Numerosi sensori per la casa intelligente e sistemi di illuminazione utilizzano il protocollo radio ZigBee ad alta efficienza energetica. I gateway smart home consentono la comunicazione con altri sistemi smart home. Spieghiamo come funziona ZigBee e quali prodotti per la casa intelligente sono compatibili.
ZigBee: le cose più importanti a colpo d'occhio
- ZigBee è un protocollo wireless a basso consumo energetico per la casa intelligente sviluppato da ZigBee Alliance.
- A partire da ZigBee 3.0, i dispositivi ZigBee di diversi produttori sono ampiamente compatibili tra loro.
- Con le cosiddette reti mesh, la portata dei dispositivi può essere aumentata, poiché i singoli nodi fungono da ripetitori.
- All'interno di una rete, ZigBee Bridge forma un ponte tra i dispositivi e l'app di controllo. Inoltre, alcuni bridge possono anche comunicare con dispositivi WLAN e Bluetooth di altre marche. I prodotti ZigBee possono essere utilizzati anche con Google Home o Apple HomeKit.
- Amazon Echo Plus, Echo Show ed Echo Studio sono compatibili con ZigBee. Ciò significa che i dispositivi ZigBee possono essere controllati anche con Alexa senza un gateway aggiuntivo.
Cos'è ZigBee?
Computer portatili, smartphone e dispositivi domestici intelligenti utilizzano diversi protocolli radio per la comunicazione wireless. Differiscono in termini di gamma di frequenza utilizzata, larghezza di banda, topologia di rete e modalità di trasmissione dei messaggi.
Dal 2002 la ZigBee Alliance ha sviluppato il protocollo radio a bassa energia ZigBee. L'associazione comprende ora più di 230 aziende, tra cui Samsung, Osram, Somfy, Amazon, Huawei e Ikea. Gli obiettivi dichiarati sono un'elevata compatibilità tra dispositivi di diversi produttori, un basso consumo energetico e uno standard aperto.
I prodotti certificati prima della ZigBee Alliance funzionano con qualsiasi piattaforma abilitata ZigBee.
Come funziona ZigBee?
Tutti i protocolli radio sono costituiti da diversi livelli secondo il modello OSI. Queste regolano i vari compiti di comunicazione. Ciò include la trasmissione fisica del segnale, la crittografia, la prevenzione della congestione dei dati e la visualizzazione nelle varie app. Gli utenti interagiscono solo con il livello superiore, mentre quelli inferiori funzionano in background.
Nei primi due livelli, come il Bluetooth, ZigBee utilizza lo standard IEEE 802.15.4, che utilizza la banda ISM (banda industriale, scientifica e medica) nella gamma di frequenza di 2,4 GHz. Le lunghe pause nella trasmissione dei dati sono una caratteristica di questo standard. Ciò significa che ogni nodo di rete può entrare in una sorta di modalità di sospensione, che consente di risparmiare molta energia rispetto ad altri standard. Una batteria a bottone integrata in un sensore ZigBee può durare diversi anni.
ZigBee è caratterizzato da un basso consumo energetico e da un'elevata intercompatibilità.
La specifica ZigBee definisce la comunicazione negli strati superiori (da 3 a 7). I vari dispositivi ZigBee formano una Wireless Personal Area Network (WPAN) per comunicare tra loro. Ogni rete ZigBee può essere identificata in modo univoco da un indirizzo a 64 bit.
ZigBee definisce il protocollo per i livelli da 3 a 7 del modello OSI. Il Dotdot di livello superiore consente la comunicazione con altri standard radio.
Come funziona una rete ZigBee?
Una rete ZigBee è composta da un coordinatore, router e dispositivi finali. I router si scambiano pacchetti di dati tra loro. Il coordinatore è un router che attiva anche la rete. I dispositivi finali comunicano solo con il proprio router. Sono in modalità di sospensione la maggior parte del tempo, quindi consumano pochissima energia. Si connettono al router a intervalli prestabiliti e vedono se ha messaggi per loro.
