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In mwbwtelecomunicazioni lo mwcaZigBee è uno mwcqstandard di comunicazione mwcgwireless basato sulla specifica mwcwIEEE 802.15.4, curato dalla ZigBee Alliancecite-ref-1[1]. Attraverso l'uso di piccole mweaantenne digitali a bassa potenza e basso consumo implementa una mweqwireless personal area network (WPAN).

Lo standard specifica una serie di profili applicativi che permettono di realizzare una comunicazione specifica per i diversi profili tipici nel campo delle Wireless Sensor Networks, che variano dal mondo dell'energia (Smart Energy) al mondo della mwewdomotica (Home Automation e ZigbeeLightLink). La relazione esistente fra ZigBee e IEEE 802.15.4 è simile a quella esistente tra la mwfaWi-Fi Alliance e mwfqIEEE 802.11.

Nel mwfw2014 la ZigBee Alliance ha annunciato un nuovo stack protocollare chiamato "ZigBee 3.0" (che sostituisce la specifica ZigBee PRO 2007) e che va ad inglobare diversi profili applicativi oggi visti come verticali e non interoperabili fra loro. Di fatto ora, con il rilascio di ZigBee 3.0, ci sono solo 2 domini principali, uno per l'efficienza energetica e uno per la mwggdomotica.

• Introduzione

• Storia

• Usi

• Tipi di dispositivo

• Protocolli

• Software e hardware

• Note

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

ZigBee opera nelle frequenze radio assegnate per scopi industriali, scientifici e medici (mwhgISM, 868mwhw MHz in Europa, 915mwia MHz negli Stati Uniti e 2,4mwiq GHz nella maggior parte del resto del mondo), ma di fatto oggi le uniche vere implementazioni disponibili sul mercato sono quelle a 2,4mwig GHz. Questa tecnologia è nata con lo scopo di essere più semplice e più economica di altre Wireless PAN come, ad esempio il mwiwBluetooth (quest'ultima per ricorrere ai ripari ha successivamente rilasciato una versione meno dispendiosa in termini di consumi chiamata Bluetooth Low Energy).cite-ref-2[2]

Nel mwkq2005 il costo stimato per il mwkgricetrasmettitore di un nodo ZigBee era di circa $1,10 per il produttore, contando grossi volumi. La maggior parte dei dispositivi ZigBee richiedono però anche un mwkwmicrocontrollore, che fa alzare il costo totale. Quando fu lanciato (mwla1998), per il mwlqBluetooth si prevedeva un costo di $4–$6 per grandi volumi, mentre il prezzo attuale per la fascia consumer è oggi sotto i $3.

ZigBee Alliance ha cominciato a lavorare sulla versione 1.1 che mira ad avvantaggiarsi dei miglioramenti della specifica 802.15.4b, la cui più evidente miglioria è CCM*, introdotto in alternativa al CCM mode (mwmaCTR + mwmqCBC-MAC). Il CCM* gode delle stesse caratteristiche di sicurezza di CCM, fornendo però maggiore flessibilità nella scelta dei metodi di mwmgautenticazione e criptazione.

• Le reti tipo ZigBee incominciarono a essere studiate nel mwng1998, quando molti ingegneri capirono che sia mwnwWiFi sia mwoaBluetooth non riuscivano a rispondere alle necessità di molte nuove applicazioni. In particolare molti ingegneri videro la necessità di sviluppare reti radio digitali ad-hoc con una propria autonomia di organizzazione.

• Lo standard IEEE 802.15.4 fu completato nel maggio mwog2003.

• Nell'estate del mwpa2003, mwpqPhilips Semiconductors cessò di finanziare lo studio. Philips Lighting però ha continuato a rappresentare l'impegno di Philips nel settore e questa rimane un membro promotore della ZigBee Alliance Board of Directors.

• La ZigBee Alliance annunciò nell'ottobre mwpw2004 che il numero di membri era più che raddoppiato nell'anno precedente ed era cresciuta fino a raggruppare più di 100 ditte in 22 paesi. Nell'aprile mwqa2005 vi erano più di 150 aziende.

• La prima specifica ZigBee fu ratificata il 14 dicembre mwqg2004, alla quale successivamente vennero pubblicate due versioni nel 2007: ZigBee 2007 e ZigBee PRO (la prima è un sottoinsieme delle feature richieste invece obbligatoriamente dalla seconda).

