Protocolos de comunicacin Zigbee y Wi-fi

Protocolos de comunicacin Zigbee y Wi-fi

Profesor: Alberto Fonseca Beltrn Materia: PLC avanzadoAlumnos: Zayas Olguin David Ernesto. Garca Bez Gilberto Miguel.

Protocolos de Comunicacin Zigbee y Wi-fiDentro del contexto del rea de automatizacin industrial, las redes de PLC son muy utilizadas para el control de muchos procesos y con ello los protocolos de comunicacin surgen cubrir desde las necesidades ms bsicas hasta las ms complejas. En este documento se presenta una investigacin de los estndares Zigbee y Wi-fi, explicando de manera breve y concreta los puntos principales de los mismos.ZigbeeZigbee es un estndar que maneja protocolos a los cuales les permite operar en conjunto para formar redes inalmbricas de corta distancia y baja velocidad de datos. Sus bandas de operacin son de 868 y 915MHz, y 2.4GHz. Su velocidad de transferencia puede alcanzar hasta los 250Kbps.Este modelo fue desarrollado por la Alianza Zigbee, el cual es una ampliacin del estndar 802.15.4, que maneja la IEEE para redes inalmbricas. Y fue diseado bajo las siguientes especificaciones: Ultra bajo consumo que permita usar equipos a batera. Bajo costo de dispositivos y de instalacin y mantenimiento de ellos. Alcance corto (tpico menor a 50 metros). Optimizado para ciclo efectivo de transmisin menor a 0.1%. Velocidad de transmisin menor que 250Kbps. Tpica: menor que 20Kbps.

La imagen anterior muestra la clasificacin de los estndares de redes inalmbricas y se puede observar que los estndares Zigbee y 802.15.4 se encuentran al mismo nivel, ya que ambos contienen similares caractersticas. Se aprecia que su alcance va desde Redes Inalmbricas de rea Personal (WPAN) hasta Redes Inalmbricas de Area Local (WLAN). Con velocidades digamos aceptables. Caractersticas GeneralesLas caractersticas que destacan de este modelo son: Usa CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance) para acceso al canal. Proporciona alto rendimiento y baja latencia para dispositivos de bajo ciclo de trabajo, muy adecuado para sensores y controles. Baja potencia. 64 bits de direccionamiento (1.8 cantidad de dispositivos). 16 bits para identificar redes que determinan un total de 65536 redes. Uso de ranuras de tiempo para permitir aplicaciones de baja latencia. Protocolo con handshake (dialogo) para mejorar la seguridad en las transferencias. Rango: hasta 50 metros.Tipos de Trfico Zigbee maneja tres tipos de trfico de datos que son:a) Datos peridicos: transmisin de datos cada cierto intervalo de tiempo.b) Datos intermitentes (por eventos): estimulada por dispositivos externos que permiten definir la tasa de datos.c) Datos peridicos con comunicacin garantizada: mtodo que garantiza la atencin por un cierto , es decir, comunicacin libre de competencia.Capas de ZigbeeLas capas de Zigbee estn basadas en el modelo de referencia ISO para interconexin de sistemas abiertos OSI. En la imagen inferior podemos apreciar que se comparan las capas entre 802.15.4 y el estndar primeramente mencionada en esta seccin. Donde la IEEE maneja 7 capas y Zigbee lo hace en 4 con el fin de mejorar el diseo de una red de baja tasa de transmisin, simple y bajo consumo. Por default, 802.15.4 define la capa fsica (PHY) y la capa de acceso al medio (MAC), mientras que las dos siguientes son diseadas por Zigbee: Capa de red (NWK) y de aplicacin (APL), donde esta ltima contiene subcapas de soporte para framework de aplicacin y dispositivos.

Al igual que otros tipos modelos para redes inalmbricos Zigbe maneja una serie de nodos para conformar una red y los cuales se clasifican as: Coordinador: Es el nodo raz de la red y es responsable de: Arranque de la red. Configuracin de los parmetros de la red. Admisin de nodos a la red. Asignacin de direcciones de red.

Ruteador: Nodo que permite extender la cobertura de una red y aumentar la confiabilidad, creando rutas adicionales. Dispositivo final: Nodos que son dispositivos de funcionalidad reducida, que son capaces de comunicar con un ruteador o coordinador.

