Una red de sensores inalámbricos (WSN, Wireless Sensor Network) es un conjunto de dispositivos autónomos distribuidos por un área, que permite monitorizar y medir parámetros. Los dispositivos forman una red ‘mesh’ o mallada, cuya característica diferenciadora es que la comunicación de datos entre dos puntos cualesquiera de la red se puede hacer a través de equipos intermedios que actúan como repetidores. Esto hace posible que las potencias de transmisión de los dispositivos sean muy bajas, reduciendo el consumo energético y teniendo una autonomía elevada con una simple pila. Además la red es autoconfigurable, de manera que si uno de los dispositivos queda fuera de servicio, los demás se reconfiguran para enrutar (redirigir) los datos que pasaban a través del dispositivo caído.

Las redes de sensores inalámbricos se basan en la capa física definida por el estándar IEEE 802.15.4, sobre el que se define un protocolo de comunicación y de gestión entre los equipos (ZigBee), con estándares que proporcionan la infraestructura de red para aplicaciones de redes de sensores.

Las necesidades claves de diseño de las redes de sensores son:

  • Gran autonomía de funcionamiento a partir de baterías
  • Bajo coste
  • Tamaño o factor de forma pequeño
  • Soporte de redes de comunicación con entramados complejos
  • Gran número de dispositivos en una misma red

Las características generales de la especificación ZigBee son las siguientes:

  • Desarrollado en una capa física doble: 2.4GHz y 868/915 MHz
  • Velocidades de transmisión de datos de 250 kbps (@2.4 GHz), 40 kbps (@ 915 MHz), y 20 kbps (@868 MHz)
  • Optimizado para aplicaciones con periodos de actividad bajos o muy bajos
  • Acceso a canal mediante CSMA-CA (Acceso múltiple por detección de portadora – evita colisiones)
  • Bajo consumo
  • Múltiples topologías: estrella, punto – punto, mesh

Tipos de Nodos

En la definición de ZigBee / IEEE 802.15.4, los dispositivos de la red se pueden clasificar en dos categorías:

  • Nodos de Funcionalidad Total (Full-Function Device o FFD).
  • Nodos de Funcionalidad Reducida (Reduced-Function Device o RFD).

Con respecto a la función de cada dispositivo en la red, se distinguen tres tipos:

  • Coordinador. El coordinador es un nodo FFD, y sólo existe uno en cada red. Es el nodo que se encarga de constituir la red y gestionar las  comunicaciones entre todos los elementos.
  • Router. Es un dispositivo FFD, que permite que otros nodos se conecten a la red, y que se puede conectar también a otros routers. Su función es encaminar los mensajes desde los nodos finales de la red hasta el coordinador.
  • Nodo Final. Es un elemento RFD, que no permite que otros nodos se asocien a él, y no participa en el enrutamiento de mensajes. Sólo se puede comunicar con dispositivos FFD.

redes malladas

Lo que diferencia a las redes IEEE 802.15.4 / ZigBee de otras tecnologías inalámbricas es la capacidad de permitir una jerarquía de asociaciones entre los elementos de la red, en lugar de simples asociaciones maestro – esclavo. Esto permite extender la red en superficie tanto como sea posible, utilizando uno u otro tipo de nodo en cada punto. Así, por ejemplo, un dispositivo conectado al coordinador de la red puede actuar, a su vez, como enrutador, y permitir que otros dispositivos se conecten a él, resultando múltiples niveles de asociación.