El objetivo de este documento es describir las características de ZigBee como red inalámbrica de sensores y sus múltiples aplicaciones prácticas. En particular se describe la plataforma n-Core como infraestructura completa para el despliegue y desarrollo de esta tecnología ya sea para la gestión de automatización como para el enfoque de localización precisa en entornos indoor como RTLS (Real Time Location System).

2. Qué es ZigBee?
• Zigbee Es un estándar de comunicación inalámbrica y un conjunto de especificaciones
para wireless personal area networking (WPAN) o WSN (Wireless Sensor Network)
destinadas a la comunicación radio (RF) entre computadores y distintos dispositivos.
• ZigBee se ha desarrollado para satisfacer la creciente demanda de capacidad de red
inalámbrica entre varios dispositivos de baja potencia. En la industria ZigBee se esta
utilizando para la próxima generación de fabricación automatizada, con pequeños
transmisores en cada dispositivo, lo que permite la comunicación entre dispositivos a
un ordenador central.
• Hace 10 años se formó la alianza Zigbee que incluye, entre otras, empresas importantes
como Philips, Freescale, Texas Instrument, Atmel, LG, Samsung o Sony.
• Bajo el estándar IEEE 802.15.4, Zigbee Alliance ha creado un sistema estándar abierto
de comunicaciones inalámbricas, efectivo, seguro, de bajo coste y baja potencia para
usarlo dentro de dispositivos de automatización hogareña (domótica), de edificios,
control industrial, periféricos de PC, sensores médicos y muchos otros dispositivos en lo
que se ha llamado Intenet of Things (IOT).

3. Principales Características
CARACTERÍSTICAS
ZIGBEE

4. Tipos de Dispositivos
Coordinador (Abeja-Reina)
- Hay uno por red
- Configura y establece la red
- Determina el canal de acceso
- Proporciona servicios de direccionamiento
- Alimentación por red o batería
Routers (Zánganos)
- Permite la interconexión entre nodos para
extender la red
- Participa en el multi-hop routing
- Servicios de E/S de datos
- Alimentación por red o batería
End-Device (Obreras)
- Conecta con su nodo padre
- No tiene tareas específicas
- Puede actuar como nodo de tipo sensor, actuador o tag
localizable
- Despierta periódicamente para ver mensajes pendientes y
duerme el resto del tiempo
-Normalmente alimentado por baterías

5. Topologías de Red
• A diferencia de otras tecnologías inalámbricas, Zigbee soporta y permite múltiples
topologías de red:
• Estrella (Star): Nodo central y N dispositivos conectados a él.
• Árbol (Tree): Cada nodo padre puede tener N nodos hijos según a profundidad
definida para la red.
• Punto a punto (Peer To Peer)
• Malla o rejilla (Mesh): Esta topología permite la interconexión entre los nodos
enrutadores por lo que siempre se aseguran caminos alternativos en caso de caída
de cualquier nodo de la red.
• La flexibilidad y escalabilidad de estas topologías de red hacen que la tecnología ZigBee
puede ser desplegada en cualquier tipo de recinto - ya sea indoor o outdoor –
cubriendo áreas muy amplias bajo una única red.
• Zigbee presenta mayor tolerancia a obstáculos y presencia de paredes que otras
tecnologías pudiendo evitar fácilmente los mismos estableciendo rutas opcionales.

6. Security &
Vigilance
Information & control
of energy usage Building
Access Control
automation
Consumption & Retail Environmental Data
Health Care Monitoring
Patterns analysis Services
User/Asset ZigBee Health Mgmt &
Location - RTLS Patient Monitoring
Applications
&
Smart
Home
Markets Energy
Personal automation
Identification
Presence &
MEMS Sensors
Industrial & Domestic Telecom Remote
automation Services Control
Light, Heat, Cool
& HVAC
Geo-fencing

7. Plataforma n-Core®
n-Core® es una potente plataforma hardware y software que permite desarrollar, integrar y
desplegar, de manera fácil y rápida, una amplia variedad de aplicaciones sobre redes
inalámbricas de sensores basadas en el estándar IEEE 802.15.4/ZigBee
n-Core® ofrece un juego completo de
Applications/Services servicios API (librerías dll) para crear
rápidamente aplicaciones desde cualquier
entorno y lenguaje (.net, Java, Python,
C/C++, …) permitiendo:
Admin & Conf Tool
Autom Network Mgmt RTLS Gestión completa de la red: Creación,
configuración, monitorización,
Polaris Tool
Automation Location parametrización de nodos, etc.
Engine Engine
Automatización: Control y monitorización
de sensores/actuadores, recogida y
Hardware – Sirius Devices
transferencia de datos, etc.
(802.15.4/Zigbee)
Localización: Suministra potentes
algoritmos para determinar la posición de
dispositivos en tiempo real.
n-Core® ofrece una infraestructura de bajo coste y rápido retorno de la inversión
minimizando enormemente tiempos de desarrollo, instalación e implantación tanto de
soluciones de Automatización como de Localización bajo una única plataforma.

