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Zigbee è una delle scelte più popolari di protocolli di comunicazione che consentono a diversi dispositivi smart home di diversi produttori di lavorare tra loro, ma come funziona esattamente e cosa lo rende così buono per oltre 400 aziende a voler usarlo?
Zigbee opera dal coordinatore, situato alla radice della rete Zigbee, inviando un messaggio a un router che poi passa il messaggio a un dispositivo finale con le istruzioni per eseguire un compito specifico. Si tratta di uno standard di tecnologia wireless che è adatto per le comunicazioni wireless a corto raggio.
Ho fatto alcune ricerche su Zigbee per saperne di più su come funziona esattamente, dove è più comunemente usato e sui vantaggi che offre rispetto ad altri protocolli wireless come Wi-Fi e Bluetooth. Quello che ho trovato rende chiaro il motivo per cui Zigbee viene utilizzato così frequentemente all’interno di case intelligenti.
Come funziona Zigbee
Una tipica rete Zigbee contiene tre diversi tipi di dispositivi: un coordinatore, router e dispositivi finali. Questi dispositivi funzionano con ciascuno per consegnare messaggi e istruzioni dal coordinatore centrale ai singoli dispositivi finali, come una lampadina.
Il coordinatore è il dispositivo più capace e si trova alla radice della rete. Esiste un solo coordinatore per rete ed è responsabile dell’esecuzione di diverse attività.
Selezionano un canale appropriato eseguendo una scansione dei canali e trovando quello più adatto con la minor quantità di interferenze, assegnano un ID univoco alla rete, assegnano un indirizzo univoco a ciascun dispositivo all’interno della rete e avviano e trasferiscono i messaggi o le istruzioni all’interno della rete.
I router si trovano tra il coordinatore e i dispositivi finali e sono responsabili del routing dei messaggi tra i diversi nodi.
Ricevono messaggi dal coordinatore e poi li memorizzano fino a quando i loro figli, i dispositivi finali, sono in grado di riceverli. I router possono anche consentire ad altri router e dispositivi finali di unirsi alla rete; prendono questa responsabilità dal coordinatore.
I dispositivi finali controllano una quantità molto piccola di informazioni; quanto basta per comunicare con il nodo genitore che potrebbe essere il coordinatore o un router a seconda del tipo di rete Zigbee.
Spesso vanno a dormire (nodo standby), il che rende i dispositivi a batteria ideali come dispositivo finale.
I dispositivi finali non comunicano direttamente tra loro, quindi una lampadina non parla direttamente con un’altra, ad esempio.
Tutto il traffico viene prima indirizzato al nodo padre, che di solito è il router. Il router mantiene questi dati fino a quando il dispositivo ricevente è in grado di riceverli essendo sveglio.
I dispositivi finali sono anche responsabili della richiesta di eventuali messaggi in sospeso dal genitore.
Che cosa è esattamente Zigbee?
Il termine Zigbee viene riferito molto nel mondo della casa intelligente con esso pubblicizzato sulla confezione di molti diversi dispositivi di casa intelligente, ma che cosa è esattamente?
Zigbee è uno standard di tecnologia wireless che è stato progettato specificamente per le comunicazioni wireless a corto raggio.
Si tratta di uno standard open-source che è stato sviluppato da una società nota come Zigbee Alliance formata nel 2002 e ora si compone di centinaia di aziende in tutto il mondo.
Si può chiedere: Perché abbiamo bisogno di un altro standard di comunicazione wireless a corto raggio quando abbiamo già Wi-Fi e Bluetooth?
Zigbee è costruito appositamente per le reti di controllo e sensori in cui determinati dispositivi sono monitorati e altri controllati. Wi-Fi e Bluetooth non sono abbastanza adatti per questo tipo di configurazione.
Zigbee era la risposta ad un bisogno che molti avevano. Fornisce una soluzione a basso costo per dispositivi a bassa potenza con una bassa velocità di trasmissione dati e funziona su un corto raggio.
È lo standard più comunemente usato all’interno di IoT (Internet of Things). IoT si riferisce semplicemente ai miliardi letterali di dispositivi fisici in tutto il mondo che sono connessi a Internet e raccolgono e condividono dati.
Quando si pensa di esso in questo modo, è chiaro per vedere come popolare Zigbee è come uno standard di comunicazione wireless, e non solo nello spazio casa intelligente.
