La tecnologia wireless Zigbee è uno dei principali standard di comunicazione IoT (Internet of Things) specifico per la domotica e per la Building Automation. Grazie ai consumi ridotti e all’alta affidabilità, ZigBee è diventato uno dei protocolli di maggior riferimento nel settore della domotica, impiegato da grandi marchi e piattaforme come Amazon, Google, Apple e molti altri.
Curata dalla ZigBee Alliance (https://zigbeealliance.org/), questo standard rappresenta nella realtà un insieme di protocolli di comunicazione che agiscono attraverso l’utilizzo di antenne digitali a bassa potenza e a basso consumo ed è nato per sostituire altre wireless PAN più articolate e meno economiche, come ad esempio il Bluetooth. La ZigBee Alliance è costituita oggi da un gruppo di case produttrici di device per la comunicazione ritenuti poco costosi, molto affidabili e caratterizzati da requisiti energetici interessanti, oltre che da uno standard di consumi molto bassi.
Creato alla fine degli anni ’90 per ovviare all’inadeguatezza del Bluetooth per un certo genere di applicazioni, ZigBee opera sulla banda 2.4GHz ed è basato sullo standard radio IEEE 802.15.4. Grazie a due importantissime qualità, la bassa potenza e l’elevata affidabilità, ZigBee è diventato uno dei protocolli di maggior riferimento nel settore della domotica, impiegato da grandi marchi e piattaforme come Amazon, Google, Apple e molti altri.
Nell’ambito di un impianto domestico esiste sempre un dispositivo “intelligente” preposto a coordinarne altri, nonché a collegare il funzionamento di accessori diversi, in alcuni casi dotato di nodi intermedi, delegati al trasferimento dei dati. Quando è presente ZigBee, gli oggetti “smart” presenti nella rete dialogano tra loro sfruttando le comunicazioni proprie di questo standard, mentre le persone modulano le varie attività dei device attraverso smartphone, PC o tablet.
In questo modo si sfruttano app e software differenti, ma lo scopo di questa interazione, comune a tutti loro, è quello di avviare connessioni immediate e stabili, con il valore aggiunto di un basso consumo.
Esistono tre diverse tipologie di dispositivo ZigBee:
- ZigBee Coordinator: è il dispositivo più “smart”; all’interno di una rete può esisterne solo uno, può operare come ponte tra più reti e fungere anche da “deposito” per custodire le chiavi di sicurezza.
- ZigBee Router: questi dispositivi possono anche essere più di uno per ogni rete, hanno un ruolo interlocutorio, favorendo lo scambio dei dati con gli altri dispositivi.
- ZigBee End Device: comprendono solo le funzionalità minime di dialogo con il nodo referente (che può essere il Coordinator o anche uno dei Router). Richiedono il quantitativo minore di memoria e, per questo, sono più economici rispetto agli altri due tipi di dispositivo ZigBee.
Lo standard ZigBee è progettato per l’uso in applicazioni appartenenti a sistemi integrati che prevedono una bassa velocità di trasmissione e bassi consumi. Il suo obiettivo è quello di definire una rete di comunicazione mesh, (“a maglie”) autogestita, performante e affidabile, applicabile a diversi usi, primo fra tutti la domotica. In questa applicazione, il protocollo ZigBee consente alla rete di avere un dispendio di risorse energetiche ridotto; nel contempo, potrà funzionare per uno/due anni sfruttando unicamente l’energia contenuta nella batteria incorporata nei singoli nodi. Generalmente, infatti, i protocolli ZigBee sono in grado di minimizzare il tempo di attività del radiotrasmettitore, ottimizzando e, di conseguenza, riducendo anche il consumo di energia.
Le applicazioni che si servono dello standard ZigBee sono molto numerose e vengono utilizzate per gestire tutti i dispositivi “smart”: quindi, i sistemi di sicurezza all’interno e all’esterno di un edificio, la messa in funzione degli elettrodomestici, l’apertura e la chiusura di tende, serrande e tapparelle, il controllo dell’illuminazione e qualunque altra attività gestibile da remoto.
