I sistemi domestici intelligenti richiedono una connessione radio per la rete wireless dei dispositivi. Tuttavia, non esiste uno solo, ma molti diversi standard radio per l'automazione domestica. Spieghiamo qui perché è così e cosa significa per il design della casa intelligente.
ZigBee & Co.: Cosa dovresti sapere sugli standard wireless Smart Home
- La connessione wireless nella casa intelligente deve trasmettere i dati in modo sicuro e veloce con un basso consumo energetico.
- La WLAN offre un'elevata velocità di trasmissione ma richiede molta energia, motivo per cui lo standard wireless non ha preso piede nelle case intelligenti.
- I sensori a batteria che inviano piccole quantità di dati utilizzano principalmente protocolli economici come ZigBee, Z-Wave o EnOcean, che, come la WLAN, sono liberamente accessibili a tutti i produttori.
- Oltre agli standard radio aperti, ci sono anche quelli privati come Homematic IP che appartengono a un'azienda. I dispositivi sono quindi compatibili solo all'interno del proprio sistema di casa intelligente o con i sistemi sviluppati in collaborazione dal produttore. Questi standard radio vengono anche definiti "proprietari".
Perché gli standard radio sono importanti?
Chiunque abbia provato disperatamente a navigare in Internet in mezzo al bosco o in autostrada sa quanto siano importanti le connessioni radio stabili. Lo stesso vale per i dispositivi domestici intelligenti che dovrebbero essere in grado di comunicare tra loro in casa senza interferenze. Perché proprio come gli smartphone, i sistemi di casa intelligente basati sulla radio comunicano utilizzando le onde elettromagnetiche.
Gli standard radio come ZigBee, Z-Wave, WLAN o EnOcean sono generalmente basati sulla modulazione di radio e microonde, che appartengono alla parte a bassa frequenza dello spettro elettromagnetico. L'onda viene modificata in modo da poter trasportare informazioni (immagini, lingua, musica, testo). In Germania, la Federal Network Agency emette frequenze per il traffico radio. Molti protocolli nel campo della smart home radio utilizzano sia la cosiddetta banda ISM (Industrial, Scientific and Medical Band) compresa tra 2,4 e 2,5 GHz o la banda SRD (Short Range Device) tra 863 e 870 MHz.
Gli standard wireless per la smart home spaziano tra onde radio e infrarossi.
Per poter controllare i dispositivi domestici intelligenti con lo smartphone o il tablet, la frequenza radio della casa intelligente deve essere tradotta in un segnale WLAN. Ecco perché la maggior parte dei sistemi di casa intelligente richiede un ponte radio (anche gateway o centro di controllo). È collegato al router WLAN di casa.
In cosa differiscono ZigBee, Z-Wave, WLAN e altri?
Le connessioni wireless dovrebbero trasmettere i dati in modo sicuro, veloce e senza interferenze. Tuttavia, i requisiti cambiano a seconda dell'area di applicazione. Con i sistemi di videoconferenza, ad esempio, devono trasportare enormi quantità di dati. I sensori di temperatura o di movimento nelle case intelligenti, invece, inviano solo piccoli pacchetti di dati. Qui, lo standard wireless dovrebbe principalmente funzionare in modo economico in modo che le batterie durino il più a lungo possibile.
Larghezza di banda
Uno standard radio utilizza una determinata gamma di frequenze. La larghezza di banda mostra la distanza tra le frequenze superiore e inferiore di questo intervallo. Ad esempio, la maggior parte dei router wireless utilizza un intervallo di frequenza compreso tra 2,4 e 2,4835 GHz. La larghezza di banda in questo caso è 83,5 MHz. Maggiore è la larghezza di banda, più dati possono essere trasmessi.
canali
Per evitare interferenze, deve esserci uno spazio tra un canale e il successivo. Per le reti WLAN nella banda di frequenza 2,4 GHz, sono disponibili quattro canali non sovrapposti con una larghezza di canale di 20 MHz e una spaziatura di 5 MHz.
Trasmissione
Velocità La velocità di trasmissione è molto importante in wireless a Internet. Per questo motivo, la WLAN si è affermata come lo standard wireless per laptop, PC e smartphone. I router con lo standard Wifi 5 (802.11 ac) gestiscono fino a 1.300 Mbit / s. È abbastanza per trasmettere comodamente le serie. Lo standard wireless Z-Wave Smart Home arriva a 9,6 Kbit / s in confronto. Questo è sufficiente per inviare comandi tra interruttori e sensori.