Le reti ZigBee utilizzano la topologia a stella, albero o mesh. La topologia a stella prevede un coordinatore / router e diversi dispositivi finali. Questi ultimi non possono comunicare direttamente tra loro, ma solo tramite il coordinatore. Se questo nodo centrale si guasta, lo scambio di dati non è più possibile.
Nella topologia ad albero c'è un coordinatore, alcuni router e terminali. Ogni dispositivo finale (figlio) comunica con il rispettivo router (genitore), il router con il coordinatore in una struttura ad albero.
Nella topologia mesh, anche i router sono collegati in rete tra loro. Ciò consente a molti percorsi alternativi di trasportare i dati dal nodo A al nodo B. Per questo motivo, la maggior parte dei sistemi domestici intelligenti gestiti da ZigBee utilizza reti mesh. Sono consentiti fino a 65.000 nodi. D'altra parte, i router richiedono più energia dei semplici dispositivi finali. Ciò riduce la durata delle batterie.
Nelle reti mesh, i dati possono essere inoltrati nonostante i nodi difettosi.
Cos'è un ponte ZigBee?
Il bridge funge da bridge tra i dispositivi smart home ZigBee e l'app di controllo sullo smartphone o sul cloud. A seconda del produttore, il bridge è anche chiamato hub o gateway. A volte i bridge possono anche controllare dispositivi ZigBee di altri produttori. Ad esempio, il bridge Philips Hue è in grado di comunicare con le pere Ikea Tradfri. Ciò consente agli utenti di risparmiare i soldi per un secondo gateway.
Inoltre, i dispositivi ZigBee non possono essere facilmente accoppiati con dispositivi WLAN, Bluetooth o Z-Wave perché parlano una lingua diversa. Tuttavia, alcuni gateway ZigBee come la sede principale di Homee, il Philips Hue Bridge o lo SmartThings Hub possono tradurre tra i diversi standard wireless. Ciò significa che le lampadine Philips Hue per la casa intelligente possono essere utilizzate con i prodotti Google Home, ad esempio, per creare routine, anche se Google Home è basato sul WiFi.
Le lampade Ikea Tradfri utilizzano ZigBee. Il gateway costituisce il ponte tra le sorgenti luminose e l'app.
Quanto lontano arriva ZigBee?
La gamma dei prodotti ZigBee Smart Home è compresa tra 10 e 15 metri. Tuttavia, può essere aumentato nelle reti mesh. I singoli dispositivi formano nodi di rete che fungono da ripetitori e amplificano il segnale. Secondo Signify (Philips Hue), sono possibili portate fino a 100 metri.
Cos'è ZigBee 3.0?
Oltre al protocollo ZigBee principale, in passato ci sono state specifiche diverse.
Rispetto al protocollo ZigBee standard, ZigBee Pro (2007) offriva una maggiore sicurezza e più opzioni di topologia. Come lo standard radio EnOcean, Green Power ha utilizzato il principio della raccolta di energia, che abilita sensori indipendenti dall'energia. RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) è stato utilizzato per controllare a distanza dispositivi elettrici con telecomandi. ZigBee Comunicazione regolata IP tra una rete locale e Internet. Ogni specifica consisteva in diversi moduli a seconda dell'area di applicazione (automazione degli edifici, illuminazione, settore sanitario).
A causa delle diverse specifiche, i dispositivi per la casa intelligente ZigBee spesso non erano compatibili tra loro. Nel 2015, ZigBee Alliance ha annunciato il nuovo standard wireless ZigBee 3.0, che combina ZigBee Pro, Green Power, IP e RF4CE. Ha lo scopo di aumentare l'interoperabilità tra i dispositivi domestici intelligenti ed è compatibile con le versioni precedenti.
In che modo ZigBee garantisce la sicurezza dei dati?
ZigBee utilizza la crittografia AES simmetrica con una lunghezza della chiave di 128 bit per trasferire i dati. Alla fine del 2019, tuttavia, è stata scoperta una lacuna di sicurezza nelle luci Philips Hue che sfruttava una debolezza del protocollo ZigBee. Ciò ha consentito agli aggressori di accedere alla rete tramite il bridge. In un successivo aggiornamento del software, il produttore Signify ha eliminato la vulnerabilità.
