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

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

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

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

In concreto, si tratta di uno standard radio wireless 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, basati naturalmente su di esso.

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 è invece è molto bassa: circa 20 kbps, ma questo non è un problema. Ciò che serve in questo ambito è infatti grande affidabilità, non tanto una grande capacità trasmissiva (anzi), e in questo ZigBee è uno standard più che adeguato, per non dire ideale. Esso inoltre prevede l’uso (automatico) di meccaniche di meshing, 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 di segnale – tipicamente, tutti gli accessori ZigBee alimentati a rete, come per esempio le lampadine, anche se spente).

Parlando di tipologie di dispositivi ZigBee, abbiamo:

  • ZigBee Coordinator*: funge da centro stella per la rete ZigBee. Sostanzialmente, è “l’antenna” centrale;
  • 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;
  • ZigBee Router (ZR): i ripetitori di segnale. Sono dispositivi analoghi agli end-device, ma a loro differenza agiscono anche come router passando i dati da e verso altri dispositivi. Ecco alcuni esempi da noi testati.

*Lo ZigBee Coordinator da solo, non serve a niente. Come si capirà facilmente continuando nella lettura, esso ha sempre bisogno di una controparte software, un BRIDGE/Gateway che ne coordini il funzionamento. Come  vedremo, tale controparte può essere un software in esecuzione su un dispositivo ad hoc di un dato produttore, così come un software installato presso un ambiente operativo personale (eg. un proprio server, ma ci arriviamo).

N.b. Il tema è ampio. Abbiamo raccolto tutte le domande più classiche relative a ZigBee su questa scheda.

Come adottare ZigBee

Per introdurre ZigBee nel proprio ambiente domotico, le strade possono essere diverse – alcune più “chiuse” ma facili, altre più “aperte” ma nettamente più efficaci.

Quattro strade, dunque:

  1. Soluzioni brandizzate;
  2. Soluzioni brandizzate integrate ad HUB personali;
  3. BRIDGE/Gateway “jolly”;
  4. Soluzioni autonome.

Capirne le differenze è di fondamentale importanza, specie agli inizi.

1. Soluzioni brandizzate
Il più classico dei casi – spesse volte implementato anche inconsapevolnente. In questo caso introduce nel proprio ambiente la linea prodotti ZigBee di un dato produttore, composta solitamente da un “collettore” centrale (detto anche “BRIDGE/Gateway”) e dagli accessori satellite della stessa linea prodotti da collegare ad esso. Tale “BRIDGE/Gateway“, tra le varie componenti, è dotato appunto di una porzione di software chiamata la quale coordina la rete ZigBee domestica grazie a un’antenna fisica, solitamente posta all’interno dell’HUB proprietario stesso.

Il “collettore” centrale parla dunque da una parte con i componenti ZigBee della stessa linea prodotti 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,moltissime altre.

Solitamente tali soluzioni prevedono quindi un BRIDGE/Gateway ZigBee e di antenna coordinator nonché l’uso del cloud  del produttore e da un’app mobile di gestione dell’ecosistema.

PRO: Configurazione molto semplice, risultati di buona 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, eccetera). 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); possono solo lavorare “chiusi” nel proprio ecosistema.

2. Soluzioni brandizzate integrate ad HUB personali
Se si utilizza una linea prodotti basata ZigBee non è detto che tali componenti siano comunque isolati: se l’HUB proprietario di cui sopra (ovvero il “collettore”) della linea che uso è integrabile con HUB personali, allora posso farli interagire utilizzando il mio HUB personale.

Per esempio, i vari Aqara Hub M3, Philips HUE e Sonoff iHost (e molti altri) possono essere facilmente integrati (in disparati modi) a Home Assistant. Da quest’ultimo posso, quindi, controllare tutte le componenti connesse a tali BRIDGE/Gateway. Se dunque integro più BRIDGE/Gateway a Home Assistant, tramite quest’ultimo posso fare dialogare tutti i componenti collegati ai vari BRIDGE/Gateway.

N.b. Alcuni di questi BRIDGE/Gateway HARDWARE sono compatibili Apple HomeKit e Matter, sovra-standard che possono essere utilizzati dagli HUB personali per l’integrazione. Per esempio, il già citato Aqara Hub M3 può essere facilmente integrato via Matter.

PRO: Consente di adottare componenti di diverse linee e, tramite il proprio HUB personale, usarle di concerto.
CONTRO: Non è possibile introdurre altri componenti ZigBee diversi dalle linee brandizzate in uso, se non introducendo ulteriori HUB proprietari-BRIDGE/Gateway ad hoc, i quali siano essi stessi integrabili con l’HUB personale in uso. Laddove si utilizzino HUB personali, questa strada solitamente è da non prendere in considerazione.

⭐️ 3. BRIDGE/Gateway “jolly”
Esistono di BRIDGE/Gateway software considerati dei veri e propri “jolly“, ovvero non appartenenti ad alcuna linea prodotti specifica, in quanto di origine e tipo open. Essi possono virtualmente comunicare con qualsiasi componente ZigBee, indipendentemente dall’appartenenza a una data linea prodotti.

Questi “jolly” sono dati da un binomio: un software in esecuzione su un computer (mini, micro o alternative) e un’antenna (un “coordinator“) ZigBee, la quale può essere sia connessa fisicamente all’host che ospita il software (approccio più classico e diffuso) sia decentrata in altri punti dell’abitazione, collegata poi col software via Wi-Fi o Ethernet.

Alcuni dei BRIDGE/Gateway software più adottati sono:

e altri minori.

N.b. 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, slegandosi da qualsiasi lock-in dato dall’adozione di specifici HUB proprietari-BRIDGE/Gateway.
CONTRO: nessuno in particolare, se non il bisogno di installare e configurare il software. Non per niente è l’approccio più seguito e consigliato.

4. Soluzioni autonome
Si tratta di implementare un BRIDGE/Gateway (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.

Un altro esempio è ZigBee2Tasmota, il quale, installato su coordinator hardware compatibili, può lavorare in piena autonomia direttamente dal coordinator stesso senza bisogno di un host di appoggio.

PRO: Come per la soluzione al punto 3, consente di introdurre in domotica (basata su HUB personale) componenti ZigBee di qualunque tipo, marca o natura.
CONTRO: prevede una preparazione tecnica decisamente più alta rispetto alla soluzione descritta al punto 3. Inoltre, non è detto che tali soluzioni supportino un grande insieme di componenti ZigBee, perché comunque meno supportate dalla comunità open mondale.

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.

Cos’è ZigBee: guida rapida ai concetti principali

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

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

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