Tecnologías Inalámbricas Clave: Bluetooth, Wi-Fi y ZigBee al Detalle

Tecnología Bluetooth: Fundamentos y Aplicaciones

Objetivos de la Tecnología Bluetooth

• Eliminar los cables.
• Obtener una tecnología de bajo coste.
• Impulsar las redes de área personal (WPAN).
• Reducir la potencia consumida.

¿Qué es Bluetooth?

Bluetooth es un enlace de radio de corto alcance, asociado a las Redes de Área Personal Inalámbricas (WPAN - Wireless Personal Area Network; también referidas como POS - Personal Operating Space). Se considera un sustituto del puerto IRDA (Infrared Data Association), aumentando la velocidad binaria y permitiendo la transmisión de voz, datos y vídeo.

Aplicaciones Comunes de Bluetooth

• Teléfonos móviles
• Agendas electrónicas
• Pasarelas residenciales
• Centralitas de seguridad/domótica
• Ordenadores
• Webcams
• Equipos Hi-Fi

Clasificación de Dispositivos Bluetooth por Alcance

• Clase 1: Potencia de 100 mW, alcance hasta 100 metros.
• Clase 2: Potencia de 2.5 mW, alcance hasta 10 metros.
• Clase 3: Potencia de 1 mW, alcance hasta 1 metro.

Inconvenientes de Bluetooth

Los principales inconvenientes radican en la seguridad y la compatibilidad entre tipos de dispositivos específicos.

Redes Wi-Fi: Estándares y Componentes

Estándares Wi-Fi Más Comunes (IEEE 802.11)

Los estándares Wi-Fi son una serie de normas que definen las características de una Red de Área Local Inalámbrica (WLAN - Wireless Local Area Network). El IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) es el encargado de definir un conjunto de estándares para la gestión de redes inalámbricas, siendo la familia 802.11 la más reconocida.

Tipos de Antenas Wi-Fi

Antenas Omnidireccionales

Diseñadas para proporcionar señal de forma extensa a sus alrededores, orientan la señal de radio en 360º, pero suelen ser de corto alcance. Su alcance es generalmente menor que el de las antenas unidireccionales, ofreciendo una cobertura más amplia pero menos concentrada.

Antenas Bidireccionales o Sectoriales

Cubren un área extensa y pueden alcanzar largas distancias. Son una mezcla de características, con un haz de radiación más enfocado que el de las omnidireccionales pero menos que el de las unidireccionales. Su ganancia (o intensidad de señal en la dirección principal) es típicamente mayor que la de las omnidireccionales en su sector de cobertura, pero menor que la de una antena unidireccional altamente directiva.

Antenas Unidireccionales

Orientan la señal en una dirección determinada con un haz estrecho, lo que les permite alcanzar largas distancias.

Problemas Comunes en Redes Wi-Fi

Interferencias

Diversas tecnologías pueden producir interferencias en las redes Wi-Fi, entre ellas:

• Bluetooth
• Hornos microondas
• Otras redes WLAN cercanas
• Teléfonos inalámbricos (especialmente los que operan en la banda de 2.4 GHz)

Atenuación

Las señales de radiofrecuencia pueden ser bloqueadas o debilitadas (atenuadas) por diversos materiales presentes en el entorno, como:

• Madera
• Yeso
• Ladrillo
• Metal
• Papel

ZigBee: Comunicación Inalámbrica de Bajo Consumo

Origen y Características

ZigBee es una tecnología inalámbrica promovida por una alianza de más de 25 empresas, enfocada en la comunicación de baja velocidad y muy bajo consumo energético. Se orienta a aplicaciones que requieren baterías de larga duración y redes de sensores. Es comparable en su filosofía de bajo consumo a conceptos como HomeRF Lite, que también fue una tecnología inalámbrica de baja velocidad y bajo consumo.