8. Infraestructura - Dispositivos n-Core Sirius (I)
Sirius A
•Permite la conectividad con cualquier sensor/actuador del mercado.
•Juego completo de E/S (digitales, salidas relé, SPI, I2C, ADC, RS-232, USB,…)
•Solución total para cualquier tipo de aplicaciones de automatización y sensorización.
•Medidas: 111.8 x 107.7 x 26.3 mm
Sirius D
•Con un versátil diseño es el dispositivo idóneo para crear extensas redes bajo
cualquier tipo de aplicación.
•Interfaces: Entradas digitales, SPI, I2C, ADC, UART
•Bajo sistemas RTLS actúa como router / sensor sin requerir línea de vista
•Medidas: 65 x 53 x 23 mm
Sirius B
•Mismo tamaño que Sirius D con botones programables para acciones
particulares (alarma).
•Actúa como dispositivo final de usuario (tag localizable)

9. Infraestructura - Dispositivos n-Core Sirius (II)
Sirius RadIOn
•Equivalente a Sirius D
•Menor tamaño y versatilidad tanto para redes de sensores como
para infraestructura de localización
•Medidas: 22x 32.7x 5mm
Sirius Quantum
•El tag ZigBee más pequeño del mundo diseñado especialmente para
sistemas RTLS.
•Incluye acelerómetro y botones configurables
•Medidas: 22x 32.7x 5mm
Sirius IOn
•Tarjeta de expansión que ofrece todas las posibilidades de programación
de E/S (sensores, actuadores, PCs,…) compatible con todos los dispositivos
Sirius
•3 versiones con múltiples sensores: Development, Motion (Acelerómetro,
Brújula) y Environment (Luz, temperatura, humedad, relé).
•Medidas: 41 x 42 x 15 mm

10. Herramientas n-Core – Config. Tool

11. Herramientas n-Core – Polaris Web Tool

12. Sistema RTLS – Instalación y despliegue
• Instalación de sensores (routers) en el área objetivo (Sirius D / Sirius RadIOn):
• Proceso extremadamente sencillo y rápido
• Sólo se requiere toma de alimentación (3.5 voltios).
• No se requiere cableado añadido entre nodos ni hacia el sistema central
• Pueden ocultarse en falso techo. No se requiere línea de vista con los tag objetivo.
• Localización Indoor/Outdoor:
• Los sensores pueden ser ubicados en zonas exteriores (outdoor) de manera que se
cubra no sólo el entorno indoor sino también zonas exteriores (i.e. Campus,
aparcamientos, zonas de acceso, etc).
• Para cubrir grandes distancias (p.e. distintos edificios) la red ZigBee es fácilmente
ampliable a través de conectores 3G/WiFi.
• No se requiere calibración de la red desplegada.
• La instalación efectuada puede modificarse o ampliarse sin problemas si fuera necesario
en fases posteriores (p.e. por requerir mejoras de precisión en ciertas zonas).
• Se requiere disponer de los planos a escala para establecer las coordenadas exactas de
ubicación de cada sensor (X/Y/Z).

13. Plataforma n-Core – Precisión
• La red admite múltiples configuraciones dependiendo de la estructura y distribución de
cubículos en el área objetivo así como de la precisión requerida.
• Pueden conseguirse menos de 2 metros de precisión con un número adecuado de
sensores.
• Estos despliegues pueden ser probados en cuestión de minutos (sensores con batería)
antes de pasar a la instalación final.
Despliegue Perimetral: Se dispone de Despliegue Interior: Precisión a nivel
ubicación precisa dentro de las habitación (1 sensor/cubículo) que
habitaciones, pasillo central y hall puede ser suficiente en muchos casos de
derecho. uso (hospital, hotel, despacho, …)

14. Plataforma n-Core – Proceso Localización
Id_TAG
RSSI /LQI
Rx Level GetNodePosition GetNodeParams
ID_ROUTER
GetTagsTable SetNodeParams
RTLS/Location API
Location
Engine Network
DB
• Los TAGS (objeto localizable) envían periódicamente un mensaje de broadcast a todos los
sensores próximos. Este periodo es configurable por cada dispositivo dependiendo del
tiempo real requerido para obtener su posición.
• Los ROUTERS (sensores) recopilan la información de cada tag en una tabla interna que
transmitirán periódicamente al nodo colector (TagsTable message).
• El colector transmite toda esta información al módulo de cálculo que determina la posición
X/Y/Z de cada tag.
• El API permite obtener fácilmente las coordenadas X/Y/Z de cualquier nodo de la red así
como obtener y/o modificar los parámetros de configuración que intervienen en este
proceso.

