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Asi Puedes Construir una red Zigbee estable y Robusta

Así Puedes Construir una red Zigbee estable y Robusta

 

Aquellos que siguen este sitio web con regularidad ya saben que Zigbee es el preferido y el foco de nuestro contenido en comparación con otros estándares de conectividad. Es un protocolo de comunicación simple, confiable y robusto con capacidades de red en malla.

Por un lado, la mayoría de los usuarios prefieren los dispositivos Zigbee porque son relativamente más asequibles en comparación con las alternativas Z-Wave of Thread. Por otro lado, Zigbee opera dentro de la congestionada banda de 2,4 GHz, lo que plantea desafíos de implementación en entornos domésticos típicos donde este espectro está muy saturado.

Afortunadamente, existen pasos que puede seguir para garantizar la creación de una red Zigbee sólida y confiable. Este artículo es la guía definitiva para construir una red Zigbee sólida, estable y robusta desde cero. Incluso si ya cuenta con una red, este artículo resultará muy valioso ya que proporciona soluciones prácticas para abordar y rectificar problemas con una red Zigbee poco confiable.

Elige una aplicación

Elegir la aplicación adecuada es crucial para crear una buena experiencia Zigbee. Esta decisión influirá en gran medida en la elección de su coordinador, así como en la compatibilidad del dispositivo. En este artículo se analizan las dos integraciones más populares: Zigbee2MQTT y ZHA (Zigbee Home Automation).

El debate ZHA vs Z2M ha estado sucediendo en foros y subreddits comunitarios desde que tengo uso de razón y siempre parece llegar a la misma conclusión:

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Zigbee2MQTT
  • Quieres una excelente compatibilidad con dispositivos, con nuevos dispositivos agregados rápidamente
  • Quiere control total sobre su red y sus dispositivos
  • Quieres actualizaciones de firmware OTA sencillas
  • Quieres conectarte en línea cuando Home Assistant no funciona
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ZHA
  • Quieres una integración sencilla, nativa de Home Assistant
  • Quieres una instalación y configuración muy sencillas
  • Quiere un apoyo más amplio para los coordinadores
  • No desea utilizar un corredor MQTT

Hay mucho más de qué hablar entre los dos, pero haría falta un artículo aparte para arañar la superficie. Puedo decir cómodamente que en este punto de su desarrollo, ambos son muy maduros y no puedes equivocarte con ninguno de los dos. ¡ También es posible ejecutar ambas aplicaciones en un único coordinador de red!

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En aras de la transparencia, si tuviera que elegir uno, elegiría Zigbee2MQTT.

Utilice un buen coordinador

El siguiente paso importante para construir una red de malla Zigbee sólida es elegir un buen coordinador. No se puede esperar que un dongle obsoleto funcione bien con dispositivos más nuevos y redes grandes.

Claro, el dispositivo Conbee II es un excelente coordinador, nos ha sido de gran utilidad a usted (y a mí) a lo largo de los años. Pero escalar su red requiere una actualización. La buena noticia es que puedes actualizar el Conbee II con firmware Thread y volver a implementarlo como enrutador fronterizo, habilitando la compatibilidad con Matter-over-Thread en Home Assistant.

Recomendaría los siguientes coordinadores, según su caso de uso y método de instalación:

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Actualizar firmware del coordinador

Incluso si tiene un coordinador más nuevo, puede que sea necesario actualizar su firmware, lo que normalmente incluirá correcciones de errores, mejoras y optimizaciones. La mayoría de los fabricantes incluyen una guía práctica para actualizar su hardware al firmware más reciente. Haga esto antes de comenzar a emparejar dispositivos. Algunos recursos:

Instala tu coordinador correctamente

El siguiente paso es instalar y posicionar correctamente su coordinador. Los modelos que he recomendado sobre todo vienen con antenas externas, lo que aumenta su señal y alcance de recepción. Esto no significa automáticamente que obtendrá un rendimiento de red sin problemas desde el primer momento, aún debe elegir una ubicación adecuada y optimizar la conexión.