Diversi tipi di reti Zigbee
Esistono tre tipi principali di topologie di rete Zigbee; stella, mesh e albero. Una topologia si riferisce semplicemente al layout e alla disposizione di diversi elementi all’interno di una rete di comunicazione.
Topologia stellare
La topologia stellare è il tipo di Zigbee più semplice e meno costoso da implementare. Non sono costituiti da alcun router e tutti i dispositivi finali comunicano direttamente con il coordinatore.
Il problema più grande con questa configurazione è che se il coordinatore fallisce, l’intera rete si bloccherà e nessuno dei dispositivi finali funzionerà dato che non c’è nessuno lì per dare loro le loro istruzioni.
Le reti Star sono anche limitate dalla gamma del coordinatore stesso e quindi adatte solo per le reti più piccole che consistono in solo un paio di dispositivi.
Topologia Mesh
Nella topologia mesh, ogni nodo è collegato a un nodo adiacente, ad eccezione dei dispositivi finali che sono collegati solo con il loro genitore, un router.
Il coordinatore si connette ai router vicini che poi si connettono agli altri router più vicini a loro. Così, alcuni router possono connettersi al coordinatore e un altro router, mentre altri possono essere collegati a tre o quattro router diversi a seconda delle dimensioni della rete.
Quando un dispositivo vuole comunicare con un altro, il messaggio salta da un dispositivo all’altro, prendendo il percorso più breve possibile, fino a raggiungere la sua destinazione.
Se un particolare nodo dovesse fallire, la rete continuerà a funzionare poiché il messaggio può essere semplicemente reindirizzato seguendo un percorso diverso. Questo è indicato come il “processo di auto-guarigione”.
La topologia mesh è adatta per le case intelligenti in quanto di solito hanno più dispositivi di una topologia a stella.
Topologia ad albero
La topologia ad albero è molto simile alla topologia mesh con l’unica vera differenza che i router non sono interconnessi.
Il coordinatore si connette a tutti i router vicini e i router si connettono con i dispositivi finali vicini, ma questa è l’estensione delle connessioni. I router non si associano tra loro e comunicano solo con il coordinatore e i dispositivi finali.
C’è un altro tipo di configurazione che viene indicato come una rete ad albero di cluster che consente ai router di connettersi tra loro che si espande sulla gamma della rete.
Quale banda di frequenza utilizza Zigbee?
Attualmente, ci sono 3 bande di frequenza che vengono assegnati a Zigbee da utilizzare.
La banda 868 MHz utilizza il canale 0 ed è disponibile solo in Europa e la banda 915 MHz utilizza i canali da 1 a 10 ed è disponibile solo in Australia e negli Stati Uniti.
La banda di frequenza a 2,4 GHz con cui probabilmente hai più familiarità può essere utilizzata in tutto il mondo e utilizza i canali da 11 a 26.
Vale la pena notare che solo un canale è selezionato per la rete Zigbee da utilizzare quando viene stabilito per la prima volta.
Allora, perché questo è importante?
Le reti Zigbee e Wi-Fi esistono entrambe più comunemente all’interno del 2.Banda 4 GHz e hanno il potenziale per interferire con l’altro, con la rete Zigbee di solito è quello di prendere il colpo.
Poiché è probabile che tu abbia già una rete Wi-Fi in casa, è necessario un po ‘ di pianificazione quando si prevede di utilizzare i dispositivi Zigbee per assicurarsi di non sperimentare questa interferenza.
La mia raccomandazione sarebbe quella di prendere in considerazione la modifica del canale su cui opera la rete Wi-Fi, allontanandosi dal canale 6 molto affollato a una parte meno congestionata della banda di frequenza come 1 o 11.
Questo può essere facilmente modificato accedendo all’area di amministrazione del router, trovando le impostazioni wireless e semplicemente cambiando il canale selezionato. Potrebbe essere necessario disabilitare “selezione automatica del canale” se è abilitato in modo da poter selezionare manualmente il canale preferito.
C’è anche la possibilità di passare alla banda 5 GHz che è molto meno affollata rispetto alla banda 2.4 GHz, ma ci sono molti meno dispositivi che possono utilizzare questa banda e richiederebbe di avere già un router dual-band.