Cos'è DotDot?
DotDot (noto anche come ZigBee Cluster Library) è il livello di applicazione del protocollo ZigBee nel modello OSI. Essendo un linguaggio universale per i dispositivi IoT, DotDot consente anche una semplice comunicazione tra dispositivi domestici intelligenti in reti diverse. Per questo, la ZigBee Cluster Library è stata adattata ad altri protocolli. Ciò fornisce ai dispositivi con diversi standard radio come WiFi, Bluetooth, Z-Wave, NB-IoT e Sigfox un livello comune su cui possono comunicare.
DotDot fornisce un linguaggio comune per i prodotti per la casa intelligente.
Quali sono le differenze tra ZigBee e altri standard wireless?
|
Max. |
Portata |
gamma di frequenza |
Consumo |
Aree di applicazione |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
Basso |
Sensori, |
|
ACCESSO A INTERNET WIRELESS |
1.000 - |
50 m |
2,4-2,4835 GHz 5,0-5,7 GHz |
Alto |
Router, |
|
Bluetooth |
1 - 3 Mbit / s |
10 m |
2.400 - 2.483 MHz |
Basso |
Elettronica di consumo , |
|
Z-Wave |
9,6 - 40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
Basso |
Sensori, |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
molto basso |
Sensori, |
- WLAN: lo standard WLAN convenzionale WiFi 5 trasmette i dati più di mille volte più velocemente di ZigBee, ma consuma anche molta elettricità. Ciò è necessario durante la trasmissione di video da una telecamera di sorveglianza intelligente a causa della grande quantità di dati. Un termostato a batteria che invia solo la temperatura, d'altra parte, non richiede una larghezza di banda così ampia e beneficia di uno standard wireless più economico come ZigBee.
- Bluetooth: offre anche una velocità di trasferimento dati maggiore rispetto a ZigBee, ma con un raggio d'azione più breve. Per questo motivo, il Bluetooth è predominante nelle cuffie wireless e nei dispositivi indossabili che inviano segnali entro pochi metri. Quando si tratta di sensori in stanze diverse, ZigBee è chiaramente un passo avanti.
- Z-Wave: è il principale concorrente di ZigBee nell'area della casa intelligente. Il protocollo low-energy viene utilizzato anche con molti sensori e sorgenti luminose, offre un'elevata compatibilità e, come ZigBee, un lungo raggio grazie alle reti mesh. Tuttavia, la società statunitense Silicon Labs possiede i diritti sulla tecnologia. A differenza di ZigBee, Z-Wave non è uno standard open source. Ciò significa che i produttori non possono adattare il protocollo.
- EnOcean: Utilizzato solo con sensori a bassissima energia che generano elettricità attraverso differenze di temperatura e movimenti e quindi gestiscono senza batterie e fonti di alimentazione esterne. ZigBee 3.0 supporta questa funzione anche con la specifica Green Power. Nel complesso, EnOcean è meno comune di ZigBee.
Quali sono i pro e i contro di ZigBee?
Vantaggi di ZigBee
- Basso consumo energetico: sensori e altri dispositivi domestici intelligenti possono cavarsela con le batterie per anni.
- Alta compatibilità: ZigBee Alliance ha diverse centinaia di membri, inclusi produttori come Osram, IKEA, Belkin e Signify. A partire da ZigBee 3.0, i prodotti per la casa intelligente di diversi produttori possono essere collegati in rete più facilmente.
- Codice open source: il codice ZigBee è disponibile per tutti. I produttori sono quindi liberi di implementare funzioni aggiuntive nei loro prodotti.
- Lungo raggio: nelle reti mesh, i nodi fungono da ripetitori. In case e appartamenti di grandi dimensioni, questo migliora notevolmente la portata rispetto alla WLAN.
