Zigbee: cos’è e come funziona il protocollo per la domotica
Zigbee: cos’è, come funziona, vantaggi e svantaggi di questo protocollo e delle principali tipologie di dispositivi per la domotica compatibili presenti sul mercato.
Protocollo Zigbee: cos’è?
Zigbee è un protocollo standard utilizzato per collegare in una rete wireless dispositivi intelligenti per la domotica come lampadine, prese, interruttori, serrature, sensori e comandi.
Il vantaggio principale e’ che dovrebbe essere garantita la piena interoperabilità tra dispositivi con certificazione Zigbee di produttori diversi come ad esempio Ledvance, Trust, Osram, Sonoff, Vimar, Gewiss, Astrel, Philips.
Normalmente si collega la rete con protocollo Zigbee ad un hub gateway che fa da ponte verso internet, abilitando la domotica a servizi in cloud, applicazioni ed il controllo remoto mediante smartphone, Alexa e Google Home.
Questo protocollo è per certi versi simile ad altri standard wireless come Z-Wave, WiFi e Bluetooth che implementano reti relativamente sicure e consentono la gestione remote mediante un hub gateway.
Vediamo in questa tabella sintetica vantaggi e svantaggi di ciascuna soluzione:
| WiFi | Z-Wave | Zigbee | Bluetooth LE | |
|---|---|---|---|---|
| Lancio | 1997 | 2003 | 2003 | 2010 |
| Standard | IEEE 802.11.1 | ITU-T G.9959 | IEEE 802.15.4 | IEEE 802.15.1 |
| Banda | 2,4 GHz | 900 MHz | 2,4 GHz | 2,4 GHz |
| Copertura | 100 m | 30÷100 m | 10÷100 m | 30 m |
| Velocità | 54 Mb/s | 40÷100 kb/s | 250 kb/s | 1 Mb/s |
| Topologia | Star | Mesh | Mesh | Scatternet |
| Consumo | Alto | Basso | Basso | Basso |
| WiFi Alliance | Z-Wave Alliance | Zigbee Alliance | Bluetooth SIG |
Recentemente Zigbee Alliance ha mutato il proprio nome in Connectivity Standards Alliance per ufficializzare l’iniziativa di interoperabilità per la domotica Matter.
Come funziona la domotica col protocollo Zigbee?
I dispositivi per la domotica Zigbee comunicano tra di loro con questo protocollo utilizzando un ricetrasmettitore radio su chip. Vediamone le caratteristiche principali:
- Questi microprocessori implementano il protocollo IEEE 802.15.4 su una frequenza di 2,4 GHz (che è la stessa banda utilizzata da WiFi e Bluetooth)
- La portata all’interno di un’abitazione è di soli 10-20 metri poiché viene utilizzata una potenza decisamente inferiore
- Ogni dispositivo può comunicare con tutti gli altri dispositivi per la domotica Zigbee della rete
- Ogni dispositivo per la domotica Zigbee utilizza il medesimo protocollo di comunicazione che assicura la compatibilità con versioni precedenti e successive
- I dispositivi Zigbee possono comunicare col nodo successivo della rete: questo assicura il collegamento ad un hub gateway centrale unico anche quando non fosse raggiungibile direttamente da tutti i nodi della rete
Ho estrapolato i chip utilizzati nei modelli di hub gateway più popolari per metterli a confronto:
| Hub Gateway | Produttore | modello |
|---|---|---|
| Philips Hue Bridge 2.0 | Microchip | ATSAMR21E18A |
| Phoscon ConBee II | Microchip | ATSAMR21B18 |
| Xiaomi Mijia Smart Home Gateway Hub V3 | SIlicon Labs | EFR32MG1 |
| Hub gateway Zigbee Tuya Smart Life | SIlicon Labs | EFR32MG13 |
| Sonoff ZBBridge | SIlicon Labs | EFR32MG21 |
Come vedete i produttori di chip effettivamente utilizzati si contano su due dita: questo dovrebbe aumentare ulteriormente il livello di compatibilità.
Rete mesh
In una rete mesh gli elementi possono assumere il ruolo di ripetitore: anziché rispedire i dati alla sorgente esso copia ed inoltra i dati a tutti i nodi che sono nella sua portata radio.