Oltre a sperimentare meno interferenze sui dispositivi Zigbee, cambiando il canale di rete Wi-Fi può anche causare un po ‘ di un aumento delle prestazioni attraverso la rete.
È probabile che il tuo vicino non abbia cambiato canale e con la maggior parte dei prodotti che spediscono utilizzando un canale predefinito di 6, è più che probabile che tu stia usando lo stesso. Questo potrebbe causare interferenze per entrambi.
Ci sono molti diversi strumenti di scansione wireless che possono essere utilizzati per eseguire la scansione dell’attività su ciascun canale (questo è gratuito e non richiede installazione). Se trovi che c’è molta congestione su un particolare canale, questo è un suggerimento che dovresti considerare di scegliere un nuovo canale per la tua rete.
Usi più comuni per Zigbee
Ci sono molti usi diversi per la tecnologia Zigbee che fanno uso del loro basso consumo energetico e bassa velocità di trasferimento dati.
I più comuni sono la domotica, i sistemi di controllo industriale, la raccolta di dati medici, l’avviso di fumo e intrusione e le reti di sensori wireless.
Lo scopo principale dello standard Zigbee è quello di raccogliere informazioni o eseguire determinate attività di controllo all’interno di un edificio.
Nel caso della domotica, al centro si trova un controller domotico più comunemente noto come “hub”
L’hub si collega con un gateway, che di solito è il router Internet ed è l’interfaccia tra l’hub Zigbee e Internet in generale. Sia il controller che il gateway collegati tra loro sono ciò che consente di controllare i dispositivi di casa intelligente praticamente ovunque ci si trovi nel mondo.
Alcuni dei più comuni dispositivi di casa intelligente che supportano Zigbee includono luci, serrature e interruttori; daremo uno sguardo più da vicino in questi più tardi.
Ad esempio, sulla parete, si potrebbe avere un interruttore della luce che non è collegato alla rete elettrica e funziona solo a batterie.
Quando si accende o si spegne l’interruttore, viene inviato un messaggio in modalità wireless al controller (il coordinatore all’interno della rete) che trasmette il messaggio alla lampadina corrispondente per accenderlo o spegnerlo.
Sembra che Zigbee funzioni in modo molto simile al Wi-Fi e al Bluetooth, quindi perché non vengono semplicemente utilizzati?
Perché Zigbee è importante?
Ci sono diversi motivi importanti per cui Zigbee viene utilizzato in alcuni scenari come quelli sopra descritti e non Wi-Fi o Bluetooth.
In parole povere, né Wi-Fi o Bluetooth è adatto in situazioni in cui non è necessaria molta potenza né dati, o dove sono centinaia di dispositivi sulla rete.
Wi-Fi utilizza un sacco di potenza, oltre ad un alto tasso di dati che è solo eccessivo in un sacco di casi. Zigbee non usa molto di entrambi.
Bluetooth è solo in grado di supportare fino a 7 dispositivi in una rete, mentre Zigbee può supportare centinaia.
Confrontiamo Zigbee con Wi-Fi e Bluetooth e guardiamo i benefici che porta. Questo si spera mostrare come Zigbee è molto adatto per una casa intelligente.
I vantaggi di Zigbee
Uno dei principali vantaggi dell’utilizzo di Zigbee tramite Wi-Fi o Bluetooth è che consuma molto meno energia. Dato che i dispositivi trascorrono la maggior parte del loro tempo in una modalità di risparmio energetico, in genere funzioneranno per diversi anni senza che le batterie debbano essere cambiate.
I dispositivi Zigbee funzionano anche utilizzando una velocità di trasmissione dati molto bassa, specialmente quando la si confronta con Wi-Fi e Bluetooth. Mentre Wi-Fi utilizza circa 11 Mbps e Bluetooth utilizza 1 Mbps, Zigbee utilizza tra 20 Kbps e 250 Kbps. Questa è una quantità molto piccola di dati, ma è ancora sufficiente per l’applicazione di Zigbee.
Anche a 250 Kbps, Zigbee trasferire i dati circa quattro volte più veloce di Bluetooth e quaranta volte più veloce di Wi-Fi.
I dispositivi Zigbee funzionano molto bene a corto raggio all’interno fino a 100 metri, ma questo viene esteso a 300 metri e oltre all’aperto attraverso una linea di vista.