Sono necessarie velocità di trasferimento elevate per le chat video. La WLAN è molto adatta come standard radio qui.
I
produttori di intervallo spesso specificano l'intervallo all'aperto con una connessione wireless. In ambienti chiusi, invece, gli ostacoli rallentano la trasmissione delle onde elettromagnetiche. In particolare, elementi costruttivi leggeri in cartongesso, pareti con elementi in acciaio e condutture dell'acqua interferiscono con la trasmissione radio. La WLAN ha una portata teorica di 300 metri - in pratica, tuttavia, il livello del segnale diminuisce dopo pochi metri. Anche la frequenza del segnale radio è fondamentale: maggiore è la portata, minore è la portata.
Standard di sicurezza
La trasmissione wireless è particolarmente soggetta al furto di dati. Per questo motivo, tutti gli standard wireless in Smart Home wireless hanno un protocollo di sicurezza che crittografa i dati. Tuttavia, nessuno standard wireless è sicuro al 100% dagli attacchi degli hacker. Leggi il nostro articolo su questo: Quanto è sicura una casa intelligente?
Perché non utilizzare subito il WiFi per tutti i dispositivi domestici intelligenti?
Il 95 percento di tutti i tedeschi dispone di una connessione Internet, la maggior parte con un router WLAN. Allora perché non utilizzare la WLAN come standard per i sistemi domestici intelligenti? Ci sono molteplici ragioni per questo:
Consumo energetico elevato
Rispetto ad altre connessioni wireless, la WLAN ha un'elevata velocità di trasmissione. Ciò significa anche che i dispositivi WiFi consumano molta energia. Ciò è particolarmente svantaggioso per i dispositivi a batteria. L'elevata larghezza di banda e l'alta velocità non sono necessarie per piccoli sensori che trasmettono solo messaggi brevi.
Sovrapposizioni
Soprattutto nei condomini, si verificano interferenze quando troppi dispositivi nelle reti WLAN adiacenti utilizzano la gamma di frequenza dei 2,4 GHz.
Portata limitata
L'interferenza del segnale proveniente da altri dispositivi che utilizzano la stessa banda di frequenza riduce anche la portata del collegamento radio.
Qual è la differenza tra standard wireless aperti e proprietari?
- Con standard radio aperti come ZigBee e Bluetooth, la tecnologia è disponibile gratuitamente per tutti i produttori. Spesso diverse aziende sviluppano i protocolli in un'organizzazione ombrello. Il vantaggio è un alto livello di compatibilità, anche con diversi sistemi di smart home. Homee è un buon esempio di un sistema di casa intelligente completamente aperto a cui possono essere collegati tutti i dispositivi che utilizzano standard radio aperti.
- Con standard radio proprietari (chiusi) come Homematic IP, un produttore sviluppa il proprio protocollo. Ciò garantisce una maggiore sicurezza durante la trasmissione dei dati. I dispositivi per la casa intelligente possono essere collegati solo a dispositivi dello stesso produttore. Questo ostacolo può essere aggirato con la compatibilità appropriata utilizzando "app di colla" come IFTTT o l'app Alexa.
- Nel caso di standard radio aperti, il codice del protocollo è open source. Ciò significa che qualsiasi produttore può apportare modifiche. I dispositivi con lo stesso standard radio non sono quindi necessariamente compatibili tra loro. Tuttavia, poiché molti produttori desiderano che i loro prodotti possano essere collegati al maggior numero possibile di sistemi diversi, è probabile che sia compatibile.
Standard della radio domestica intelligente a confronto
|
Max. |
Il raggio d' |
gamma di frequenza |
Consumo |
applicazione |
Produttore |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
ACCESSO A INTERNET WIRELESS |
1.000-1.300 |
50 m |
2,4-2,48 GHz |
alto |
Internet senza fili |
Belkin WeMo DLink Tado Google Home Netatmo squillare |
|
Bluetooth 5.0 a |
1-3 Mbit / s |
10 m |
2,40-2,48 MHz |
Basso |
Dispositivi domestici intelligenti | |
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
Basso |
Automazione degli edifici |
Philips Hue Ikea Tradfri Osram Xiaomi Samsung Homee Smart Home |
|
Z-Wave |
9,6-40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
Basso |
Automazione degli edifici |
Fibaro Honeywell Neo Samsung SmartThings Homee Devolo Merten |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
molto basso |
Sensori di temperatura , |
Siemens Mediola Homee Smart Home Somfy Wago |
|
Homematic |
9,6 kbit / s |
20-30 m |
868-869,52 MHz |
Basso |
Gestione energetica , |
HomeMatic Max! Qivicon / Magenta Innogy |
|
DectULE |
1,1 Mbit / s |
30-50 m |
1,89-1,90 MHz |
Basso |
Automazione degli edifici |
Magenta Smart Home AVM Gigaset |
Standard radio: vantaggi e svantaggi in sintesi
1. WLAN
Già negli anni '70 ci furono tentativi di inventare collegamenti radio per la trasmissione veloce dei dati. Nel 1971, la rete ALOHAnet ha collegato sette computer su quattro diverse isole hawaiane utilizzando il protocollo radio Aloha. Il protocollo radio IEEE 802.11, utilizzato ovunque oggi, esiste dal 1997. Due anni dopo, è stata costituita WiFi Alliance con l'obiettivo di certificare i dispositivi WLAN e sviluppare ulteriormente la tecnologia.
