Zigbee vs Z-Wave vs Wi-Fi | Qual è il migliore?

Uno dei primi dubbi che sorgono quando si vuole rendere la propria casa smart è quale piattaforma scegliere per a connettere tutti i dispositivi che andremo ad installare e far lavorare insieme, ovvero quale protocollo wireless adottare.

Gli standard principali sono tre:

• Wi-Fi
• Zigbee
• Z-Wave

Soprattutto per un neofita questa scelta non si presenta banale, considerando anche la giungla che è al momento il mondo della domotica (altri standard meno diffusi includono Bluetooth 5, Wi-Fi HaLow, Thread e Insteon).

Utilizzare prodotti che si connettono via wifi è la cosa più semplice, perché non c’è bisogno di acquistare nessun hub aggiuntivo, cosa invece necessaria con gli altri due protocolli.

Ma come andremo a vedere ci sono diversi altri fattori da considerare per fare una scelta azzeccata.

Prima di tutto, cosa sono questi standard?

Il Wi-Fi è la tecnologia che ci permette di navigare su internet senza fili con smartphone, tablet e computer, tramite un modem e un router.

Oltre a questi dispositivi classici, anche molti smart device sfruttano la connessione wi-fi per operare. In questo caso ogni dispositivo si connette direttamente al router di casa.

Zigbee e Z-Wave sono due dei più utilizzati standard di comunicazione wireless a basso consumo di energia. Entrambi funzionano come rete mesh, cioè una rete nella quale ogni dispositivo (escludendo in genere quelli alimentati a batteria) fa da ripetitore di segnale, caratteristiche che le rendono particolarmente adatte quindi per l’utilizzo nella domotica.

Questa rete mesh che si viene a formare tra i vari dispositivi è gestita attraverso un hub dedicato, che a sua volta viene poi connesso al router tramite ethernet. (Per chiarezza, le reti Zigbee e Z-Wave sono separate, non compatibili direttamente tra loro. Come vedremo più avanti è possibile però farle lavorare assieme).

Velocità e Interferenze

Il numero di dispositivi che vengono connessi alla rete wi-fi sta aumentando sempre di più. Se anni fa si trattava principalmente di smartphone, tablet e computer, ora anche tv, frigoriferi, lavatrici e altri elettrodomestici sono dotati di connessione wifi.

Ad un certo punto la connessione diventa lenta, le pagine e i video non si caricano, tutta l’esperienza connessa fa insomma schifo. Questo è quello che succede quanto si ha troppi dispositivi connessi alla propria rete wifi.

Con Zigbee e Z-Wave invece, essendo queste dei network mesh, è vero il contrario. Ogni dispositivo diventa infatti un nodo e un ripetitore, aumentando così la portata del segnale totale e ottimizzando il percorso dei dati scambiati tra dispositivi e hub.

L’altro aspetto da considerare è l’interferenza che si può creare tra diverse reti wireless. Sia le reti Wi-Fi che le reti ZigBee (oltre a Bluetooth, telefoni cordless e anche i forni microonde) sfruttano la banda 2.4GHz, il che significa che soprattutto quando i dispositivi sono molti e vicini tra loro, questi potrebbero causare interferenze e una generale riduzione delle prestazioni delle reti.

Il protocollo Z-Wave invece sfrutta una frequenza diversa, al di sotto del GHz, evitando così di creare interferenze con la tua rete Wi-Fi (o quelle dei vicini). Ed essendo sempre una rete mesh, permette di raggiungere ogni angolo della casa e del giardino con facilità.

Inoltre la bassa frequenza utilizzata dalle reti Z-Wave permette al segnale di attraversare muri e ostacoli molto più facilmente rispetto agli altri standard ad alta frequenza.

Come evitare o ridurre le interferenze tra reti wireless

Le reti z-wave non sono soggette a molte interferenze. Al giorno d’oggi infatti sono pochi gli apparecchi che sfruttano quella banda.

Ma come risolvere le interferenze che si possono verificare tra la tua rete wifi e Zigbee e anche tra quelle dei vicini?