  • Conecte los coordinadores USB con un cable de extensión USB
    • Conecte siempre el coordinador a un puerto USB 2.0 (NO USB 3.0)
    • Los puertos USB adyacentes (especialmente USB 3.0) en su Mini PC/Raspberry Pi son muy ruidosos y se sabe que causan problemas de interferencia cuando el coordinador está conectado directamente a su servidor.
  • Utilice cables de extensión USB más largos y blindados
    • Mueve al coordinador lo más lejos que puedas del servidor (más de 2 metros)
    • Utilice siempre un cable blindado y no el que vino con su impresora hace 4 años
  • Coloque al coordinador en el centro de su red
    • Por lo general, esto significa el centro de su casa, a la misma distancia de los dispositivos más alejados en ambos extremos.
    • Apunta el coordinador hacia el área vacía de tu habitación, lejos de las paredes.
    • Gire la antena para obtener una mejor calidad de señal, apuntándola hacia la mayor parte de sus dispositivos.
    • No lo escondas detrás de muebles gruesos u otros dispositivos electrónicos.
    • No instale el coordinador junto a enrutadores, puntos de acceso u otros equipos electrónicos

Establecer canal y eliminar interferencias.

Zigbee opera en 16 canales que van del 11 al 26 dentro de la banda de 2,4 GHz, y cada canal abarca un ancho de 2 MHz. Desde la perspectiva exclusiva de Zigbee, puede parecer que existe flexibilidad a la hora de seleccionar un canal adecuado en la banda de 2,4 GHz.

Esto no es verdad.

La mayoría de los dispositivos funcionan de manera óptima en los canales 11, 15, 20 o 25 , comúnmente conocidos como canales primarios ZigBee Light Link (ZLL) [ Fuente ]. De acuerdo con esta especificación, ZHA utiliza de forma predeterminada el canal 15, mientras que Zigbee2MQTT usa el canal 11 en una instalación nueva.

Es posible que otros canales funcionen igual de bien, pero en mi experiencia, es mejor elegir uno de los canales ZLL y solucionarlo para eliminar la interferencia. Lo que me lleva a mi siguiente punto.

Interferencia Wi-Fi

De manera similar a Zigbee, Wi-Fi se puede configurar para usar 11 canales diferentes , numerados del 1 al 11. Cada canal tiene 20 MHz de ancho y está espaciado 5 MHz entre sí. También en este caso puede parecer que hay margen para elegir un canal gratuito.

Esto tampoco es cierto.

Wi-Fi tiene solo 3 canales que no se superponen: 1, 6 y 11 , lo que significa que solo puedes usar uno de los tres. Además, la numeración no significa que Wi-Fi termina en el canal 11 y Zigbee comienza en el 11. Todos sus canales se superponen y debes asegurarte de que tu elección de canal Zigbee no quede atrapado en los lóbulos de banda lateral de Wi-Fi.

Eche un vistazo a este gráfico para una fácil comprensión:

En la imagen podemos ver que todos los canales Zigbee (11-26) se superponen con uno o dos canales Wi-Fi (1, 6, 11). Esta es la razón por la que es fundamental seleccionar un canal Zigbee que esté lo más alejado posible del canal Wi-Fi. El Mejor canal Zigbee al convivir con Wi-Fi es el siguiente:

  • Zigbee canal 11, Wi-Fi canal 6 u 11
  • Zigbee canal 15, Wi-Fi canal 11
  • Zigbee canal 20, Wi-Fi canal 1
  • Zigbee canal 25, Wi-Fi canal 1 o 6

Cambiar el canal de Zigbee requiere la reparación de todos sus dispositivos, por lo que es mucho más fácil cambiar el canal de Wi-Fi. Si puedes eliminar los 2,4 GHz por completo y utilizar solo 5 GHz, habrás solucionado todos tus problemas.