Il campanello intelligente di Ring comunica con un dispositivo Alexa tramite WiFi.
funzionalità
- Le attuali reti WiFi si basano sugli standard radio IEEE-802.11ne 802.11ac (WiFi 4 e WiFi 5).
- Le velocità di trasferimento teoriche sono 600 Mbit / so 1500 Mbit / s. In pratica, tuttavia, la velocità dei dati è inferiore perché molti router non possono ricevere più flussi di dati in parallelo.
- I router WLAN utilizzano la banda di frequenza a 2,4 GHz con quattro canali non sovrapposti, i modelli più recenti utilizzano anche la banda di frequenza a 5 GHz con 19 canali.
benefici
- di sicuro
- alta velocità di trasferimento
svantaggio
- energia intensa
- Frequenti interferenze dovute all'elevato numero di utenti, soprattutto nella banda dei 2,4 GHZ
- nella gamma inferiore di 5 GHz a causa dell'alta frequenza
Applicazioni
Nonostante la sua fame di energia, lo standard radio WLAN gioca un ruolo importante nella creazione di una casa intelligente:
- in comunicazione tra Smart Home Hub e router
- per dispositivi come smart TV e fotocamere che trasmettono grandi quantità di dati (video)
Sistemi domestici intelligenti con WLAN
- Belkin WeMo
- D-Link
- Tado
- Google Home
- Netatmo Smart Home
- Ring (campanelli video intelligenti)
2.Bluetooth a bassa energia (BLE, 5.0)
Nel 1998 Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel hanno sviluppato lo standard Bluetooth. Nel 1999 il Bluetooth Special Interest Group (BT SIG) ha pubblicato le specifiche per il primo protocollo Bluetooth. Negli anni successivi, il Bluetooth è diventato uno dei più importanti standard radio per la trasmissione wireless tra telefoni cellulari e PC o per le cuffie Bluetooth. Dalla versione 4.0 in poi, consuma molta meno energia, da cui il nome Low Energy (Bluetooth LE).
A causa del breve raggio, il Bluetooth è meno adatto per la casa intelligente. Lo standard radio è più adatto per l'ascolto di musica tramite cuffie wireless.
Funzionalità
Lo standard wireless Bluetooth utilizza come la banda ISM wireless da 2,402 a 2,480 GHz.
- Il dispositivo trasmettitore (master) si sincronizza con il dispositivo ricevitore (slave). Entrambi i dispositivi devono autorizzare la connessione per questo.
- Mittente e destinatario stabiliscono una connessione punto a punto in una cosiddetta rete pico. Ogni dispositivo ha un indirizzo a 48 bit che lo identifica.
- Il trasmettitore cambia la frequenza all'interno della banda di frequenza 1.600 volte al secondo (processo di salto di frequenza). Il ricevitore esegue la scansione dei segnali dal trasmettitore ogni 2 secondi finché non viene stabilita la connessione.
benefici
- ampiamente utilizzato, quindi alta compatibilità
- bassa energia
svantaggio
- corto raggio
- scarsa stabilità
Applicazioni
Nei settori dell'automazione domestica e della sicurezza, pochi produttori si affidano al Bluetooth, ma è uno dei principali standard wireless per i dispositivi indossabili e l'elettronica di intrattenimento. Applicazioni utili nell'area della casa intelligente includono serrature elettroniche o apriporta intelligenti per garage.
3. ZigBee
Nel 2002, varie società hanno fondato la ZigBee Alliance. Lo standard radio ha lo scopo di consentire la trasmissione di dati in reti con bassi volumi di dati e consumo energetico minimo. Negli anni successivi ZigBee si è affermata come tecnologia leader nell'automazione industriale, in particolare per il controllo di interruttori e sensori.