Una rete mesh è resiliente: se un nodo dovesse diventare indisponibile il protocollo Zigbee risolverebbe automaticamente instradando i dati attraverso gli altri nodi disponibili.
Come vedremo tra poco solo Coordinator e Router possono svolgere il ruolo di ripetitori.
Componenti di una rete con protocollo Zigbee
Le reti basate sul protocollo Zigbee prevedono tre tipi di ruolo per i dispositivi che ne fanno parte:
- Coordinator
- Router
- End-Device
Esistono software, come ad esempio deCONZ, che permettono di effettuare la scansione di una rete e rappresentarla graficamente:
Coordinator
Ogni rete ha bisogno di un amministratore, ovvero lo Zigbee coordinator (ZC):
- crea ed imposta la rete
- ce n’è uno per rete
- coincide normalmente con l’hub gateway verso internet
- permette di assegnare i permessi, di accedere alla rete e coordina la Personal Area Network (PAN)
Per approfondire leggi il mio articolo sui migliori modelli di hub Zigbee universale.
Router
Tutti i dispositivi con funzionalità complete che sono alimentati, non a batteria, agiscono come Zigbee router (ZR) ritrasmettendo il segnale (a meno che non siano esplicitamente configurati con un altro ruolo).
Gli esempi di Zigbee router più ovvi nella domotica sono lampadine, prese smart ed interruttori. Esistono anche dei ripetitori puri.
End-Device
I dispositivi con funzionalità ridotte, alimentati a batteria, agiscono come Zigbee End-Device (ZED) non ritrasmettendo i dati e non comunicano tra di loro.
Uno End-Device comunica esclusivamente con i Router e col Coordinator. Un esempio sono i sensori.
Perché utilizzare il protocollo Zigbee per la domotica?
Per quanto non sia necessariamente la tecnologia per la domotica migliore in assoluto, ci sono diversi aspetti da valutare.
Vantaggi
| Compatibilità | Tutti i dispositivi possono comunicare tra di loro ma l’interoperabilità non è garantita senza un hub. |
| Telecomandi migliori | Potete usarli ovunque in casa, a differenza di un telecomando radio o ad infrarossi. |
| Cloud | Grazie alla connessione ad internet mediante un hub potrete controllare i device ovunque voi siate, nonché raccogliere dati, realizzare automazioni, condividere con altri utenti. |
| Sicurezza | Tutte le comunicazioni sono sempre cifrate mediante chiavi AES a 128-bit. |
| Affidabilità rete | In caso di indisponibilità di un nodo le comunicazioni vengono reindirizzate sul resto della rete. |
| Consumi | I consumi energetici in standby sono molto bassi, riducendo la spesa elettrica ed allungando la vita delle batterie dei sensori. |
| Costo | Risparmio fino al 50% rispetto ad un dispositivo Z-Wave. |
Svantaggi
| Hub | E’ sempre necessario acquistarlo per gestire i dispositivi mediante smartphone, Alexa e Google Home. |
| Copertura | Se non si aggiungono dispositivi ulteriori, l’area coperta è limitata. |
| Prodotti disponibili | Per quanto in notevole espansione, non tutti i dispositivi per la domotica supportano questo protocollo. |
Come cominciare con la domotica Zigbee
Provare un sistema di domotica basato su Zigbee è molto semplice:
- Acquista un hub gateway come Homey
- Scegli i tuoi dispositivi smart, tenendo in considerazione le dimensioni delle stanze e cercando di averne almeno uno ogni 10 metri
- Configura il tuo hub
- Alimenta ed associa all’hub gateway i tuoi dispositivi
Il gioco è fatto: più facile a farsi che a dirsi.
Compatibilità dei dispositivi
La prima sorgente di informazione rispetto al livello di compatibilità di un dispositivo è il sito ufficiale Zigbee Certified Products.
C’è anche l’interessantissimo database pubblico Zigbee Device Compatibility Repository, aggiornatissimo per quanto non ufficiale, che contiene le informazioni base relative alla compatibilità di molti dispositivi disponibili sul mercato con sistemi di domotica open source.
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