In questa guida vogliamo parlarti di Zigbee e spiegarti quanto grazie a questo protocollo sia semplice trasformare la tua casa tradizionale in una casa intelligente più funzionale e interconnessa, da monitorare e gestire anche da remoto.
Partiamo dalla domanda principale: cosa è Zigbee? Ci troviamo nel mondo della domotica, dell’IoT (Internet of Things) e della smart home, dove è possibile far dialogare e agire in modo intelligente e collaborativo diversi dispositivi appartenenti alla stessa rete.
Per alcune delle sue caratteristiche, che vedremo nel dettaglio più avanti, ZigBee è il protocollo ideale in tutti quegli ambiti di applicazione che richiedono bassi consumi di energia da parte dei dispositivi. Gli ambiti di applicazione spaziano dall’automazione industriale al monitoraggio di parametri medici, ma in questo articolo ovviamente ci concentreremo sul tema che più ci interessa: domotica e smart home.
Indice:
Protocollo Zigbee: cos’è
Zigbee è un protocollo di comunicazione wireless utilizzato anche nell’ambito IoT. Viene curato dalla Zigbee Alliance, un’alleanza senza scopo di lucro tra circa 400 società tecnologiche costituita nel 2002, che ha sviluppato questo standard per configurare reti, economiche e auto-gestibili, con lo scopo creare sistemi di automazione in ambito domestico, aziendale, industriale e nel campo medico che si basano sulla domotica.
Con la tecnologia Zigbee si realizzano reti Wireless Personal Area Network (WPAN): reti personali formate da dispositivi che possono avere diversi livelli di intelligenza e capacità.
Zigbee: dati tecnici
Ecco qualche dato tecnico sulla tecnologia Zigbee:
- standard IEEE 802.15.4;
- banda da 2,4 GHz (la stessa di WiFi e Bluetooth);
- copertura: da 10 a 100 metri;
- velocità 250 kb/s;
- tipologia di rete mesh;
- basso consumo energetico;
- open standard, si trovano dispositivi compatibili da vari produttori.
Come funziona Zigbee
La rete creata dall’insieme dei dispositivi Zigbee collegati tra loro imita il modello di comportamento di un alveare (questo spiega anche il nome che è stato scelto per la tecnologia).
La rete Zigbee è formata da tre differenti tipologie di nodi (cioè di dispositivi):
- ZigBee Coordinator (ZC): ci può essere solo un nodo che agisce da coordinatore all’interno di una rete ZigBee. Il device coordinatore è quello che viene attivato per primo ed è il “responsabile” della creazione e del mantenimento della rete. Riceve informazioni dai router e dagli end device, ma soprattutto è anche in grado di convertirle dal “linguaggio” utilizzato all’interno della rete ZigBee per renderle accessibili ai dispositivi esterni alla rete (ad esempio: lo smartphone che utilizziamo per gestirla da remoto) e, viceversa, per trasmettere gli input che provengono da questi ultimi.
- ZigBee Router (ZR): mentre il coordinatore è necessariamente uno solo, ci possono essere più dispositivi router all’interno di una rete ZigBee. Ciascun router permette di ampliare la copertura della rete intera, perché in grado di ricevere e ritrasmettere le informazioni che provengono da altri router, o dagli end device. Questi dispositivi necessitano di essere connessi alla rete elettrica. Esempi di un dispositivo router all’interno di una rete ZigBee per la domotica di casa potrebbero essere delle prese smart WiFi, una lampadina smart, o un semplice ripetitori.
- ZigBee End Device (ZED): sono dispositivi semplici che spesso svolgono soltanto una funzione. Questi inviano e ricevono informazioni al coordinatore o a uno dei router presenti in rete, ma non sono in grado di eseguire altri compiti. Gli End Device sono nella maggior parte dei casi quelli dotati di batteria e consumano energia solo in fase di trasmissione dati, che non è continua, ma avviene con frequenza intelligente, in modo da massimizzare la durata della batteria. Esempi di end device in una rete ZigBee possono essere sensori di temperatura o umidità, sensori di movimento, e via dicendo.