ZigBee è predestinato per la casa intelligente a causa della sua bassa suscettibilità al guasto. Tra le altre cose, Philips Hue si basa su ZigBee come luce intelligente.
funzionalità
- Come il Bluetooth, ZigBee utilizza lo standard IEEE 802.15.4 ed estende il protocollo di tre livelli.
- In una rete mesh, i singoli dispositivi domestici intelligenti non ricevono necessariamente solo messaggi dal gateway centrale. Ogni dispositivo diventa molto più di un nodo di rete e può trasmettere informazioni. Ad esempio, anche le lampade ei sensori di temperatura collegati all'hub comunicano tra loro.
- Se l'hub si guasta, la lampada riceve comunque il comando "Continua lampada" dal sensore di temperatura. In grandi appartamenti e case con più stanze, il collegamento di solito funziona senza interferenze nonostante le pareti.
Applicazioni
I dispositivi domestici intelligenti nell'automazione domestica come il controllo del riscaldamento intelligente, i sensori di porte e finestre o le luci utilizzano ZigBee di più.
benefici
- basso consumo energetico
- bassa suscettibilità al fallimento
- alta distribuzione, quindi un'ampia selezione di produttori
svantaggio
- nessuna
Sistemi domestici intelligenti con ZigBee
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
4. Z-Wave
Nel 1999 la società danese Zensys ha sviluppato lo standard radio Z-Wave come tecnologia proprietaria. Nel 2005, vari produttori hanno fondato la Z-Wave Alliance, che ha membri come Huawei e Fibaro. La società tecnologica "Silicon Labs" ora possiede i diritti per la tecnologia. Alla fine del 2019, Silicon Labs ha annunciato di voler rendere Z-Wave uno standard wireless aperto.
Z-Wave è molto popolare tra i produttori di dispositivi domestici intelligenti. Il sensore intelligente di Fibaro misura movimento, temperatura e luce e si basa su Z-Wave come standard wireless.
funzionalità
- I dati vengono trasmessi nella gamma di frequenza 868 MHz con uno spostamento di frequenza di 20 kHz.
- I dispositivi Z-Wave formano una rete che ha un ID univoco. Ogni dispositivo all'interno della rete ha un ID definito nel chip integrato.
- Come con ZigBee, i dispositivi comunicano tra loro in una rete mesh, simile ai ripetitori mesh. La rete wireless funziona in modo più fluido quanto più dispositivi alimentati da elettricità sono integrati nella casa intelligente.
- Il destinatario deve riconoscere ogni messaggio.
benefici
- Bassa interferenza grazie all'utilizzo della banda di frequenza 868 MHz
- basso consumo energetico
- alta distribuzione, quindi un'ampia selezione di produttori
- fino a 232 dispositivi possono essere collegati tra loro
svantaggio
- velocità di trasferimento bassa, ma sufficiente per sensori piccoli
Sistemi domestici intelligenti con Z-Wave
- Fibaro
- Honeywell
- Neo
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Devolo
- Merten
- Vivint Smart Home
5. EnOcean
Nel 2001, Siemens ha fondato EnOcean GmbH con l'obiettivo di sviluppare un protocollo per la comunicazione wireless nell'industria. EnOcean Alliance, fondata nel 2008, comprende oltre 400 aziende, tra cui Honeywell, IBM e Microsoft.
I dispositivi Enocean generano il proprio fabbisogno di elettricità semplicemente premendo un pulsante La Smart Home di Homee è un modo per utilizzare lo standard wireless.
Come funziona
Lo standard wireless EnOcean utilizza il principio della raccolta di energia. I sensori non necessitano di una batteria.
- Un convertitore di energia genera elettricità da un movimento come la pressione di un interruttore della luce.
- Le mini celle solari sono alimentate da elettricità proveniente da fonti luminose, ad esempio.