Otras interferencias

Otra fuente de interferencia a la que hay que estar atento es la llamada EMI (interferencia electromagnética), a veces llamada RFI (interferencia de radiofrecuencia) o ruido de señal.

Todos los dispositivos eléctricos, especialmente las computadoras y sus periféricos, emiten interferencias electromagnéticas (EMI). Esta interferencia puede interrumpir o interferir con las transmisiones de señales en la frecuencia de la banda de radio de 2,4 GHz, provocando una degradación en la comunicación inalámbrica con adaptadores y dispositivos Zigbee.

Los puertos USB 3.0 y los cables periféricos USB no blindados son conocidos por causar interferencias que afectan la recepción de señales de radio de 2,4 GHz, particularmente para dispositivos de bajo consumo o ancho de banda. Usar un cable de extensión USB suficientemente largo y blindado conectado a un USB 2.0 para todos los periféricos, incluido su coordinador, puede ayudar a eliminar EFI. Home Assistant publicó un vídeo sobre la interferencia del USB 3.0, échale un vistazo.

Alternativamente, proteja cualquier computadora, periférico o dispositivo sin protección agregando gabinetes totalmente metálicos si puede. Las computadoras de placa única y los discos duros USB son especialmente conocidos como fuentes de EMI/EMF.

Planificar la topología de la red

El siguiente paso hacia la construcción de una red estable y robusta es planificar adecuadamente la topología de su red. Una red Zigbee tiene solo 3 tipos de dispositivos: Coordinador, Enrutador y Dispositivo final.

Agregue suficientes enrutadores

Agregar suficientes enrutadores solidificará la red y la hará mucho más estable y confiable. La mayoría de los dispositivos alimentados por red (L + N) pueden actuar como enrutadores en una red de malla Zigbee, por ejemplo: enchufes inteligentes, tomas de corriente, interruptores de pared, atenuadores, módulos, sensores de presencia, controladores LED, etc.

Algunos dispositivos, a pesar de estar conectados a la red eléctrica, no funcionan como router Zigbee, o peor aún, funcionan mal como router. Las bombillas son un buen ejemplo. Cuando accionas el interruptor en la pared, la bombilla se apaga, interrumpiendo la conexión y esencialmente rompiendo el camino del que dependían algunos dispositivos finales.

Agregar demasiados dispositivos finales y ningún enrutador también resultará en una red de malla débil y caídas de conexión. Los enrutadores son la columna vertebral de cualquier red de malla Zigbee , por lo que es necesario asegurarse de tener suficientes.

Construir desde cero

Construir desde cero significa emparejar sus enrutadores primero y dejar los dispositivos finales para el paso final. Esto permitirá que la red cree rutas adecuadas hacia su coordinador y retransmita fácilmente el tráfico desde dispositivos adyacentes.

Distribuya algunos enchufes inteligentes y emparéjelos con el coordinador antes de agregar sensores y dispositivos que funcionen con baterías.

Emparejar dispositivos finales en su posición final

Los usuarios suelen cometer el error de emparejar sus dispositivos finales cerca del coordinador y luego instalarlos en su posición final. Esto crea un problema de ruta porque el dispositivo formará una ruta cuando se empareje inicialmente (generalmente una directa) con el coordinador, que quedará fuera del alcance cuando se instale más lejos.

Cuando se emparejan en la posición final, los dispositivos finales encontrarán la mejor ruta posible hasta su coordinador, ya sea directamente o a través del enrutador más cercano.

Emparejar dispositivos finales a través de enrutadores adyacentes

Puede forzar a Z2M y ZHA a emparejar un dispositivo con su red a través de un enrutador cercano, obligando al dispositivo final a formar esa ruta específicamente. Aunque Zigbee es autocurativo por diseño, el uso de este método garantiza que el camino inicial se forme de manera óptima.

