Cos'è e come funziona Z-Wave

Produttore: Z-Wave Alliance
Disponibilità: n.a.
Categoria: standard per domotica personale
Tipologia: protocollo di trasmissione radio

Z-Wave è sostanzialmente uno dei possibili elementi tecnologici costituenti il sistema nervoso della nostra domotica personale.

In concreto, si tratta di un protocollo standard di comunicazione radio tale da consentire le comunicazioni tra un elemento centrale (un collettore, diciamo) e uno o più componenti domotici (attuatori, dispositivi, sensori ecc.) presenti nel proprio ambiente domotico. Si differenzia dal Wi-Fi (che, concettualmente, ha un ruolo simile) nel fatto di esser concepito principalmente per uso domotico, facendo del bassissimo consumo elettrico (mediamente inferiore al diretto competitor ZigBee) e della buona distanza coperta (fino a 150 metri in campo aperto, superiore a ZigBee) i punti di forza.

Aeotec Nano Dimmer Gen5 — *un attuatore Z-Wave.*

La velocità di trasmissione è bassa: circa 100 kbps, ma questo ovviamente non rappresenta un problema: ciò che serve in questo ambito è affidabilità, non tanto una grande capacità trasmissiva, e in questo Z-Wave è uno standard altamente adeguato. Z-Wave prevede inoltre l’adozione (automatica) di logiche di rete mesh di tipo source-routed, pertanto la copertura non si limita solo alla portata radio del nodo primario ma “all’ombrello” di segnale determinato dalla eventuale presenza di più repeater, mentre l’instradamento delle comunicazioni è definito dal nodo primario.

L’ecosistema Z-Wave annovera migliaia di prodotti certificati e opera su frequenze attorno ai 900 MHz (in Italia/Europa per la precisione è autorizzata la frequenza 868.4 MHz); l’utilizzo di tale banda di frequenze permette di evitare interferenze radio con sistemi Wi-Fi, Bluetooth e con gli altri sistemi che operano nella banda dei 2.4 GHz. Inoltre fa sì che il segnale Z-Wave attraversi le pareti degli edifici con maggiore facilità rispetto al segnale Wi-Fi, assicurando una trasmissione dei messaggi più efficiente ed affidabile.

Nel tempo sono state rilasciate dalla Z-Wave Alliance le specifiche del protocollo Z-Wave Plus S2, protocollo aggiornato (e retrocompatibile) della versione iniziale Z-Wave. Si tratta dello standard attualmente più diffuso in ambito Z-Wave, nonché forse lo standard più sicuro ed affidabile disponibile, ad oggi, sul mercato. Non a caso, Z-Wave è utilizzato in sistema anti-effrazione di diverse case produttrici, come per esempio il fortunato Amazon Ring Alarm.

A fine 2022 l’Alliance ha reso lo standrd Z-Wave open source, aperto quindi al mondo sia per la produzione di componenti hardware sia per l’evoluzione collaborativa dello standard.

Tech

Esistono due(tre) tipi di dispositivi Z-Wave:

controller (o controllore): si tratta di nodi specifici dotati della capacità di ospitare una tabella di indirizzamento dell’intera rete e calcolare i percorsi sulla base di essa; tali nodi hanno la capacità di trasmettere i percorsi ai dispositivi slave in modo da abilitarli alla trasmissione dei segnali instradati. Ogni rete Z-Wave “parte” dalla presenza di almeno un nodo controller (detto “primario”) che ne definisce il “Network ID” (identificatore di rete). I controller fungono anche da ripetitori di segnale (repeater);
slave: si tratta di nodi che non gestiscono la rete ma si limitano a farne parte e comunicare tramite essa. Tipicamente sono nodi slave tutti i componenti a batteria (sensori, semplici attuatori), mentre di solito le componenti alimentate a rete o USB tendono a ricoprire anche il ruolo di repeater.

Ogni rete Z-Wave può ospitare un massimo di 232 nodi (di tipo misto), che arrivano a 4000 in modalità “Long Range”. Tutti i nodi di una rete Z-Wave condividono il medesimo Network ID, un codice di 32bit generato dal nodo controller primario in fase di creazione della rete Z-Wave.