Contro di ZigBee
- Compatibilità tra i dispositivi ZigBee: il codice open source era particolarmente svantaggioso in passato sotto l'aspetto della compatibilità. Poiché ogni produttore ha implementato specifiche aggiuntive, i dispositivi ZigBee più vecchi di marche diverse non sono necessariamente compatibili tra loro. Tuttavia, dall'introduzione di ZigBee 3.0, lo standard è diventato più uniforme.
- Compatibilità con altri standard radio: chiunque desideri collegare in rete i prodotti ZigBee Smart Home con dispositivi WLAN o Bluetooth ha bisogno di un gateway. Poiché molti sistemi domestici intelligenti come HomeKit o Google Home si basano sulla WLAN, gli utenti devono pianificare i costi per un gateway.
Amazon Alexa, Apple HomeKit e Google Smart Home supportano ZigBee?
- Se controlli i tuoi dispositivi domestici intelligenti tramite Alexa, Echo Plus, Echo Show o Echo Studio sono un hub domestico intelligente che può anche controllare i dispositivi ZigBee. Con il comando "Scopri i miei dispositivi", Alexa cerca i componenti della casa intelligente esistenti.
- I prodotti Google Home non possono comunicare direttamente con i dispositivi ZigBee. Un gateway come l'hub SmartThings di Samsung o il bridge Philips Hue risolve il problema. Con questo, ad esempio, le prese SmartThings possono essere attivate e disattivate tramite l'Assistente Google.
- I prodotti Apple HomeKit possono essere accoppiati direttamente solo con dispositivi WLAN o Bluetooth Smart Home. Un gateway aiuta anche qui. Homee Smart Home Center, ad esempio, è compatibile con HomeKit. L'hub Mixtile del marchio cinese Focalcrest si traduce anche tra dispositivi HomeKit e ZigBee.
Quali sistemi domestici intelligenti utilizzano ZigBee?
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
Quali prodotti per la casa intelligente utilizzano ZigBee?
Lampade compatibili ZigBee
- Philips Hue
- Osram Smart +
- Paulmann LED
- Sengled (Telekom Magenta)
- Ikea Tradfri
- Shyne
- Immax Neo Smart LED
- Q Smart Home Lights (Neuhaus Lightning Groups)
- Luce LED dimmerabile LG on / off
- Luce Müller
Sensori di movimento, sensori dell'acqua e sensori di temperatura compatibili ZigBee
- Rilevatore di movimento per esterni Philips Hue, rilevatore di movimento
- Rilevatore di movimento Osram Smart +
- Rilevatore di movimento Schwaiger
- Samsung SmartThings (sensore per porte e finestre, sensore per l'acqua)
- Sensore per porte e finestre Ecolink
- Affidati al sensore di movimento smart home
- Sensore di acqua domestica intelligente Heiman
- Sensore dell'acqua Zipato
- Sensore dell'acqua Xiaomi
- Fidati del sensore dell'acqua ZWLD-1000
- Sensore di temperatura intelligente Aqara (Xiaomi)
- Sensore di temperatura e umidità Somfy
- Lupus Electronics Mini sensore di temperatura
- Sensore di temperatura e umidità bitron
- Sensore di allarme WeMo (Belkin)
Interruttori, sensori di regolazione della luminosità e prese compatibili ZigBee
- Interruttore Tahoma
- Smart Switch Tint / Müller-Licht
- Sonoff Touch Smart Switch
- Presa Ikea Tradfri
- Osram Smart + Plug
- Ledvance Smart + Plug
Rilevatori di fumo e sirene di allarme compatibili con ZigBee
- Rilevatore di fumo Telekom Smart Home (Bitron Home)
- Rilevatore di fumo per casa intelligente Tuya
- Rilevatore di fumo W4 (Honeywell)
- Sirena da esterno SwannOne
- Sirena di allarme Heiman ZigBee
- Rilevatore di monossido di carbonio Heiman ZigBee
Smart Lock compatibili con ZigBee
- Serratura intelligente 365plusZ3 (Samsung)
- Kwikset Smartcode SmartCode Deadbolt