En Zigbee2MQTT, en lugar de hacer clic en Permitir unión (todos) , haga clic en el menú desplegable y seleccione Permitir unión (nombre del dispositivo) . En ZHA, seleccione el dispositivo, haga clic en los tres puntos debajo de Información del dispositivo y haga clic en + Agregar dispositivos a través de este dispositivo .

Agregue repetidores de señal dedicados

Los repetidores de señal dedicados son dispositivos con un único propósito: ampliar y solidificar su red enviando cargas útiles desde dispositivos vecinos al coordinador. Estos son dispositivos USB que puedes conectar a tu televisor, barra de sonido o cualquier cosa con una fuente de alimentación constante de 5 V.

Al agregar un único repetidor de señal USB, se formaron automáticamente rutas a la mayoría de mis dispositivos sin modificar nada. Al igual que cualquier otro enrutador, puede obligar a los dispositivos finales a emparejarse a través de este repetidor de señal, solidificando el camino hacia el coordinador.

Recomiendo instalar al menos uno, idealmente dos de estos repetidores, confirmados para funcionar tanto con ZHA como con Zigbee2MQTT:

Alternativamente, puede actualizar un coordinador de repuesto como los Sonoff ZBDongles con firmware de enrutador y usarlos exclusivamente como repetidores de señal dedicados. Esto es rentable, ya que los Sonoffs son asequibles en Amazon y AliExpress .

Identificar y eliminar dispositivos ruidosos.

Este ha sido un problema creciente con la aparición y despliegue masivo de sensores de presencia en hogares inteligentes. Dado que un sensor de presencia requiere un escaneo activo de su entorno para determinar si hay un humano presente o no, puede sobrecargar fácilmente su red Zigbee enviando paquetes constantes.

Asegúrese de que los dispositivos puedan comunicarse entre sí

Es importante tener en cuenta que no todas las marcas están optimizadas para comunicarse entre sí. Por ejemplo, se sabe que los dispositivos Aqara son muy exigentes con lo que trabajan. Se negarán rotundamente a emparejarse, provocarán retrasos o caídas de la red. Debe asegurarse de que sus dispositivos puedan comunicarse entre sí, especialmente cuando se ven obligados a emparejarse a través de un enrutador específico. Algunos consejos:

  • Los dispositivos Aqara no funcionan bien con los enrutadores Legrand/Netatmo, Centralite, Ledvance/Osram, Lightify/Sylvania, Securifi, Orvibo, Iris, General Electric o SmartThings/Samsung.
  • Los dispositivos Aqara funcionan bien con: enrutadores Phillips Hue, Ikea Tradfri (más nuevo) y Tuya Zigbee 3.0

Cura tu malla Zigbee manualmente

Los dispositivos Zigbee forman su red de comunicación automáticamente, pero este proceso no es inmediato y lleva tiempo. Dependiendo de sus dispositivos, puede llevar entre unos pocos días y dos semanas reparar completamente su red de malla y hacer que los dispositivos formen sus rutas óptimas automáticamente.

Sin embargo, puedes forzar este proceso de curación apagando completamente tu red durante 30 minutos . Tenga todos sus dispositivos encendidos y listos antes de encender su servidor y coordinador.

No superes el límite del dispositivo

Dependiendo de su coordinador, puede conectar una cantidad finita de dispositivos en una conexión directa . Los coordinadores más antiguos suelen tener un límite de 16 a 32, mientras que los coordinadores más nuevos y más capaces pueden manejar hasta 100 dispositivos conectados directamente.

Esto no significa que no puedas superar el límite a nivel de red, simplemente significa que no puedes conectar más que el límite directamente. Como referencia, los coordinadores CC2652x pueden manejar hasta 200 rutas únicas. El repositorio de firmware Z-Stack 3.0 de Koenkk tiene una buena tabla que explica estos límites.

Resumen

Con suerte, este artículo le ayudará a comprender lo que se necesita para crear una red Zigbee estable y robusta. Si sigue al menos la mitad de estos consejos y sugerencias, estoy seguro de que no tendrá problemas.  

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