Anche negli hotel, ZigBee ha un’utile e innovativa applicazione multitasking, attraverso un apparecchio che permette la gestione dell’intero locale, dal controllo della temperatura nei diversi ambienti al rilevatore di finestre aperte, dall’accesso alle camere all’indicatore di presenza.
ZigBee è un protocollo creato per soddisfare le principali esigenze dello IoT, ovvero:
- Consumare poca energia, in maniera tale da durare per mesi o addirittura anni senza la necessità di sostituire la batteria;
- Rimanere funzionale in qualunque condizione ambientale, il che comporta che il suo segnale sia in grado di attraversare ostacoli come pareti e pavimenti senza perdere efficienza e senza interferire con le eventuali altre reti wireless;
- Offrire la possibilità di aggiungere dispositivi alla rete, anche nella misura di decine o centinaia di nuove apparecchiature, consentendo sempre a tutti i device di comunicare a vicenda.
Pur essendo ZigBee una rete “a maglie”, il segnale arriva (al pari della rete “a stella” del WiFi) dall’hub centrale ma, diversamente da quanto succede in quest’ultimo sistema, tutti i dispositivi connessi a ZigBee possono operare autonomamente, in quanto ciascuno di essi può servire da ripetitore, passando il segnale sugli altri dispositivi.
Questa peculiarità tecnica, detta Mesh Network, rende le reti ZigBee particolarmente versatili, capaci di coprire distanze maggiori e di aggirare ostacoli anche importanti, il tutto supportando persino migliaia di dispositivi collegati alla rete.
Il suo svantaggio maggiore consiste nella caratteristica di essere un protocollo “aperto” che può essere facilmente personalizzato. Se da un lato la sua estrema compatibilità può essere considerata un valore aggiunto, da un altro punto di vista questo fattore può causare problemi nell’uniformità di funzionamento.
I produttori, infatti, possono modificarne alcuni aspetti, in maniera tale da rendere compatibili gli hub solo con i propri dispositivi e provocando, di conseguenza, disfunzioni nella gestione globale della rete.
La tecnologia Zigbee permette di integrare vari tipi di dispositivi in quanto definisce un protocollo applicativo per ciascuno di essi. Sul mercato sono presenti varie categorie di prodotti, tra le quali:
- Dispositivi per l’illuminazione (lampade, dimmer, pulsantiere, telecomandi, ecc.)
- Sensori (movimento, luminosità, temperatura, stazioni meteo, ecc.)
- Attuatori (prese comandate, moduli relè, comandi HVAC, motori, tende, ecc.)
- Contatori di energia ed altri dispositivi di gestione energetica
- Dispositivi di sicurezza (serrature elettroniche, ecc.).
Tra i dispositivi Zigbee presenti sul mercato possiamo elencarne alcuni tra i più conosciuti:
- Amazon Echo Plus, l’altoparlante “intelligente” di seconda generazione, connesso ai comandi vocali Alexa. Può essere utilizzato per ascoltare musica in streaming ed è dotato di un hub ZigBee integrato che consente di controllare dispositivi domotici di vario genere come lampadine, interruttori, di impostare timer e di chiamare chiunque possieda un dispositivo Echo o l’app Alexa.
- Philips Hue, le più famose lampadine a LED sul mercato: dotate di regolazione dimmer, sono controllabili a distanza tramite smartphone.
- Osram Lightify, sempre in tema di illuminazione smart, un vasto assortimento di prodotti di qualità, nel quale si possono trovare non solo lampadine ma anche prese, interruttori e sensori di movimento, oltre a strisce LED e lampadari.
- Ikea Tradfri, un telecomando smart che permette un completo controllo dell’impianto di illuminazione all’interno e all’esterno della casa. Grazie al protocollo ZigBee e all’app Tradfri, può gestire fino a 10 fonti di luce a LED.