¿Qué son los Protocolos Smart Home?

Los Protocolos Smart Home son la columna vertebral de los dispositivos y sistemas interconectados que conforman un hogar inteligente. Estos protocolos permiten que diferentes dispositivos y sistemas se comuniquen entre sí y trabajen en perfecta armonía.

A continuación, veamos una descripción general de los principales protocolos de hogares inteligentes disponibles en la actualidad: WiFi, Zigbee, Matter, y RF433MHz

WiFi

Este protocolo es el mas familiar, ya que permite conectar dispositivos a Internet vía router localizados cercanamente, contando con eficiencia en ancho de banda, alta velocidad de transmisión y amplio alcance de conexión. La conexión es inalámbrica y la transmisión de datos es vía radiofrecuencia.

Características del protocolo WiFi

Wi-Fi es un conjunto de especificaciones para las redes de área local inalámbricas (WLAN), basadas en el estándar IEEE 802.11. Este estándar establece normas para la creación y para el uso de las redes inalámbricas. La transmisión de este tipo de red es hecha por señales de radiofrecuencia, que se propagan por el aire y pueden cubrir áreas en la casa de cientos de metros.

Entre los protocolos más utilizados están 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n y 802.11ac, cada uno de los cuales brinda un conjunto único de parámetros, como rango de frecuencias de operación, tasa máxima de datos y técnicas de modulación.

Típicamente se les agrupa en rangos de frecuencia de 2.4 GHz, 5 GHz y 6 GHz. En general, mientras mayor es la frecuencia, mayores son las velocidades. Sin embargo, dependiendo de sus necesidades, una frecuencia mayor no siempre es la mejor opción. Por ejemplo la frecuencia de 2.4 GHz viajan más lejos y brindan un mayor rango a velocidades menores, en cambio a frecuencia de 6 GHz brinda mejor velocidades y rendimiento, pero menos rango de movimiento.

Problemas:
Alto consumo de energía (malo para sensores con batería), latencia en redes congestionadas y dependencia del router.
Ventajas:
Ideal para dispositivos que requieren alto ancho de banda (cámaras, asistentes de voz).

Funcionamiento del protocolo WiFi

Las redes WiFi funcionan como un mecanismo de comunicación bidireccional entre un dispositivo y el enrutador (router).

Enrutador (Router): También conocido como punto de acceso(AP) de WiFi, recibe la solicitud y responde con su propio mensaje, llamado “beacon”, que contiene el nombre de la red (SSID), el tipo de cifrado que se usa (si lo hay) y la fuerza de la señal (RSSI).

Dispositivo: Sera el elemento que se conectara a una red WiFi, emita un mensaje conocido como una solicitud de sondeo que escanea las redes disponibles cercanas.

Una vez que un dispositivo recibe el “beacon” del punto de acceso(AP), se conecta a la red enviando una “solicitud de autenticación”. A continuación, el punto de acceso verifica las credenciales del dispositivo (por ejemplo, la contraseña de WiFi) y le asigna a una dirección IP. En ese momento, el dispositivo está oficialmente conectado a la red WiFi. Puede acceder a Internet si la red está conectada a esta, o puede comunicarse con otros dispositivos en la misma red.

En resumen

• Protocolo de WiFi mas utilizado es el estándar IEEE 802.11
• Se recomienda el uso de la red 2.4 GHz para abarcar mas dispositivos de conexion, ya que viajan más lejos y brindan un mayor rango de velocidades
• De manera general , WiFi funcionan como un mecanismo de comunicación bidireccional entre un dispositivo y el enrutador.

Zigbee

En la actualidad la conectividad entre productos inteligentes y el campo de la domotica nos ofrecen diversos tipos de comunicación para que exista una conexion entre dispositivos e Internet, uno de estos metodos es el protocolo ZigBee.

La tecnología ZigBee es un protocolo de comunicación de bajo consumo que se utiliza para establecer redes en malla de bajo costo y consumo en donde la señal se vincula facilmente entre dispositivos ZigBee sin necesidad de una conexion a Wi-Fi.

Esta vinculacion se basa en el estandar IEEE para redes de área personal inalámbricas(WPAM), con este estandar de comunicación se especifican las capas fisicas y MAC necesarias para gestionar varios dispositivos a baja velocidad de datos. La frecuencia a la que trabajan comunmente es de 868 MHz, 902-928 MHz y 2,4 GHz y a una velocidad de datos de 250 kbps util para la transmisión de datos bidireccional periódica e intermedia entre sensores y controladores.

Funcionamiento del protocolo Zigbee

Para el protocolo de Zigbee se utiliza la topología de red tipo Mesh (mallada) en donde dispondremos de con un coordinador por red, enrutadores y dispositivos finales (los propios elementos operan como emisores y receptores).

Coordinador: Se encargara de diversificar las tareas, seleccionando un canal posteriormente lo escanea para evaluar la interferencia y escoger la de menor ruido. Asigna un ID y una dirección exclusiva por cada dispositivo de la red.

Enrutadores (Router): Su función es enrutar los mensajes entre los diferentes nodos. El Coordinador envía el mensaje a los enrutadores y reserva este mensaje hasta que sus dispositivos finales puedan recibirlos.

Dispositivos Finales: Los dispositivos finales pueden controlar datos pequeños comunicándose con el nodo principal (enrutador /coordinador). Los dispositivos finales no se conectan entre si.