Per prima cosa distanziare il più possibile tra loro i vari router, hub e basi di telefoni cordless, idealmente almeno 3 metri (può essere sufficiente anche meno, dipende dalle situazioni individuali).

Seconda cosa verificare e eventualmente cambiare il canale wifi nelle impostazioni del router. I canali più consigliati per il wi-fi sono l’1, il 6 e l’11.

Per decidere quale canale usare bisogna analizzare quale canale è meno utilizzato dalle reti wireless presenti. Dal mio Mac è sufficiente cliccare l’icona del wi-fi tenendo premuto il tasto option. Selezionare Aprire diagnostica wireless e poi dal menu selezionare Scansiona.

L’utility ti dirà direttamente quale canale ti conviene usare. È possibile che questa funzione sia disponibile anche dalla pagina di gestione del tuo router.

Per esempio nell’immagine qui sotto potete vedere l’utility del mio router FRITZ!Box, dove sono indicati i canali occupati dal mio wifi e quelli occupati da altre reti (la mia rete Zigbee). Utilizzando al momento il canale 11, le frequenze non si sovrappongono e le interferenze con la rete Zigbee vengono evitate.

Quindi se hai una rete Zigbee il canale 1 va lasciato libero, in quanto questo è quello che più si avvicina alla frequenza utilizzata da Zigbee.

Questo comunque è un argomento che andrebbe trattato a parte, quindi se hai bisogno di maggiori informazioni fammelo sapere nei commenti e provvederò a dedicarci un articolo approfondito.

Costi e consumi energetici

Un altro punto da considerare sono i costi e i consumi energetici.

Consumo energetico

I dispositivi smart, anche quando sono “spenti”, lo sono solo in apparenza. Per sfruttare le loro caratteristiche smart hanno bisogno infatti di essere sempre alimentati.

Al momento ZigBee è il protocollo più green, poi viene Z-Wave e infine Wi-Fi, di gran lunga il più assetato di energia (infatti quelli alimentati a batteria sono poco comuni).

Se hai quindi intenzione di utilizzare molti dispositivi smart, magari alimentati a batteria, come sensori di movimento e serrature smart, ZigBee è sicuramente il migliore per quanto riguarda il risparmio energetico.

Grazie al minor consumo energetico, i dispositivi Zigbee a batteria tendono anche ad avere una frequenza di aggiornamento più alta, risultando quindi più veloci e reattivi.

L’ultima generazione di chip Z-Wave Plus (Z-Wave Gen5) promette tra i vari miglioramenti una riduzione dei consumi fino al 50%. Questa è però possibile solo se si ha un controller (hub) Z-Wave Plus e tutti i dispositivi con chip di nuova generazione hanno una connessione diretta all’hub o passante attraverso altri dispositivi Z-Wave Plus (altrimenti si comporteranno come semplici dispositivi Z-Wave).

Costi di implementazione

Un altro tipo di costo da considerare è quello di implementazione. A differenza dei dispositivi con connessione Wi-Fi, utilizzando ZigBee o Z-Wave, avremo bisogno di acquistare anche un Hub per connetterli e creare il network (se hai un Amazon Echo Plus lo puoi usare come hub Zigbee).

Nel caso dell’utilizzo del wifi bisogna invece verificare che il segnale raggiunga tutti i punti in cui si vuole installare dispositivi smart.

A meno che la casa sia piccola e abbia la maggior parte dei muri in cartongesso, è probabile che avrai bisogno di fare modifiche alla tua configurazione della rete wifi.

Se sei fortunato potrebbe essere sufficiente spostare il router in una posizione migliore. Altrimenti come soluzioni si possono utilizzare un range extender, un nuovo router più potente, oppure un router mesh.

I router mesh però particolarmente costosi, vengono infatti tra i 200 e i 500 euro in base alla portata e velocità di trasmissione, come i nuovi Netgear Orbi Dual Band.

Numero di dispositivi da installare

Il numero di dispositivi smart che intendi installare è un fattore molto importante nella scelta del tipo di rete wireless da utilizzare.

