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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 Ã?rvore

Topologia em Malha

É isso!

Mais sobre ZigBee

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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!