical Layer), MAC (Media Access Control), NWK (Network), Suporte a Aplicação e Aplicação Perfil. As camadas MAC e PHY seguem a definição da IEEE 802.15.4. Já as camadas NWK e Suporte a Aplicação são definidas pela Zigbee Alliance.
As redes ZigBee podem assumir diversas configurações. Em todas elas há, pelo menos, um nó coordenador e um nó fim de dispositivo. O coordenador é um dispositivo completo (FFD) que apresenta as seguintes funções: ligar e desligar todos os elementos da rede, definir o canal de comunicação, alocar endereços aos demais nós, controlar a transferência de dados, entre outras. Já o nó fim de dispositivo pode ser completo ou apresentar funções reduzidas (RFD). O RFD é o menor e mais simples nó do protocolo ZigBee, executando apenas funções operacionais. Também existem os nós roteadores, responsáveis pelo encaminhamento das mensagens entre elementos que compõem a rede.
Topologias ZigBee
Uma rede ZigBee pode ser configurada de acordo com as seguintes topologias: estrela, agrupamento em árvore e mesh (malha). A topologia em estrela consiste de um ou mais fins de dispositivos que se comunicam com apenas um coordenador. Na topologia de agrupamento em árvore, fins de dispositivo podem se conectar com o coordenador ou com os roteadores do protocolo. Por fim, na topologia em malha os FFDs podem “conversar” diretamente com outros FFDs, sem a necessidade de passar por intermediários (roteadores).
Topologia em Estrela
Topologia de Agrupamento em Árvore
Topologia em Malha
É isso!
ZigBee IEEE 802154 GPRS
O problema do afundamento
Muitas vezes o solo que suporta uma construção (um prédio, por exemplo) passa por um processo de acomodação, fato que resulta num afundamento “natural” do imóvel. Tais afundamentos, inicialmente imperceptíveis a olho humano, podem causar sérios danos estruturais, transformando-se num enorme prejuízo. Muitos ainda acreditam que a inspeção periódica manual (feita por engenheiros) é a melhor alternativa para evitar o afundamento, porém esta opção é cara, demorada e está sujeita a erros. Foi pensando nisso que alguns pesquisadores desenvolveram soluções que utilizam a tecnologia ZigBee, já discutida aqui, para detectar rapidamente qualquer problema desta natureza.
O ZigBee (IEEE 802.15.4)
Assim como o Bluetooth (IEEE 802.15.1), o ZigBee está enquadrado como um sistema de curto alcance. Foi desenvolvido para ser aplicado em situações que não exigem altas taxas de transferências de dados, como alguns projetos de sensoriamento e monitoramento. Consomem pouca energia e podem operar em três freqüências distintas. São elas: 868 MHz (20 kbps), 915 MHz (40 kbps) e 2,4 GHz (250 kbps). Também apresentam drivers extremamente enxutos, cerca de 50% menores quando comparados aos projetos que utilizam Bluetooth.
O ZigBee e o afundamento
Os módulos de RF e os dispositivos de controle que devem ser empregados no problema em questão não precisam de alta largura de banda, mas devem apresentar um baixo consumo de energia e latência. Todos esses critérios são atendidos pelo ZigBee, fato que justifica a escolha desta tecnologia por diversas empresas que visam monitorar o afundamento de uma construção. É o caso da BOX telematics e da MeshNetics.
Recentemente elas apresentaram um projeto cujos transceptores ZigBee são espalhados pelo perímetro da estrutura, lugares estratégicos que permitem a coleta e a transmissão das informações. Funciona assim: em intervalos de tempo predeterminados, os transceptores realizam suas leituras e transmitem as informações recolhidas para um gateway GPRS. Este gateway, por sua vez, encarrega-se de enviar todo o material coletado para o servidor da empresa de monitoramento. Lá são armazenados num banco de dados e disponibilizados aos interessados por meio de relatórios on-line.
Fantástico, não?
É isso!
ZigBee 802154 disac control4 automacao residencial
Já comentamos, em artigos anteriores, sobre o ZigBee – IEEE 802.15.4 (aqui). Falamos sobre seu baixo custo de implementação e baixo consumo de corrente. Vimos também que, na maioria das vezes, escrever drivers para ZigBee é mais fácil em relação a outros padrões wireless. Por exemplo: em geral, drivers para ZigBee são 50% menores se comparados ao Bluetooth. Ainda em outras matérias, apresentamos alguns módulos ZigBee (aqui). Descrevemos o XBee, da MaxStream, bastante utilizado em projetos que fazem uso deste padrão.
No artigo de hoje falaremos de uma empresa que oferece soluções através do ZigBee. É a Control4, companhia americana representada no Brasil pela paulistana Disac. Tal empresa, com seus produtos que utilizam o padrão IEEE 802.15.4, promete trazer conforto e segurança para qualquer “lar doce lar”. Por exemplo: ao montar uma rede ZigBee entre alguns eletrônicos, pode-se controlá-los com um único “super controle”. Isto significa que da poltrona da sala é possível ajustar o ar-condicionado, ascender a luz do quintal, abrir o portão da garagem, desligar o video-game do quarto do filho e outras comodidades. Achou a idéia do controle remoto “comum”? Então se prepare.
A Control4 ainda oferece um leitor biométrico. Com ele é possível configurar o comportamento da rede de acordo com cada morador. Funciona assim: você gosta de música MPB e ar-condicionado na temperatura de 27 graus. Já sua esposa prefere new-age e temperatura de 25 graus. Quando você chegar do trabalho e colocar seu dedo no leitor, eureca! O ambiente se ajusta conforme a temperatura de sua escolha e Caetano Veloso começará a cantar. O mesmo vale para a esposa. E mais: o sistema permite alguns ajustes de segurança. Pode-se modificar o comportamento da rede conforme os dedos de cada morador. Por exemplo: ao ativar o sistema com o polegar, as configurações prediletas serão executadas. Já o dedo indicador pode significar assalto. Ao usá-lo o sistema poderá enviar mensagens SMS, e-mails e telefonar para a polícia avisando sobre o roubo.
Para desfrutar de todo este conforto e segurança, basta conectar uma “caixinha ZigBee” aos eletrônicos. A conexão entre a “caixinha ZigBee” e o eletrônico pode ser feita através de infravermelho, serial ou relés de contato. Feito isso, além do controle remoto, é possível instalar na parede um painel com tela de LCD para manipular o sistema.
Gostou? Mas isso não é tudo. A Control4 ainda possui outras incríveis soluções. Faça uma visita ao site deles – AQUI.
É isso!