Se per esempio vuoi sostituire tutte le luci e lampadine di casa con lampadine smart, utilizzare lampadine con connessione wifi (per esempio le Lifx) sarebbe davvero sconsigliato.

In base al tipo di router infatti, i dispositivi da potervi connettere possono essere soltanto alcune decine, senza contare che molto probabilmente hai già diversi dispositivi come smartphone, computer, tablet e tv connessi ad esso.

E poi come abbiamo visto prima connettere troppi dispositivi direttamente al router non è il massimo se vuoi avere una rete veloce ed efficiente.

Nel caso delle reti mesh Zigbee e Z-Wave invece, ogni dispositivo si connette a quello vicino, formando una serie di nodi che trasmettono il segnale dal punto più lontano fino ad arrivare all’hub.

Quindi, a differenza delle reti wi-fi, più dispositivi connettiamo a reti mesh Zigbee o Z-wave e più queste diventano stabili e veloci (se configurate in modo accurato).

Le reti Zigbee supportano un numero elevatissimo di nodi (dispositivi): fino a circa 65000.

Le reti Z-Wave invece supportano fino a 232 nodi. La differenza rispetto alle reti Zigbee è notevole, ma di norma è comunque un numero che dovrebbe essere più che sufficiente per la maggior parte delle esigenze.

Range del segnale

Premetto che i numeri in questo paragrafo sono puramente indicativi. Infatti il range dei segnali radio, che siano wifi, Zigbee, z-wave o altro, dipendono da un alto numero di fattori, che includono:

• ostacoli
• interferenze esterne
• design e potenza di antenne e ricevitori
• posizionamento e orientamento delle antenne
• condizioni meteo

È chiaro quindi che ogni situazione è unica oltre che variabile nel tempo.

Range Wi-Fi

I moderni router lavorano su due frequenze: 2,4GHz e 5GHz. Più la frequenza è alta e più le onde fanno fatica a passare attraverso gli ostacoli. La banda a 5GHz viene quindi usata per trasmettere dati ad una maggiore velocità, ma ciò può avvenire solo in assenza di ostacoli.

È per questo che la stragrande maggioranza (tutti?) dei dispositivi smart che si connettono via wifi usano unicamente la banda a 2,4GHz. Si sarebbe costretti altrimenti ad utilizzarli solo nella stessa stanza dove è posto anche il router.

Il range del segnale wifi a 2,4GHz è di solito sufficiente a coprire un’intera casa di piccole/medie dimensioni. All’aperto, in condizioni ideali e senza ostacoli, il segnale wifi arriva fino a circa 100 metri. Interferenze, muri spessi e altri ostacoli comportano però una degradazione considerevole del segnale.

È quindi a volte necessario usare ripetitori o range-extender wifi per aumentare la portata del segnale. Altra soluzione più moderna e efficiente sono i router mesh, dove viene creata una rete wi-fi mesh con l’installazione di un router centrale e di 1 o 2 router satellite, in modo da coprire tutte le aree più distanti dal router centrale.

Range Zigbee

Range tra due dispositivi

Il segnale tra due dispositivi Zigbee arriva a circa 30 metri in condizioni ottimali e assenza di ostacoli. All’aperto con il telecomando Philips Hue riesco infatti a controllare le mie Hue Lights fino a circa 25 metri.

All’interno, considerando muri spessi, altri ostacoli e possibili interferenze causate da altre apparecchiature (nel mio caso wifi, telefono cordless, bluetooth di diversi dispositivi Apple e videocamere Arlo Pro 2, tutti funzionanti a 2,4Ghz come Zigbee), il range tra due dispositivi Zigbee cala sotto i 10 metri.

Range totale della rete

Per quanto riguarda invece la distanza massima tra un dispositivo Zigbee e l’hub centrale, teoricamente, essendo una rete mesh, questa viene determinata dal numero di dispositivi installati. Il segnale viene infatti trasferito e ripetuto per quanti nodi sia necessario fino all’hub centrale.