15. Casos de Uso
Hoteles
• Tarjeta ZigBee para clientes
• Automatización de habitaciones (luz, música, temperatura, humedad,…)
• Control de consumo energético
• Detección de presencia: Dentro/Fuera de la habitación
• Botón pánico
• Gestión de entrada y salida de clientes
• Gestión del personal del hotel (empleados, limpieza, seguridad,…).
• Tag/Pulsera Zigbee.
• Localización y seguimiento dentro del hotel
incluyendo zonas exteriores como parking o piscina.
• Control de accesos
Supermercados
• Tag Zigbee enganchado en el carro de la compra.
• Seguimiento continuo dentro del supermercado y zonas limítrofes
• Análisis de rutas y comportamientos de consumidores
• Estadísticas de consumo – gestión útil de empleados y demanda de productos.
• Localización a nivel área/zona del supermercado puede ser suficiente
• Opcionalmente: Aplicación móvil con mapas indoor para guiar al cliente, mostrarle
descuentos, buscar productos,….

16. Casos de Uso
Seguridad y Vigilancia
• Tag ZigBee para el personal de seguridad
• Control de presencia automático: Chequeo de rondas periódicas tanto en zonas indoor
como en zonas exteriores.
• Localización precisa en caso de alarma
• Botones de Alarma configurables para eventos programables
• Control de accesos
Policía
• Tag ZigBee para personal de comisarías y dependencias policiales
• Pulsera ZigBee temporal para detenidos y visitantes
• Localización continua o bajo demanda de detenidos
• Geo-fencing
• Control de Accesos

17. Casos de Uso
Hospitales, Residencias y Centros de Salud
• Pulsera ZigBee para pacientes y, opcionalmente, visitas.
• Botones de alarma para uso del paciente.
• Seguimiento continuo – análisis de rutas y comportamientos
• Detección de caídas
• Gestión de zonas restringidas por usuario (geo-fencing indoor)
• Tag ZigBee para personal médico y, opcionalmente, empleados del hospital (limpieza,
seguridad).
• Localización bajo demanda
• Control de accesos
• Tag Zigbee para instrumental y objetos de valor
• Gestión de inventario
• Localización bajo demanda: Capas espaciales de objetos
Teleasistencia:
• Tag ZigBee para el paciente asistido en su domicilio
• Botón Pánico/Alarma
• Detección de entrada/salida (geofencing en zona)
• Tag ZigBee para asistente domiciliario
• Control de presencia y asistencia efectiva en domicilio

18. Casos de Uso
Almacenaje y control de enseres
• Localización de conteiners en interiores y exteriores.
• Control de inventario
• Alarmas por robo
Minas
• Localización y seguimiento de mineros
• Botón pánico

19. Conclusiones
• Muchas aplicaciones de localización requieren la incorporación de sensores y
automatización (i.e. Aplicaciones de control de accesos). Zigbee proporciona tanto la
gestión de localización como la integración con cualquier tipo de sensor/actuador.
• Zigbee es la opción adecuada para multitud de casos donde se requiere seguridad y
fiabilidad en las comunicaciones y no se requieren alta transferencia de datos. Las
topologías de red Zigbee permiten adaptarse a cualquier tipo de entorno y distribución
tanto interior como exterior.
• Zigbee no está presente en los teléfonos móviles por lo que el objeto a localizar
(usuario, recurso) debe portar un tag Zigbee:
• Muchos casos de uso están orientados a grupos de usuarios específicos y
controlados por lo que no se requiere el uso adicional de un teléfono móvil.
• El teléfono movil puede usarse como canal de entrada y salida para enviar o recibir
datos en base a la posición del tag Zigbee asociado.
• En otros casos el tag Zigbee operará objeto a localizar en interiores (y,
opcionalmente, en exterior) mientras que, en exteriores, el usuario podrá ser
localizado por Celda/GPS o WiFi a través de su terminal móvil.
El dispositivo Zigbee puede incluir sensores de movimiento (MEMS) de gran calidad cuyo uso
puede ser independiente o cooperativo para la obtención de la posición precisa del objeto a
localizar.

20. ¿Alguna pregunta?