En resumen

• Se crea un red local e independiente de la conexión a Internet y la red WiFi, con datos que se envian entre dispositivos cifrados y con un consumo mínimo
• Se realiza trafico hacia el nodo principal(enrutador)
• Enrutador almacenera los datos hasta que el receptor pueda recibirlos
• Los dispositivos finales ayudan a solicitar cualquier mensaje pendiente al nodo principal

Matter

Matter smart home connectivity standard es un estándar de conectividad de código abierto bajo la licencia de Apache que unifica la industria y promete facilitar la comunicación fluida entre dispositivos IoT de diferentes marcas en diferentes plataformas, independientemente del fabricante. 

Características del protocolo Matter

Para el uso de este protocolo se requería un dispositivo y el lugar que contendrá esos dispositivos.

Dispositivo: Este tendrá la capacidad de poder realizar conexión a un centro de control (llámese Google, Amazon, Samsung o Apple).

Lugar(Place): Sera un sitio en donde convivirán uno o mas dispositivos que sean compatibles con la tecnología de los centros de control.

Al contar con diversos centros de control , ej. Samsung tiene SmartThings, Amazon tiene Alexa, Apple tiene Homekit y Google trabaja a partir de Home, cada uno de ellos tienen un ecosistema diferente entre si, el protocolo Matter nos ayuda a que no se tenga que decidir entre algun centro de control si no, unificar todos ellos. Esto es gracias a la  Alianza de Estándares de Conectividad (CSA).

Simplifica la configuración, la conectividad y la interoperabilidad, y mejora la seguridad y la confiabilidad de los dispositivos inteligentes en el hogar. En otras palabras, Matter ayuda a que todos tus dispositivos inteligentes, como luces, termómetros y parlantes, se comuniquen entre sí y con tus sistemas de control de voz (como Alexa, Google Home o HomeKit) de una manera más fácil y unificada. 

Funcionamiento de Matter

El estándar se basa en el protocolo de Internet (IP) y funciona a través de uno o varios routers compatibles. Trabaja de forma local y no depende de una conexión a Internet aunque el estándar esta diseñado para comunicarse fácilmente con la nube, WiFi y el antiguo protocolo de Thread. La idea es que cada dispositivo conectado a la red haga de nodo, y que pueda controlar a otros dispositivos haciendo de punta.

En resumen

• Matter intenta garantizar la interoperabilidad en vez de contar con diferentes estándar, permitiendo que los dispositivos funcionen con todos los centros de control(llámese Google, Amazon, Samsung o Apple).

RF433MHz

La frecuencia de trabajo es de 433MHz, debido a que es una banda de libre uso y unidireccionales, por lo que un dispositivo solo envía o recibe.

En comparación con los infrarrojos, ofrece una ventaja significativa como control remoto: no se ve obstaculizado por las paredes, ya que se trata de tecnología de radio y no de una luz parpadeante. Por ejemplo, al controlar un enchufe oculto detrás del sofá o persianas motorizadas en otra parte de la casa, la señal no se ve obstruida. Para un televisor, esto no es realmente necesario, pero hace que la frecuencia de 433 MHz sea adecuada.

Características del protocolo RF433MHz

Para el uso de este protocolo se requería de un transmisor, receptor y transceptor

• Transmisor: Envía información a través de la radiofrecuencia de 433 MHz. El tipo de información que se puede enviar es bastante limitado debido al ancho de banda limitado, por lo que los transmisores suelen admitir solo unos pocos comandos. Por ejemplo, un control remoto para persianas podría enviar solo comandos como ” arriba” , “abajo ” y “parada” . 
• Receptor: Sera el dispositivo que recibirá la indicación del transmisor. El receptor no confirma las órdenes recibidas, por lo que se asume que se han recibido y se están ejecutando.
• Transceptor: Combina las funciones de los dos dispositivos anteriores: enviar y recibir señales.

Funcionamiento del RF433MHz

Los dispositivos de 433 MHz no pueden comunicarse directamente con tu teléfono ni con tu ordenador, ya que no cuentan con una antena dedicada para esta tecnología

El alcance inalámbrico general es la ventaja más significativa. La frecuencia es menor en comparación con , Zigbee (2.4 GHz) o Wi-Fi (2.4/6 GHz), lo que hace que el alcance punto a punto de los dispositivos de 433 MHz sea impresionante. Cuando un concentrador de 433 MHz envía un comando a un dispositivo, este puede alcanzar una distancia de más de 100 metros.

En resumen

• Es el RF433MHz es una comunicación unidireccional, cabe aclarar que los dispositivos de 433 MHz no forman una red en malla .
• El consumo de energía es bajo e ideal para sistemas muy locales
• Los dispositivos con este tipo de comunicación requieren de otro dispositivo para que pueda funcionar

Conclusiones

Cada protocolo tiene ventajas y limitaciones según el uso aquí algunas recomendaciones:

• WiFi: Ideal para aplicaciones de alto ancho de banda (vídeo, voz) y conectividad directa a internet, pero consume más energía y puede saturar redes congestionadas.
• Zigbee: Perfecto para redes de IoT escalables y de bajo consumo (ej. domótica), aunque requiere un hub y tiene menor interoperabilidad nativa.
• Matter: Solución unificada que mejora la compatibilidad entre dispositivos (sobre IP), pero depende del soporte de fabricantes y aún está en adopción.
• RF433MHz: Simple, de largo alcance y bajo costo, pero carece de cifrado y es propenso a interferencias.

De manera muy simple podríamos recomendar que si requieres automatizaciones avanzadas: Zigbee o Matter (con WiFi para integración), si cuentas con pocos dispositivos en un solo ambiente y que no saturen la red por medio de WiFi, seria la opción y para proyectos simples o de bajo costo la opción es RF433MHz. La combinación de varios protocolos (ej. Matter sobre WiFi/Zigbee) puede ofrecer flexibilidad y mayor cobertura en entornos IoT complejos.