I NTRODUCTION

El estándar IEEE 802.15.4 define los protocolos de capa física y MAC de un estándar RF diseñado para aplicaciones de monitoreo remoto control. Zig Bee es un consorcio industrial con el objetivo de promover el estándar IEEE 802.15.4 garantizando la interoperabilidad mediante la definición de las capas superiores de red, y las interfaces de aplicación del estándar. El bajo costo y bajo consumo de 802.15.4 están destinados a permitir el despliegue de una amplia base de redes inalámbricas capaces de funcionar durante años con baterías normales además, está optimizado para procesamiento de datos a baja velocidad (hasta 115.2Kb / s), ya sea con o sin soporte de QoS (Zha, 2004).

Las aplicaciones de Zig Bee se comunican a través de las capas PHY y MAC especificadas por el estándar IEEE 802.15.4. Adicionalmente la especificación Zig Bee construye una capa Network (NWK) y una capa APL (de aplicación) que funcionan sobre dicho estándar. La capa física proporciona las funciones básicas de comunicación a través de radiofrecuencia mientras que la capa de acceso y control al medio provee servicios que permiten una comunicación segura entre dispositivos próximos a distancias de un solo salto. La capa de red provee funciones de ruteo y es necesaria para crear diferentes topologías de red (Morrow, 2004).

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Figura 14 Capas Zig Bee (Fuente upload.wikimedia.org)

La capa de aplicación incluye las capas APS (Application Support Sub-Layer), La capa ZDO (Zig bee Device Object), y una capa de Aplicación Zig bee definida por el usuario o diseñador, donde ZDO se encarga de todo el control del dispositivo y APS provee los servicios de comunicación entre ZDO y la capa de aplicación Zig bee definida por el usuario (Yang, 2004).

La NKW de Zig Bee soporta tres topologías estrella, maya y clúster y es responsable de los mecanismos mediante los cuales se agregan o quitan dispositivos de la red, de aplicar los servicios de seguridad y de enrutar los paquetes de datos, adicionalmente se encarga del el mantenimiento de las rutas y del descubrimiento de dispositivos vecinos. Zig bee define tres tipos de dispositivos en lo que se refiere a sus capacidades de red:

 EL COORDINADOR ZIGBEE: El coordinador Zig Bee es el responsable de inicializar la

red y asignar las direcciones de red todo los dispositivos asociados a él.

 EL ROUTER ZIGBEE: Es el encargado del mantenimiento de las rutas, hacer el

enrutamiento de masajes y soporta la adición de dispositivos a la red.

 EL DISPOSITIVO FINAL: es a aquel que se asocia a un coordinador o un router y es el

generador del tráfico en la red.

3.2.1.

Una red de área personal (PAN) Zig Bee se compone básicamente de tres elementos un coordinador, uno o varios routers y dispositivos finales; esta se crea cuando un coordinador selecciona un canal y el ID de PAN. Una vez que el coordinador ha iniciado una PAN, los routers y/o los dispositivos finales pueden unirse a la red.

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Cuando un router o un dispositivo final se une a una PAN, recibe una dirección de red de 16 bits entonces puede transmitir y recibir de datos hacia otros dispositivos de la PAN.

Los routers y el coordinador permiten que otros dispositivos se unan a la PAN, y ayudan en el envío de datos a través de la red para asegurar que los datos se coloquen correctamente en el dispositivo destinatario.

Cuando un router o el coordinador le permiten a un dispositivo unirse a la PAN, el dispositivo final incorporado se convierte en un hijo del dicho coordinador o router.

Los dispositivos finales, puede transmitir o recibir datos, pero no pueden encaminarlos de un nodo a otro, ni pueden permitir a otros dispositivos unirse a través de ellos a la PAN. Los dispositivos finales siempre se deben comunicar directamente con su dispositivo padre.

El router o el coordinador son los dispositivos padres y son los encargados de llevar la información de los dispositivos finales desde su origen hacia su destino. Los dispositivos finales están destinados a operar con pilas y pueden funcionar en modo de bajo consumo del cual solo despiertan en el momento de transmitir información.

Figura 15 Ejemplo básico de la topología de una red zig bee.

La dirección de red del coordinador del PAN es siempre 0. Cuando un router se une a una PAN, también puede permitir a más routers y otros dispositivos finales unirse a él. Al unirse establece una relación padre/ hijo entre dos nodos. El nodo que permite la unión es el padre, y el nodo que se incorpora a este es el niño. La relación padre / hijo no es necesaria para el enrutamiento de datos.

3.2.2.

Cuando un primer coordinador aparece, realiza una exploración de energía en múltiples canales (frecuencias) con el objeto de seleccionar un canal libre para iniciar la PAN. Después de quitar los canales con altos niveles de energía detectada, el coordinado remite un comando de solicitud faro 802.15.4 hecha en los canales restantes de bajo nivel de energía.

Los routers cercanos o coordinadores que ya se han unido una PAN responden a la trama de solicitud faro con una transmisión pequeño faro que indica el identificador de PAN (PAN ID) bajo el que están operando en el momento, con esto se determina si le es o no permitido unirse bajo este ID. El coordinador intenta entonces iniciar con un ID PAN sin usar en alguno de los canales de bajo los que envió la solicitud de faro. Después de iniciar, el coordinador podrá permitir a otros dispositivos unirse a su PAN.

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3.2.3.

Cuando un router aparece, primero debe localizar y unirse a una PAN Zig Bee. Para ello, emite un comando de solicitud faro 802.15.4 en los múltiples canales para localizar las redes PAN cercanas. Los routers cercanos y los coordinadores que ya se han unido a una PAN responder a la trama de solicitud faro con una transmisión pequeño faro , lo que indica el canal y el ID del PAN con el que están operando en en el momento. El router escucha en cada canal las tramas de pequeño faro. Si una de estas tramas contiene un ID de PAN valido el router envía una petición de adición a el nodo que respondió la trama de solicitud de faro con ID valido. Si el router logra unirse, A continuación, recibirá una combinación de confirmación desde el dispositivo padre, lo que indica la unión se ha realizado correctamente. Una vez que el router se une a la PAN, puede comunicarse con otros nodos de la misma y permitir que dispositivos nuevos se unan a él en el caso de tratarse de otro router.

3.2.4.

Cuando un dispositivo final aparece, debe localizar y unirse a un PAN. Los dispositivos finales siguen el mismo proceso de un router al unirse a una PAN. Una vez que el dispositivo final tiene éxito en esta operación, puede comunicarse con otros dispositivos en la PAN. Sin embargo, dado que los dispositivos finales no se pueden enrutar lo datos, siempre debe comunicarse directamente con sus padres y permitir a los padres encaminar los datos en su nombre.