Il tempo necessario per unirsi a una rete Zigbee è anche molto meno per le reti Wi-Fi e Bluetooth. Ci vogliono circa 3 secondi per unirsi a una rete Wi-fi e Bluetooth può richiedere fino a 10! Zigbee richiede solo 30 millisecondi per connettersi.
Zigbee supporta anche reti piccole e grandi. In teoria, si potrebbe avere fino a 6.500 dispositivi collegati a una singola rete Zigbee, ma in realtà, questo è più probabile che sia di circa 240. Questo è ancora un sacco di dispositivi nel contesto di una casa intelligente.
Reti Wi-Fi generalmente supportano circa 32 dispositivi mentre Bluetooth supporta molto meno a circa 7.
Un altro motivo per cui molte aziende saltano a bordo con Zigbee è dovuto a quanto è economico implementarlo. Rispetto al Bluetooth e al Wi-Fi, entrambi molto complessi, Zigbee è una tecnologia molto semplice e facile da usare.
È anche open-source che lo rende ancora più economico per le aziende che lo utilizzano in quanto non devono pagare le tasse di licenza o pagare le royalties.
Zigbee è anche molto sicuro.
Utilizza algoritmi crittografici AES per la crittografia e l’autenticazione dei dati; lo stesso di quello che viene utilizzato dalle banche, quindi sai che fa un ottimo lavoro nella protezione dei dati.
Come si può vedere, ci sono molti vantaggi che Zigbee forniscono non solo per le aziende che utilizzano la tecnologia per rendere i loro dispositivi di casa intelligente, ma anche per noi come il consumatore.
Zigbee essere facile e più economico da implementare significa ridurre i costi per noi quando veniamo ad acquistare la nostra smart home gear.
| Wi-Fi | Bluetooth | Zigbee | |
| Tasso Di Dati | 11 Mbps | 1 Mbps | 250 Kbps |
| Il tempo di Unirsi a Rete | 3 secondi | 10 secondi | 30 millisecondi |
| Numero di Dispositivi Supportati | 32 | 7 | 240 |
Quello che Utilizzano i Dispositivi Zigbee?
Come ho già detto in precedenza nell’articolo, Zigbee ha formato un’alleanza di aziende che hanno firmato per utilizzare il protocollo quando progettano e fabbricano i loro prodotti.
L’alleanza ora è stata più di 400 membri e tra di loro, hanno prodotto oltre 2.500 singoli prodotti che funzionano con Zigbee.
Guarda sul sito Zigbee Alliance e vedrai tutti i grandi giocatori del gioco smart home come Samsung con la loro linea di dispositivi SmartThings, Yale, Philips Hue, IKEA, Amazon Echo, Tuya e molti altri.
Puoi vedere tutti i membri della Zigbee Alliance qui per vedere che i tuoi dispositivi smart home esistenti sono compatibili con Zigbee.
Qui ci sono alcuni più ben conoscere la casa intelligente dispositivi che si potrebbe già in possesso di certificate per lavorare con il protocollo Zigbee:
- SmartThings Multiuso Sensore
- Hue di Philips
- Yale smart serrature
- Amazon Echo Show
- Honeywell Home Energy Manager
- Tuya Sensore di Temperatura e Umidità
- Ecobee Termostato Intelligente
Te ne importa di Zigbee?
La domanda che probabilmente stai chiedendo ora è se dovresti preoccuparti di Zigbee? E ‘ assolutamente fondamentale che tutti i dispositivi di casa intelligente funzionano con Zigbee e si dovrebbe dimenticare tutto su tutti i dispositivi che utilizzano solo Wi-Fi?
Non penso che tu debba preoccuparti troppo se i tuoi dispositivi utilizzano Zigbee o un protocollo diverso.
Sarebbe certamente rendere la vita un po ‘ più facile se fossero tutti utilizzando lo stesso protocollo, ma in realtà, che è molto difficile da raggiungere soprattutto con l’enorme numero di dispositivi diversi là fuori che sono tutti prodotti da diverse aziende.
Se vuoi solo che tutto funzioni con un dispositivo Alexa o Google e non vuoi la complicazione aggiunta di un hub intelligente, come la maggior parte di noi, starai bene usando una combinazione di dispositivi Wi-Fi e Zigbee.
Se desideri il controllo locale fornito con un hub, i dispositivi che funzionano utilizzando Zigbee saranno la tua opzione preferita.