Ciò significa che se configurati e disposti correttamente, una rete Zigbee può diventare davvero enorme, ed è per questo che è spesso favorita anche in installazioni commerciali come hotel, ospedali e grandi condomini.

Range Z-Wave

Range tra due dispositivi

Il range tra due dispositivi Z-Wave è di circa 100 metri in assenza di ostacoli (150 metri se Z-Wave Plus).

Grazie ad una lunghezza d’onda maggiore (o minore frequenza, sotto il Gigaherz), il segnale z-wave ha meno difficoltà a diffondersi attraverso oggetti solidi come muri e altri ostacoli.

Un altro fattore a favore di z-wave è una ridotta presenza di interferenze esterne, che gli permette quindi di avere un range maggiore.

Purtroppo al momento non ho dispositivi Z-Wave da testare e non so dirvi con precisione qual è il range reale all’interno di una abitazione.

Considerate che in America, dove però le case vengono costruite più con legno e cartongesso che con mattoni e cemento, il segnale raggiunge circa i 60 metri. Quindi in caso di muri spessi il range sarà probabilmente minore, ma comunque più elevato che con Zigbee.

Range totale della rete

Come abbiamo detto prima, una rete z-wave supporta fino a 232 nodi, e soprattutto, il segnale può compiere solo 4 salti (o hops) per raggiungere l’hub (con Zigbee sono invece praticamente illimitati).

In altre parole il segnale inviato da un dispositivo può passare attraverso non più di altri 3 dispositivi prima di raggiungere l’hub. Se il segnale non riesce a raggiungere l’hub entro questi 4 salti il comando non viene eseguito.

In teoria il range massimo di una rete Z-Wave è quindi equivalente a 4 volte il raggio d’azione massimo di ogni dispositivo Z-Wave. Questa limitazione viene almeno in parte risolta grazie alla possibilità di posizionare i dispositivi a una maggiore distanza tra loro.

Pro e contro

Pro e contro del Wi-Fi

PRO

• Facilità di implementazione
• Non necessita un hub aggiuntivo

CONTRO

• Consumo energetico più elevato
• Senza un hub dedicato permette più un controllo remoto che una totale automazione
• Il range del segnale potrebbe non essere sufficiente
• Congestionamento della rete

Consigliato quindi a chi vuole semplicemente controllare da remoto pochi dispositivi.

Pro e contro di Zigbee

PRO

• Rete mesh con range totale molto elevato
• Possibilità di connettere un altissimo numero di dispositivi
• Consumo energetico molto basso
• Utilizzato da brand famosi come Philips Hue, Amazon Echo Plus e Belkin WeMo Link

CONTRO

• Range tra un dispositivo e l’altro ridotto
• Possibili interferenze con altri segnali wireless

Consigliato a chi vuole installare tanti dispositivi, come lampadine e sensori di movimento.

Pro e contro di Z-Wave

PRO

• Interferenze ridotte
• Range tra due dispositivi più elevato
• Migliore trasmissione del segnale attraverso gli ostacoli

CONTRO

• Limite massimo di 232 dispositivi
• Limite di 4 salti del segnale

Consigliato a chi abita in una zona con molte altre reti wifi, oppure a chi ha una proprietà relativamente grande e non ha intenzione di installare molti dispositivi.

Considerazioni finali

Non esiste uno standard migliore in assoluto, ognuno ha i suoi pregi e difetti. E se è vero che è meglio sceglierne uno e cercare di utilizzarlo in modo esclusivo, è anche possibile utilizzarli tutti e tre assieme.

Alcuni hub come Smartthings, Wink e Vera infatti, consentono di connettere tutti i nostri smart device allo stesso hub e, anche se le diverse reti non possono comunicare direttamente tra loro, l’hub ci permette di farli comunque lavorare insieme e di controllare tutto da una sola app.

Spero che questo articolo abbia chiarito molti dei dubbi che la maggior parte delle persone hanno quando vogliono entrare nel mondo dell’automazione e della domotica. Vedremo se con l’introduzione di nuovi standard come il Connected Home over IP le cose si semplificheranno (speriamo!).