Dal 2024, anche in Europa è stato supportato lo standard “Long Range“, il quale permette potenze di trasmissione (e quindi distanze di copertura) decisamente più elevate. Naturalmente, affinché la propria rete Z-Wave utilizzi questo standard, esso dev’essere supportato anche dall’antenna e dal software che la controlla.

Come adottare Z-Wave

1. Soluzioni brandizzate

Si introduce nella propria abitazione una linea prodotti Z-Wave composta solitamente da un collettore centrale (detto BRIDGE/Gateway) e dagli accessori satellite della stessa linea da collegare ad esso.

Il “collettore” centrale parla da una parte con i componenti Z-Wave della propria linea e dall’altra con la propria rete LAN (Wi-Fi o Ethernet); il controllo dell’ecosistema si basa interamente sull’app mobile per smartphone/tablet, la quale tipicamente correda la linea prodotti.

Note soluzioni di questo tipo sono:

e molte altre.

PRO: Configurazione molto semplice, risultati di qualità senza bisogno di grosse competenze;
CONTRO: Assente o limitata possibilità nell’aggiunta alla rete Z-Wave di componenti che non siano della stessa linea prodotti del BRIDGE/Gateway implementato (o comunque che siano resi compatibili dal produttore).

2. Soluzioni brandizzate integrate a HUB personali

Se si utilizza una linea prodotti Z-Wave non è detto che tali componenti siano comunque isolati: se il BRIDGE/Gateway della linea che uso è integrabile con gli HUB personali, allora è possibile farli interagire utilizzando il mio HUB personale. Per esempio, l’HUB della FIBARO e quello della Samsung (alcuni esemplari) possono essere facilmente integrati a Home Assistant: da quest’ultimo posso, allora, far interagire tutte le componenti.

PRO: Consente di far interagire componenti di una linea prodotti con altri componenti (anche non Z-Wave) integrati al proprio HUB personale.
CONTRO: Non è possibile introdurre altri componenti Z-Wave non della linea brandizzata in uso, se non introducendo un altro coordinator ad hoc, esso stesso eventualmente integrabile con l’HUB personale in uso.

3. BRIDGE/Gateway software

Esistono di BRIDGE/Gateway software cosiddetti “jolly”, ovvero non appartenenti ad alcuna linea prodotto. Essi possono virtualmente comunicare con qualsiasi componente Z-Wave di qualsiasi linea prodotto. Questi “jolly” sono dati da un binomio: un software in esecuzione su un computer e un’antenna Z-Wave (ovvero il coordinator).

Alcuni esempi sono:

Z-Wave JS (l’astro nascente in ambito Z-Wave);
OpenZWave (obsolescente);
Z-Way Server;
ZWave2MQTT (basato sulle stesse librerie di OpenZWave, ma ormai abbandonato).

Questi BRIDGE/Gateway vengono tipicamente eseguiti su computer o micro/min-computer (come Raspberry Pi o Mini PC); poi, il proprio HUB personale (per lo più installato sullo stesso computer) si interfaccia a tali BRIDGE/Gateway e sfrutta le risorse da essi esposte (ovvero l’equivalenza logica dei componenti Z-Wave ad esso connessi).

PRO: Consente di introdurre in domotica (basata su HUB personale) componenti Z-Wave di qualunque tipo, marca o natura.
CONTRO: nessuno in particolare. Non per niente è l’approccio più seguito.

Il secondo e il terzo approccio sono quelli che, va da sé, permettono di ottenere i migliori risultati in termini di flessibilità ed ampliabilità grazie all’esteso grado di integrazione ottenuto grazie all’adozione di HUB personali. Il terzo, in particolare, è solitamente quello più adottato per una semplice questione di economicità: con pochi euro è possibile dotarsi di una rete Z-Wave pienamente operativa al quale collegare qualsiasi componente Z-Wave, da gestirsi poi da HUB personale (come Home Assistant, openHAB o altri).

Alcuni dei componenti basati su Z-Wave testati da inDomus sono i seguenti:

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