community italiana di domotica personale
 
Cos’è e come funziona ZigBee: come adottarlo, quali opzioni esistono
Componenti, Standard

Cos’è e come funziona ZigBee: come adottarlo, quali opzioni esistono

 ,
Produttore: Connectivity Standards Alliance
Disponibilità: n.a.
Categoria: standard per domotica personale
Tipologia: protocollo di trasmissione wireless radio
Difficoltà di implementazione: bassa

ZigBee - LogoZigBee è sostanzialmente uno dei possibili elementi tecnologici costituenti il sistema nervoso della nostra domotica personale. Si tratta di uno dei più adottati in assoluto, oltre il Wi-Fi.

In concreto, si tratta di un protocollo radio aperto, standard, tale da consentire le trasmissioni dati tra un elemento centrale (un collettore, diciamo) e uno o più componenti domotici (attuatori, dispositivi, sensori ecc.) presenti nel proprio ambiente. Si differenzia dal Wi-Fi (che, concettualmente, ha un ruolo simile) nel fatto di esser concepito principalmente per uso domotico, facendo del basso consumo elettrico e della buona distanza coperta (fino a 100 metri in campo aperto) i punti di forza.

La velocità di trasmissione invece è molto bassa: circa 20 kbps, ma questo non è un problema: ciò che serve in questo ambito è affidabilità, non tanto una grande capacità trasmissiva (anzi), e in questo ZigBee è uno standard più che adeguato. Esso inoltre prevede l’adozione (automatica) di logiche di rete mesh, pertanto la copertura non si limita solo alla portata radio del nodo centrale ma “all’ombrello” di segnale determinato dalla eventuale presenza di più componenti “router” (ovvero dei ripetitori: tipicamente, tutti gli accessori ZigBee alimentati a rete, come per esempio le lampadine, anche da spente).

Parlando di tipologie di dispositivi ZigBee, abbiamo:

  • ZigBee Coordinator (ZC): l’antenna principale. È il dispositivo più “intelligente” tra quelli disponibili, costituisce la radice di una rete ZigBee e può operare da ponte tra più reti. Ci può essere un solo “coordinator” in ogni rete. Esso è inoltre in grado di memorizzare informazioni riguardo alla sua rete e può agire come deposito per le chiavi di sicurezza. Un esempio? La chiavetta Sonoff ZigBee 3.0 USB Dongle Plus v2. 
  • ZigBee Router (ZR): il ripetitore di segnale. Questi dispositivi agiscono come router intermedi passando i dati da e verso altri dispositivi. Di fatto non vi sono distinzioni hardware tra un ZC e un ZR se non che viene rilasciato al coordinator il ruolo di inizializzare la rete, dopodiché diventano dispositivi identici. Oltre a fungere da ripetitore (repeater), i router sono anche end-device (che seguono nelle spiegazioni). Un esempio? La lampadina RGBW Ledvance.
  • ZigBee End-Device (ZED): i componenti veri e propri (sensori, attuatori ecc.). Includono solo le funzionalità minime per dialogare con il nodo padre (coordinator o router che sia), non possono trasmettere dati provenienti da altri dispositivi; sono i nodi che richiedono il minor quantitativo di memoria e quindi risultano spesso più economici rispetto ai componenti ZR o ai ZC. In pratica, gli end-device sono i componenti finali: i sensori, gli attuatori e altro che si gestiscono, appunto, via ZigBee.

Dato che ZigBee utilizza lo spettro di frequenza 2.4 GHz (lo stesso della maggioranza delle reti Wi-Fi), abbiamo dedicato un FOCUS ad hoc che spiega come scegliere, in fase di adozione dello standard, il canale corretto.

Come adottare ZigBee

1. Soluzioni brandizzate Si introduce nel proprio ambiente una linea prodotti ZigBee composta solitamente da un collettore centrale (detto BRIDGE/Gateway HARDWARE) e dagli accessori satellite della stessa linea prodotto da collegare ad esso.