Topologas Las topologas que maneja Zigbee son las que utiliza el protocolo 802.15.4 de la IEEE y las cuales son las siguientes. Estrella rbol Malla

Aplicacin de Zigbee para red de PLCsSistema SCADA con ZigbeeSe ha buscado una aplicacin industrial la cual relacione una red PLCs inalmbrica manejada con Zigbee, el sistema SCADA es muy utilizado en la industria. En este caso, el sistema SCADA est enfocada a los procesos de coca cola, donde se utilizan para la supervisin, control y adquisicin de datos de lo que est sucediendo en el proceso. De esta manera, es un tanto peligroso cuando se utiliza cableado para interconectar dispositivos en las reas de procesamiento. Por ello, se implementar el protocolo de comunicacin Zigbee que ofrece un red inalmbrica de corto alcance pero confiable y efectiva para hacer conexiones. Dicho as pues, los controladores de cada rea de procesamiento estarn comunicados con topologa estrella, donde los dispositivos finales son los PLCs y los cuales estarn enviando los datos al Coordinador o computador que estar al mando de la supervisin de todos los procesos. Asegurndose de que cada proceso funcione correctamente.

Wi-Fi (802.11)Wi-Fi es un modelo que est basado en el protocolo 802.11 de la IEEE y fue diseada por la alianza Wi-Fi un conjunto de empresas que, tenan el objetivo de constituir una red Ethernet inalmbrica de alta velocidad. Una de las cualidades destacables de este estndar es que tiene la posibilidad de extenderse a las todas las reas en una gama amplia de aplicaciones. Desde estar en una oficina y crear una red sin necesidad o hasta viajar y llevar una computadora porttil o dispositivos que soporten la tecnologa necesaria para redes inalmbricas. Como todo protocolo wifi contiene ciertas especificaciones que le distinguen entre los dems y los cuales son los siguientes: Velocidades de transmisin tericas de 1 y 2 Mbps. Datos transmitidos por seales infrarrojas (IR) a 2.4GHz. Usa CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance) para acceso al canal.

Despus de 802.11 se vinieron otras enmiendas de este, las cuales hacan mejora de los ancho de banda del original y se describen a continuacin. 802.11a permite hasta 54 Mbps en la banda no licenciada a 5GHz. 802.11b permite hasta 11 Mbps en la banda no licenciada a 2.4GHz. 802.11g permite hasta 54 Mbps en la banda no licenciada a 5GHz. 802.11n permite hasta 600Mbps en las bandas no licenciadas a 2.4 y 5 GHz.

En la siguiente imagen se observan caractersticas de los estndares anterior excepto de 802.11n.Capas de Wi-fiSe establecen dos niveles inferiores en modelo OSI para conexiones inalmbricas que utilizan ondas electromagnticas, es decir, la capa fsica y la capa de enalce de datos, la cual se compone de dos subcapas: control de enlace lgico (LLC) y control de acceso al medio (MAC).

Topologas Dentro de las topologas que se manejan en redes inalmbricas de estos estndares se encuentran las siguientes: Punto a punto Punto a multipunto Multipunto a multipunto

Aplicacin de red inalmbrica de PLCs con wifiEn esta seccin se disea la aplicacin de un sistema redundante inalmbrico por medio de wifi de motores trifsicos. Donde se tiene dos PLCs, los cuales controlan un par de motores cada uno, en caso de que un PLC llegue a fallar en el proceso de control de los motores, este ceder la operacin al otro PLC para que contine el proceso sin ninguna falla. Esto mediante un red wifi, que estar comunicada con dispositivos inalmbricos que estarn conectados a los PLCs y poder comunicarse entre ellos.

Fuentes de informacin http://www.eslared.org.ve/walc2012/material/track1/05-Introduccion_a_las_redes_WiFi-es-v2.3.pdfhttp://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/hernandez_a_r/capitulo1.pdfhttp://styk-informatica.blogspot.mx/http://postgrado.info.unlp.edu.ar/Carreras/Especializaciones/Redes_y_Seguridad/Trabajos_Finales/Dignanni_Jorge_Pablo.pdf