Tipologie di rete Zigbee
Sulla base della distinzione di questi dispositivi (o nodi), si possono identificare tre differenti topologie di rete che combinano coordinatore, router ed end device in modo diverso:
- Rete a stella: formata dallo ZigBee coordinator e da dispositivi di tipo end device che comunicano direttamente con il coordinatore;
- Rete ad albero: in alcuni punti della rete possono essere presenti gli ZigBee Routers e gli end device possono essere connessi sia al coordinatore che ai router;
- Rete mesh: più adatta per reti di grandi dimensioni, sono presenti coordinatore, router ed end device che possono comunicare peer-to-peer.
Hub Zigbee
Chi intende realizzare una rete ZigBee per gestire la domotica di casa, dovrà necessariamente partire dall’acquisto di un Hub. L‘hub ZigBee è il dispositivo che solitamente svolge il ruolo di coordinatore della rete (abbiamo visto cosa significa qualche paragrafo più sopra).
L’hub Zigbee per la smart home serve a raccogliere all’interno della stessa rete tutti gli altri dispositivi compatibili con questo standard (sensori, prese, lampadine, interruttori…), riceve le informazioni trasmesse da questi device, li coordina e li controlla.
Ma come abbiamo visto, l’hub Zigbee è anche il gateway (ovvero, il “cancello”) che gestisce le comunicazioni tra la rete Zigbee con il mondo esterno, connettendosi alla rete domestica e ad internet. Questo ci permette di monitorare e gestire cosa succede al suo interno da device “esterni” come PC, smartphone o assistenti vocali, che non sarebbero in grado di interpretare le informazioni e di dialogare con gli altri nodi della rete.
Hub casa intelligente Zigbee integrato
Di seguito alcuni hub per la smart home con Zigbee integrato:
Applicazioni della tecnologia Zigbee: domotica e non solo
La tecnologia Zigbee trova applicazioni anche molto diverse nell’ambito della domotica e della building automation. Si presta sia agli utilizzi indoor (al chiuso), che all’aperto (outdoor).
Ecco alcuni esempi di azioni e automatismi che possono essere gestiti all’interno di una rete ZigBee:
- l’accensione e lo spegnimento delle luci di casa;
- la regolazione del colore e dell’intensità dell’illuminazione nei diversi ambienti dell’abitazione;
- avvio e monitoraggio di elettrodomestici intelligenti, televisori, digitale terrestre e altri dispositivi elettronici;
- l’allarme e i sistemi antifurto wireless;
- l’accensione e lo spegnimento dei sistemi di aria condizionata e del riscaldamento;
- l’apertura e la chiusura delle tapparelle motorizzate;
Per quanto riguarda gli ambienti outdoor (domestici e non), Zigbee consente di monitorare e/o gestire da remoto ad esempio:
- sistemi e centraline di irrigazione;
- l’apertura di cancelli e garage;
- i parametri ambientali come umidità, temperatura e inquinamento.
Zigbee domotica: vantaggi e svantaggi
Vediamo i principali vantaggi e gli svantaggi dell’utilizzo di ZigBee in ambito domotica e home automation:
- Il principale vantaggio è sicuramente il consumo energetico molto basso, che rende possibile impiegare anche dispositivi dotati di batterie di piccole dimensioni, senza doverle sostituire o ricaricare con grande frequenza. Questo è particolarmente vantaggioso per tutti quei sensori ambientali (che in una casa smart possono essere davvero tanti!).
- ZifgBee è un open standard, per cui sono tantissimi i produttori che lo incorporano all’interno dei propri dispositivi. Anche inserendo all’interno della nostra rete device di marchi diversi, questi potranno comunque funzionare insieme grazie al protocollo ZigBee.In questo modo avremo la possibilità di scegliere tra tante alternative sul mercato i device più adatti al nostro progetto, alle nostre esigenze… e budget;
- Infatti un altro dei principali punti di forza di ZigBee sono proprio i bassi costi associati all’adozione di questa tecnologia. Infatti la grande disponibilità di dispositivi sul mercato amplia il ventaglio dei prezzi, permettendoci di acquistare i componenti per il nostro nuovo sistema domotico di casa con una spesa che può essere piuttosto contenuta. E anche espandere la copertura di una rete esistente risulta più economico rispetto all’ampliamento della copertura WiFi, proprio grazie alla possibilità di inserire vari dispositivi router (spesso dai costi inferiori rispetto agli externder WiFi) all’interno della rete ZigBee.