Il “collettore” centrale parla da una parte con i componenti ZigBee della propria linea e dall’altra con la propria rete LAN (Wi-Fi o Ethernet); il controllo dell’ecosistema si basa (solitamente) 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: Impossibilità di includere alla propria rete ZigBee componenti di altre linee prodotti (eg. non posso usare un sensore Xiaomi su una rete ZigBee realizzata con Philips HUE). Non solo: anche se acquisto tanti BRIDGE/Gateway quante sono le linee di prodotti che mi interessano, non potrò farli interoperare (eg. un sensore Xiaomi non può innescare l’accensione di una luce Philips HUE).
2. Soluzioni brandizzate connesse / integrate a HUB personali Se si utilizza una linea prodotti ZigBee non è detto che tali componenti siano comunque isolati: se il BRIDGE/Gateway HARDWARE (ovvero il “collettore”) della linea che uso è integrabile con gli HUB personali, allora posso farli interagire utilizzando il mio HUB personale. Per esempio, il BRIDGE/Gateway Philips HUE può essere facilmente integrati a Home Assistant. Da quest’ultimo posso, allora, controllare tutte le componenti connesse al BRIDGE/Gateway Philips HUE. Se dunque integro più BRIDGE/Gateway a Home Assistant, tramite quest’ultimo posso fare dialogare tutti i componenti collegati ai vari BRIDGE/Gateway.

PRO: Consente di far interagire componenti di una linea prodotti con altri (anche non ZigBee) integrati al proprio HUB personale.
CONTRO: Non è possibile introdurre altri componenti ZigBee non della linea brandizzata in uso, se non introducendo un altro BRIDGE/Gateway ad hoc, esso stesso eventualmente integrabile con l’HUB personale in uso. Per lo più è una strada per lo più da non considerare.
3. BRIDGE/Gateway SOFTWARE Esistono di BRIDGE/Gateway SOFTWARE considerati dei veri e propri “jolly“, ovvero non appartenenti ad alcuna linea prodotto. Essi possono virtualmente comunicare con qualsiasi componente ZigBee di qualsiasi linea prodotto. Questi “jolly” sono dati da un binomio: un software in esecuzione su un computer (mini, micro o alternative) e un’antenna (un “coordinator“) ZigBee.

Alcuni dei più adottati sono:

e altri minori.
Per capire come scegliere tra questi, abbiamo dedicato un FOCUS ad hoc.

Questi BRIDGE/Gateway vengono tipicamente eseguiti su computer o micro/mini-computer (come Mini PC o Raspberry Pi); poi, solitamente è il proprio HUB personale a interfacciarvisi e a sfruttare le risorse ad essi collegati. Alcuni propongono anche un’interfaccia web autonoma per la gestione della rete ZigBee e dei dispositivi ad essa connessi.

PRO: Consente di introdurre in domotica (basata su HUB personale) componenti ZigBee di qualunque tipo, marca o natura.
CONTRO: nessuno in particolare. Non per niente è l’approccio più seguito e consigliato.
4. Soluzioni autonome Si tratta di realizzare un BRIDGE/Gateway HARDWARE (ovvero il “collettore”) completamente autonomo, il quale non ha bisogno di un computer per essere eseguito.

Alcuni esempi sono l’accoppiata NodeMCU/CC2530, il valido “gateway russo” SLSys Gateway nonché l’ottimo Z-Bee Duo (utilizzato in binomio con Raspberry Pi Zero o analoghi): questo tipo di componenti funzionano bene, ma anch’essi, comunque, comunicano verso il proprio HUB personale. Il vantaggio rispetto alla soluzione al punto 3 sta nel fatto che questi ricordano più il coordinato di una soluzione brandizzata (soluzione 1), perché totalmente autonomi.

PRO: Consente di introdurre in domotica (basata su HUB personale) componenti ZigBee di qualunque tipo.
CONTRO: prevede una preparazione tecnica più alta rispetto alla soluzione descritta al punto 3. Inoltre, non è detto che supportino un grande insieme di componenti ZigBee.

Il secondo e sopratutto il terzo approccio sono solitamente quelli che, va da sé, permettono di ottenere i migliori risultati in termini di flessibilità ed scalabilità grazie all’ampio grado di integrazione ottenuto grazie all’adozione di HUB personali, e al contempo non prevedono grandissime conoscenze tecniche per essere implementati.

Alcuni dei tantissimi accessori basati su ZigBee testati da inDomus sono i seguenti:

Scegliere tra ZigBee2MQTT, ZHA e deCONZ. Cos’è meglio?

Questa pagina è redatta, manutenuta e aggiornata dallo staff di inDomus, un gruppo di persone molto diverse tra loro che trovi, per domande e supporto, sul forum e sulla chat del sito. Se ti sei perso, a tua disposizione c'è la mappa.