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Canali Wi-Fi e ZigBee: come evitare interferenze e ottenere le migliori prestazioni

Canali Wi-Fi e ZigBee: come evitare interferenze e ottenere le migliori prestazioni

 

Wi-Fi e ZigBee

 

Già di per sé l’adozione del Wi-Fi sulla gamma di frequenze della banda 2.4 GHz può talvolta trasformarsi un problema, se non un incubo, specie in presenza di altre sorgenti di trasmissione sul medesimo spettro. Non è un caso il FOCUS specifico che abbiamo dedicato per spiegare la tematica e illustrare delle strategie utili per risolvere o quantomeno attenuare eventuali problemi.

Una volta che si sia provveduto a realizzare una rete Wi-Fi stabile e veloce i problemi potrebbero comunque non essere finiti: introdurre infatti una rete mesh ZigBee per uso in domotica personale – cosa ricorrente tra i membri della nostra community – potrebbe causarne di nuovi, data l’adozione della medesima gamma di frequenze. Altri invece, già dotati di entrambe le reti, potrebbero aver particolari problemi su quella ZigBee (quella più “fragile”) – proprio a causa, senza saperlo, di interferenze radio.

Analizzare e pianificare è essenziale per ottenere le migliori prestazioni ed evitare problematiche. In questo FOCUS capiremo come progettare una coesistenza pacifica di Wi-Fi e Zigbee.

Cos’è un “canale”

Prima di risolvere un problema (o evitarne da zero) è necessario capire cosa sia un “canale“.

Parlando di Wi-Fi (ma il discorso vale nello stesso modo per ZigBee), solitamente i router utilizzano la cosiddetta banda a 2.4 GHz definendo circa 13 canali complessivi (talvolta 14 o anche meno, in base alle zone del mondo): per la precisione le frequenze gestite vanno da 2400 e 2500 MHz. I 100 MHz di differenza sono divisi in 14 canali di ampiezza di 20 MHz ciascuno (+2 MHz “di confine”).

Suddivisione canali Wi-Fi 2.4 GHz

Ogni canale ha una cosiddetta “frequenza centrale” e ognuno è diviso dall’altro, in termini di frequenza centrale, da 5 MHz. Su ZigBee ancora meno:  Va da sé che i canali abbiano delle “zone di sovrapposizione”, come l’immagine sopra rappresenta in modo chiaro.

Le frequenze delle trasmissioni Wi-Fi 2.4 GHz sono solitamente così suddivise:

Inizio del Canale Frequenza Centrale Fine del Canale
1 2401 2412 2423
2 2406 2417 2428
3 2411 2422 2433
  …e così via, fino al canale 14.

La sovrapposizione rende il rendimento della rete wireless piuttosto scadente: ecco perché anche se siamo sul canale 1 e il il vicino utilizza il 3, siamo comunque sottoposti a interferenze e cali di prestazione. In termini di canali bisogna stare “lontani”, se si vuol vivere sereni.

Le sovrapposizioni

Come detto, Wi-Fi e ZigBee utilizzando la stessa gamma di frequenza 2,4 GHz, salvo che il Wi-Fi non utilizzi solo frequenze 5 GHz (caso comunque improbabile). Quando si utilizzando Wi-Fi (2.4 GHz) e ZigBee negli stessi ambienti è quindi necessario eseguire un’attenta analisi/pianificazione per assicurarsi che essi non interferiscano l’uno con l’altro.

Facendo le cose “a caso”, spesso a pagarne le conseguenze è lo standard ZigBee, per diverse questioni squisitamente tecniche che, in parte, vedremo a seguire.

I “canali” (quindi le sotto-gamme di frequenza dello spettro 2.4 GHz) di Wi-Fi e ZigBee sono:

Wi-Fi
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14
ZigBee
11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26

il che potrebbe portare a pensare erroneamente che non ci siano grossi rischi di soprapposizioni oltre i canali 11-14.

Le soprapposizioni invece ci sono eccome, dato che i canali ZigBee occupano il medesimo spettro ma sono di più, in quanto più “stretti” e quindi non corrispondono, numericamente:

Canali Wi-Fi e ZigBee
image courtesy of metageek.com.

Per esser precisi, persino i tre classici canali Wi-Fi 2.4 GHz non sovrapponibili 1, 6 e 11 utilizzano le precise, stesse frequenze dei canali ZigBee 11 e 22. Utilizzare per esempio Wi-Fi su canale 1 e ZigBee su canale 11 darà quindi certamente problemi di interferenza.


La cosa importante è quindi che le “frequenze centrali” dei canali scelti su Wi-Fi e ZigBee siano il più possibile lontane tra di loro, anche su quelle che vengono definiti “sideband“, ovvero le frequenze immediatamente limitrofe alla frequenza centrale e comunque parte del canale stesso.

