Parliamo Di Domotica: la tecnologia Wireless Z-Wave

In questa puntata parliamo del protocollo Z-Wave che è un protocollo progettato direttamente per la Domotica.

Z-Wave venne inizialmente sviluppato nel 2001 dalla startup danese Zen-Sys, poi acquisita nel 2008 dall’azienda americana Sigma Designs, e con il tempo è anche diventato uno standard internazionale per la realizzazione di reti mesh interoperabili e a bassa potenza.
Z-Wave utilizza un flusso di dati ridotto per scelta progettuale.

Z-Wave opera attorno ai 900 MHz. L’utilizzo di tale banda di frequenze permette di evitare le interferenze con sistemi Wi-Fi, Bluetooth e con gli altri sistemi che operano nella banda dei 2.4 GHz ed inoltre fa sì che il segnale Z-Wave attraversi le pareti degli edifici con maggiore facilità rispetto al segnale Wi-Fi, assicurando una trasmissione dei messaggi più efficiente ed affidabile.

In tutta Europa le unità Z-Wave possono operare alla stessa frequenza di 868.4 MHz, all’interno della banda non licenziata SRD860 che prevede una trasmissione con un duty cycle del 1% e una potenza irradiata efficace (ERP) massima di 25 mW.

I nodi di una rete Z-Wave si possono dividere innanzi tutto in due macro categorie: nodi controllori e nodi slave.

• I nodi controllori sono quei nodi che hanno la capacità di ospitare una tabella di indirizzamento dell’intera rete e calcolare i percorsi sulla base di essa. Tali nodi hanno la capacità di trasmettere i percorsi ai dispositivi slave in modo da abilitarli alla trasmissione dei segnali instradati.
• I nodi slave sono invece quei nodi che non sono in grado di stabilire i percorsi e generalmente funzionano come unità di ingresso e uscita nelle applicazioni Z-Wave. Esempi di nodi slave sono i dispositivi che controllano l’accensione, lo spegnimento o infine regolano l’intensità delle luci, i dispositivi che rilevano la temperatura interna ed esterna, quelli che comandano motori che determinano il movimento di tapparelle o tende, misurano l’energia elettrica consumata o prodotta, comandano l’irrigazione del giardino, etc.

Per poter creare una rete Z-Wave almeno uno dei suoi nodi dev’essere un controllore. Una singola rete Z-Wave può estendersi fino a 232 nodi. Ciascuna rete Z-Wave è identificata da un Network ID (chiamato anche Home ID) che ha una lunghezza di 32 bit e che identifica tutti i nodi appartenenti alla stessa rete: infatti nodi con diversi Network ID non possono comunicare tra loro. Ciascun dispositivo all’interno di ciascuna rete è identificato da un Node ID che ha una lunghezza di 8 bit.
I controllori possono avere diverse implementazioni: chiavetta USB, telecomando, software multipiattaforma (Microsoft Windows, Linux, Mac OS, etc.), router e infine dispositivi IP dedicati.

Per aggiungere o rimuovere un dispositivo da una rete Z-Wave bisogna eseguire delle specifiche procedure chiamate Inclusione ed Esclusione. Entrambe le procedure vengono iniziate con delle opportune azioni, definite dai rispettivi produttori, da compiere sia sul nodo da includere (o escludere) che sul controllore. Per gli slave queste azioni possono consistere in una sequenza di click su un pulsante fisico o in una combinazione di click su più pulsanti del dispositivo stesso, mentre per i controllori tipicamente l’azione da fare consiste nella scelta di un opportuno comando sull’interfaccia web con cui si accede al controllore. La procedura di inclusione/esclusione è iniziata dal controllore e per proseguire ha bisogno che il dispositivo che dovrà essere rimosso o aggiunto alle rete entri nello stato di denominato “learning mode” durante il quale il dispositivo slave trasmette in broadcast (quindi a tutta la rete) le sue informazioni di nodo (Home ID e Node ID) che per un dispositivo non ancora incluso sono rispettivamente un numero casuale e zero. Durante la procedura di inclusione il controllore risponderà inviando l’Home ID e il Node ID al dispositivo slave, che essendo appunto in learning mode, accetterà tali valori usandoli per aggiornare le proprie informazioni di nodo. La procedura di inclusione deve essere eseguita solo una volta, dopodiché il dispositivo risulta sempre riconosciuto dal controllore e deve essere ovviamente ripetuta per ciascun dispositivo che si desidera includere nella rete. Durante la procedura di esclusione, una volta che il controllore ha identificato il dispositivo da escludere tramite la ricezione dei messaggi “broadcast” del dispositivo che è stato messo in learning mode, procede alla rimozione di tutte le informazioni relative al dispositivo. Il dispositivo dal canto suo azzera tutte le sue informazioni di rete, configurazioni e personalizzazioni e imposta il suo Node ID a zero ed il Network id ad un numero casuale, pronto per essere nuovamente incluso in una rete. I dispositivi di una rete Z-Wave possono supportare la Network Wide Inclusion che offre la possibilità di includere un dispositivo in una rete anche se questo non è in connessione diretta con il controllore. È inoltre possibile che un dispositivo non inizializzato vada automaticamente in Network Wide Inclusion appena lo si alimenta senza bisogno di nessuna azione da parte dell’utente.

Questi sono i siti dove potete trovare più informazioni sullo z-wave: https://z-wavealliance.org/ https://www.z-wave.com/

Questo è il database dei prodotti: https://products.z-wavealliance.org/

Questo è l’elenco delle chiavette supportate da Home Assistant (quelle che ho trovato ho messo il link amazon):

• Aeotec Z-Stick Series 5
• Everspring USB stick – Gen 5
• GoControl HUSBZB-1 stick
• Sigma Designs UZB stick
• Vision USB stick – Gen5
• Zooz Z-Wave Plus S2 stick ZST10
• ZWave.me Razberry Board
• ZWave.me UZB1 stick

Se volete c’è anche questo hub multi protocollo https://amzn.to/3cIG7aX