Tipos de Dispositivos ZigBee

Existen principalmente tres tipos de dispositivos en una red ZigBee:

• Coordinador de red (ZC - ZigBee Coordinator): Mantiene el control del sistema y de la red. Requiere mayor memoria y capacidad de computación. Solo hay un coordinador por red.
• Dispositivo de función completa (FFD - Full Function Device): Puede recibir mensajes estándar, actuar como coordinador de red o como router (ZR - ZigBee Router) para extender el alcance de la red.
• Dispositivo de función reducida (RFD - Reduced Function Device): Posee capacidad y funcionalidad limitadas, diseñado para ser de bajo coste y simplicidad. Generalmente son los sensores o actuadores finales.

Áreas de Aplicación de ZigBee

• Automatización de edificios: Control de alumbrado, aire acondicionado, calefacción, sistemas de alarmas y seguridad.

Control de Energía y Otras Aplicaciones

• Control de energía: Lectura automática de aparatos de medida (contadores de agua, luz, gas).
• Automatización industrial y redes de sensores.
• Identificación activa por RF (RFID).

Redes Ad Hoc con ZigBee

ZigBee soporta la creación de redes ad hoc y redes malladas (mesh), donde múltiples dispositivos pueden conectarse entre sí, aumentando la fiabilidad y el alcance de la red.

Consideraciones sobre Sistemas de RF y Comparativa de Tecnologías PAN

Desafíos de los Sistemas de Radiofrecuencia (RF)

Los sistemas de comunicación por radiofrecuencia presentan ciertos desafíos inherentes:

• Alta sensibilidad a las interferencias electromagnéticas.
• Posibilidad de intercepción de las comunicaciones si no se implementan medidas de seguridad adecuadas.
• La complejidad del entorno puede dificultar la propagación de la señal y la comunicación.
• Algunos sistemas más antiguos o simples pueden basarse en transmisión analógica, más susceptible al ruido. (Nota: Tecnologías como Bluetooth, Wi-Fi y ZigBee utilizan transmisión digital).

Comparativa de Tecnologías de Red de Área Personal (PAN) y Similares

A continuación, se presenta una comparativa general entre ZigBee, Bluetooth y Wi-Fi en el contexto de sus aplicaciones típicas:

ZigBee

• Nodos: Hasta 255 dispositivos por red (teóricamente muchos más en redes malladas).
• Consumo: Muy bajo consumo (ej: 30 mA activo, 3 µA en reposo).
• Alcance: De 15 a 75 metros (puede extenderse con routers).
• Velocidad de datos: Hasta 250 Kbps.
• Aplicaciones típicas: Control remoto, redes de sensores, domótica, automatización industrial. Destaca por su batería de larga duración y bajo coste.

Bluetooth

• Nodos: Máximo 8 dispositivos activos en una piconet clásica (un maestro y hasta 7 esclavos).
• Consumo: Bajo a moderado (ej: 40 mA activo, 0.2 mA en reposo).
• Alcance: De 1 a 100 metros (según la clase del dispositivo).
• Velocidad de datos: ~1-3 Mbps (Bluetooth Clásico/EDR), variable para Bluetooth Low Energy (BLE).
• Aplicaciones típicas: Conexión inalámbrica de periféricos (auriculares, teclados), sustituto de cables (wireless USB), comunicación entre móviles. Destaca por su interoperabilidad.

Wi-Fi

• Nodos: Muchos dispositivos, dependiendo de la capacidad del punto de acceso.
• Consumo: Alto (ej: 400 mA activo, 20 mA en reposo).
• Alcance: Típicamente hasta 100 metros en interiores, más en exteriores (depende del estándar y entorno).
• Velocidad de datos: Desde 11 Mbps (802.11b), 54 Mbps (802.11a/g) hasta varios Gbps (Wi-Fi 6/7).
• Aplicaciones típicas: Navegación por Internet, redes locales de ordenadores, streaming de vídeo. Destaca por su gran ancho de banda.