Principali svantaggi della rete Zigbee:
- Uno dei punti di forza di ZigBee nasconde però anche una delle principali debolezze di questo standard aperto. Non capita di rado che un produttore intervenga con qualche modifica prima di implementare ZigBee nei suoi device, limitandone il funzionamento e rendendoli di fatto compatibili soltanto con altri device della stessa marca. Questo purtroppo mina proprio una degli assunti di base da cui si era partiti per creare lo standard;
- L’altra principale debolezza è legata alla presenza di un unico dispositivo coordinator all’interno della rete. Mentre un malfunzionamento o la rottura di qualsiasi altro nodo della rete ha un impatto limitato e non va ad inficiare sul funzionamento dell’intera rete, se per qualche motivo il device coordinator va offline, l’intera rete segue il suo destino. E se, disgraziatamente, il gateway si guasta e deve essere sostituito, sarà necessario riconfigurare daccapo l’intera rete, riassociando tutti i singoli router e end device al nuovo coordinatore.
Dispositivi Zigbee
Come già ti abbiamo accennato, esistono alcuni hub per la casa intelligente con integrato il protocollo Zigbee.
Ciò significa che utilizzando uno di questi dispositivi e scegliendo i prodotti compatibili non ti servirà un gateway aggiuntivo per far funzionare la rete ZigBee.
Per citarne alcuni, ti suggeriamo Amazon Echo Show 10, Echo Studio o Echo di 4° generazione (grazie ai quali puoi comandare tramite Alexa i prodotti di domotica che hai installato in casa), l’hub Samsung SmartThings che funziona sia con Amazon Alexa che con Google Assistant e l’HomeKit di Apple.
Per quanto riguarda il settore dell’illuminazione, tra i più venduti invece puoi trovare Philips Hue, anche se il brand ha anche lanciato dispositivi dotati di connettività Bluetooth.
Prodotti Zigbee
A questo punto molto probabilmente ti starai chiedendo quali sono i prodotti Zigbee e dove si possono acquistare.
All’interno della tua rete Zigbee puoi collegare, ad esempio, lampadine WiFi, prese ed interruttori smart, serrature intelligenti, sensori di temperatura e di umidità, sensori antifumo, rilevatori di presenza, sensori per porte e finestre e molto altro.
Per quanto riguarda l’acquisto, come sempre Amazon si rivela una piattaforma ben fornita. Però, per scegliere il prodotto giusto, ti consigliamo di verificare sempre la sua compatibilità con Zigbee dal sito ufficiale.
Di seguito alcuni esempi:
Differenze tra Zigbee e Wi-Fi
La domotica di Zigbee è più accessibile economicamente oltre che più facile da usare e da modificare.
Ecco le principali differenze tra la rete Zigbee e il Wi-Fi:
- Consumi inferiori per Zigbee. Grazie ad alcune delle caratteristiche (cicli operativi brevi, modalità di sospensione..) del protocollo Zigbee, il consumo di batteria si riduce drasticamente. Può passare fino ad un anno e più prima che sia necessario sostituire la batteria in un dispositivo Zigbee.
- La velocità di trasmissione, inferiore per Zigbee: se infatti il protocollo WiFi 6 permette di raggiungere velocità che quasi raggiungono i 10 Gbps, la velocità massima di trasmissione è per Zigbee di 250 kbps. Negli scenari d’uso più comuni per Zigbee però , ad esempio in ambito domotica, questo non è per nulla problematico. Soltanto quando si tratta di sistemi, ad esempio di sorveglianza, che devono trasmettere lo streaming video di una telecamera, le limitazioni di Zigbee iniziano a farsi sentire.
- La struttura ed ampiezza della rete: mentre il Wi-Fi è l’unico dispositivo ad emettere il segnale, nella rete Zigbee, che è di tipo Mesh, ogni nodo può essere ricevitore, trasmettitore e ripetitore; in questo modo la copertura totale della rete può crescere anche di molto, in base al numero di dispositivi router presenti.
- Il segnale Wi-Fi è tanto più potente quanto si è vicini al punto di emissione a differenza di Zigbee;
- La rete Zigbee funziona anche senza una connessione internet (ma ovviamente in questo caso non puoi controllare i dispositivi da remoto).