La casistica che segue:

Canali Wi-Fi e ZigBee - 6 e 18
image courtesy of metageek.com.

è certamente più suscettibile a interferenze di quella che segue:

Canali Wi-Fi e ZigBee - 11 e 25
image courtesy of metageek.com.

ma certamente la condizione migliore è la seguente:

Canali Wi-Fi e ZigBee - 1 e 24
image courtesy of metageek.com.

nella quale, va da sé, la scelta del canale 1 Wi-Fi (o anche 6) e del canale 24 per ZigBee garantisce un’isolamento certo* delle frequenze in uso.

* che sia “certo“, come vedremo subito a seguire, è vero tecnicamente ma non in assoluto. Altrimenti non ci sarebbe motivo di porsi problemi: basterebbe fare sempre questa scelta, a livello mondiale, per aver risolto qualsiasi problema di interferenza. 😉


N.b. Nell’esempio non è volutamente indicato il canale ZigBee 26 (quello intuitivamente più “lontano”) in quanto per quanto supportato lato specifiche non lo è altrettanto lato end-device: molti componenti ZigBee, infatti, non lo supportano. 

Analisi

Applicare in modo diretto l’esempio sopra non è sempre possibile. A meno che non si viva in una bellissima malga di montagna, isolata dal mondo e da interferenze radio (magari!), difficilmente la scelta dei canali potrà essere fatta in totale autonomia: in qualche modo, una sorgente 2.4 GHz nei paraggi per lo più c’è sempre, a partire – banalmente – dalle Wi-Fi dei propri vicini di casa.

Capire quali canali utilizzare è dunque un’opera che necessita di analisi: capire nel proprio ambiente quali siano i canali utilizzati dalle fonti di interferenza (eg. i vicini) e quindi scegliere con accuratezza sia il canale Wi-Fi 2.4 GHz che, conseguentemente con quanto spiegato prima, quello ZigBee.

Naturalmente, non conta solo la presenza nello spettro di una fonte trasmissiva, ma anche la sua potenza: una sorgente Wi-Fi sul canale 1 con una ricezione bassa (lato nostro che misuriamo) potrebbe non rappresentare un grosso problema per la nostra rete ZigBee. Si tratta di equilibri.

Per monitorare la situazione complessiva in essere (canali occupati e relative potenze trasmissive) ci sono varie strade.

Software

La soluzione più banale è quella di utilizzare un computer dotato di antenna Wi-Fi o uno smartphone/tablet per effettuare un assessment della propria situazione radio.

Per Apple MacOS consigliamo il tool Apple Wireless Diagnostics, utilizzabile liberamente come spiegato qui. Altrimenti, un’altra applicazione di livello è NetSpot.
Per Windows consigliamo inSSIDer by MetaGeek, scaricabile qui: si tratta di una soluzione semplice e immediata:


Su smartphone e tablet la scelta è ampia sia su Google Android che Apple iOS.

Hardware

Sul fronte hardware ci sono tantissime soluzioni di livello; una su tutte può essere quella di MetaGeek, ovvero Wi-Spy+Chanalyzer. Si tratta di una soluzione hardware associata a un software: molto versatile, ha comunque un costo da sostenere per l’acquisto:


Diversamente, sul mercato esistono tanti altri analizzatori di spettro: alcuni sono persino dotati di schermo, i quali possono essere utilizzati senza un computer di supporto (tutto quel che è hardware ovviamente ha un taglio professionale, più che hobbystico).


Infine, ricordiamo ai possessori di modem AVM FRITZ!Box che tutti i modelli includono un mini-analizzatore di spettro:

FRITZ!OS - Analisi canali radio FRITZ!Box

Questo, naturalmente, vale anche per altri dispositivi di rete wireless di altre linee (elencarli tutti non sarebbe possibile).

Scelta

Arrivati sin qui bisognerebbe aver chiaro – e se così non è, abbiamo fallito – quale sia il tema, come individuare le eventuali “congestioni” dello spettro 2.4 GHz e, quindi, quale scelta fare nel posizionare, in termini di canali, il proprio Wi-Fi 2.4 GHz e la propria rete ZigBee.

In caso si stia implementando per la prima volta la propria rete ZigBee, si consiglia di posizionare al meglio il canale Wi-Fi, scegliere con attenzione quale canale utilizzare per la rete ZigBee e solo a questo punto avviare quest’ultima.

Ricordiamo, infine, che il cambio del canale ZigBee rende necessario l’effetuare nuovamente pairing, da capo, di tutti gli end-device ZigBee presenti sulla propria rete; ecco perché analisi e scelta andrebbero effettuati a monte e non a causa di eventuali problemi. Comunque sia, è bene tenerlo a mente.

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

⚠️ Se di ZigBee ne sai poco ma sei interessato a capirne di più, ti suggeriamo di partire da qui.

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