- Gli elementi Peltier generano elettricità attraverso le differenze di temperatura, ad esempio tra il radiatore e l'ambiente. È sufficiente una differenza di temperatura di due gradi.
benefici
- quasi nessun consumo energetico
svantaggio
- adatto solo per piccoli sensori e piccole quantità di dati
Applicazioni
Lo standard radio a bassissima energia viene utilizzato dai dispositivi domestici intelligenti che inviano brevi messaggi o comandi. Questi sono:
- Sensori di movimento o rilevatori di movimento
- Sensori di temperatura
- Sensori di CO2
Sistemi domestici intelligenti con EnOcean
- Siemens
- Mediola
- Homee Smart Home
- Somfy
- Wago
- Eltako (tecnologia di sicurezza)
- NodOn (rilevatore di movimento)
6. Homematic IP (BidCoS)
Dietro il marchio Homematic IP c'è lo standard radio proprietario BidCoS (Bidirectional Communication Standard). L'inventore è la società tecnologica tedesca eQ-3, fondata nel 2007, che utilizza il suo standard Homematic IP per i propri sistemi di casa intelligente (Max!, Homematic), ma lo mette anche a disposizione dei suoi partner di cooperazione Innogy e Qivicon. Qivicon è una grande piattaforma di casa intelligente che è anche la base per Qivicon / Magenta SmartHome, ad esempio.
Homematic IP è una radio proprietaria, i dispositivi funzionano in collaborazione ma anche con Magenta e Innogy.
funzionalità
- Il BidCoS è un protocollo bidirezionale. Ciò significa che il destinatario deve sempre riconoscere un messaggio.
- Lo standard radio trasmette i dati con autenticazione AES e crittografia a 128 bit.
benefici
- alta sicurezza
svantaggio
- non compatibile con altri sistemi di casa intelligente (ad eccezione dei partner di cooperazione)
Sistemi domestici intelligenti con Homematic IP / BidCoS
- HomeMatic
- Max!
- Qivicon / Magenta SmartHome
- Innogy
7. Dect ULE
Lo standard radio DECT (per Digital Enhanced Cordless Communication) si è diffuso già negli anni '90 con l'avvento dei telefoni cordless. La variante Ultra Low Energy (ULE) del protocollo DECT è ottimizzata per un basso consumo energetico.
I dispositivi Dect Ule possono essere controllati direttamente tramite Fritz! Box. Ad esempio, la presa intelligente di AVM.
funzionalità
- DECT ULE non sta per un singolo protocollo, ma per molti protocolli di diversi produttori nella banda 1.890-1.900 MHz.
- Per poter comunicare tra loro, i dispositivi smart home che utilizzano il protocollo DECT ULE necessitano di un gateway come centro per i messaggi in entrata e in uscita.
Applicazione
Lo standard radio non viene utilizzato solo per telefoni e router, ma anche per lampade e sensori intelligenti.
benefici
- Bassa interferenza grazie alla propria banda di frequenza
svantaggio
- usato relativamente raramente
Sistemi domestici intelligenti con Dect ULE
- Magenta Smart Home (Telekom)
- AVM (Fritz! Box)
- Gigaset Elements Smart Home
Combinando diversi standard
I sistemi di casa intelligente progettati apertamente offrono la possibilità di combinare diversi standard wireless. Un'ampia varietà di standard per la casa intelligente è integrata nei centri di controllo di sistemi come Magenta o Homee.
Le "app adesive" come IFTTT, iHaus, Apple HomeKit, Google Assistant o Amazon Alexa fungono anche da ponte tra dispositivi domestici intelligenti con diversi standard wireless. In linea di principio, le informazioni di varie app vengono valutate in un'app centrale. Ad esempio, il sensore D-Link invia un segnale acustico quando il sensore Arlo rileva un movimento. Il presupposto è che i singoli dispositivi siano compatibili con l'app adesiva selezionata.
KNX-RF: amplia il sistema bus con dispositivi radio
Per i nuovi edifici o una successiva installazione di una casa intelligente in un vecchio edificio, i proprietari possono valutare se desiderano implementare il controllo della casa intelligente tramite installazione via cavo anziché radio. Il cavo di alimentazione può essere utilizzato come elemento di connessione (sistema powerline) o un sistema bus separato che corre come seconda linea accanto alla linea di alimentazione (sistema KNX). Il bus KNX consente l'integrazione di dispositivi smart home di diversi produttori e può essere combinato con Powerline ed Ethernet.
Per il sistema KNX, ora esiste anche una soluzione ibrida composta da dispositivi cablati e basati su radio che possono essere controllati tramite la stessa interfaccia utente. Ciò è utile, ad esempio, per espandere una casa intelligente cablata con funzioni aggiuntive. Lo standard radio appropriato è chiamato KNX-RF. Anche una smart home wireless pura può essere implementata utilizzando questa tecnologia, come è possibile anche con gli standard wireless nel confronto sopra. Poiché la connessione e la programmazione sono relativamente complesse, KNX-RF è rivolto più a specialisti e proprietari KNX che desiderano combinare KNX e KNX-RF.