• La ZigBee Alliance annuncia la disponibilità della specifica 1.0 il 13 giugno mwra2005.

• Nel dicembre 2014 la ZigBee Alliance annuncia la pubblicazione nella nuova specifica ZigBee 3.0.

I protocolli ZigBee sono progettati per l'uso in applicazioni mwsaembedded che richiedano un basso mwsqtransfer rate e bassi consumi. L'obiettivo di ZigBee è di definire una mwsgWireless mesh network non mirata, economica e autogestita che possa essere utilizzata per scopi quali il controllo industriale, le reti di sensori, mwswdomotica, le telecomunicazioni, ecc. La rete risultante avrà un consumo energetico talmente basso da poter funzionare per uno o due anni sfruttando la batteria incorporata nei singoli nodi.cite-ref-3[3]

==Esempio di applicazione ZigBee per la domotica== [[File:ZigBee_home_automation_example.jpg|thumb|300px|Esempio di ZigBee per domotica]] L'esempio pratico mostrato è una casa dove luci, sistema antiintrusione, sistema antincendio e raffreddamento/condizionamento sono controllati attraverso una rete ZigBee. Il diagramma mostra diversi dispositivi -- in rosso i collegamenti "router to router" e in blu quelli "end node to router". Qui il lampadario B (che può fungere da "coordinator") identifica e stabilisce un percorso attraverso router incorporati nei lampadari A e F, alimentati dalla rete (ma con batterie di emergenza), il rilevatore di fumo C e la lampada da tavolo D. Tutti i router sono dispositivi collegati alla rete elettrica (lampade, pompe di calore, lampadari, allarmi antifumo) mentre gli "end" devices usano batterie (interruttori, termostati, rilevatori di movimento). I sensori sono collegati agli attuatori, a volte per scelta dell'utente, altre volte per vincoli di progettazione dell'oggetto.

Ci sono tre differenti tipi di dispositivo ZigBee:cite-ref-4[4]

• mwwaZigBee Coordinator (ZC): è il dispositivo più "intelligente" tra quelli disponibili, costituisce la radice di una rete ZigBee e può operare da ponte tra più reti. Ci può essere un solo "Coordinator" in ogni rete. Esso è inoltre in grado di memorizzare informazioni riguardo alla sua rete e può agire come deposito per le chiavi di sicurezza.

• mwwgZigBee Router (ZR): questi dispositivi agiscono come router intermedi passando i dati da e verso altri dispositivi. Di fatto non vi sono distinzioni hardware tra un ZC e un ZR se non che viene rilasciato al coordinator il ruolo di inizializzare la rete, dopodiché diventano dispositivi identici.

• mwxaZigBee End Device (ZED): includono solo le funzionalità minime per dialogare con il nodo padre (Coordinator o Router), non possono trasmettere dati provenienti da altri dispositivi e dunque non partecipano al multi-hop di un messaggio; sono i nodi che richiedono il minor quantitativo di memoria e quindi risultano spesso più economici rispetto ai ZR o ai ZC.

I protocolli si basano su una ricerca nel campo degli algoritmi di routing (mwyaAd-hoc On-demand Distance Vector) che puntano a costruire delle reti ad-hoc di nodi a bassa velocità. Nelle reti più grandi la rete reale sarà formata da cluster di mwygcluster, ma si potranno anche formare reti Mesh o cluster singoli. I profili correnti derivati dai protocolli ZigBee supportano sia reti "beacon enabled" sia reti "non-beacon enabled".

Nelle reti non-beacon enabled (quelle il cui beacon order è 15), viene utilizzato un meccanismo di accesso al canale di tipo mwzgCSMA/CA. In questo tipo di reti i ZigBee Router solitamente tengono i loro ricevitori sempre attivi, il che provoca un consistente consumo di energia. In pratica queste reti sono "miste": alcuni dispositivi sono costantemente pronti a ricevere, mentre altri si limitano a trasmettere in presenza di uno stimolo esterno. L'esempio tipico di una rete di questo tipo è dato dagli interruttori wireless: il nodo ZigBee nella lampada può essere costantemente in ricezione, avendo la possibilità della connessione diretta alla rete elettrica, mentre l'interruttore (al pari di un mwzwtelecomando) alimentato a batteria può rimanere inattivo fino all'istante in cui vi è necessità di mandare un segnale. A quel punto si attiva, invia il comando, riceve un segnale di acknowledge e ritorna inattivo. In questo esempio la lampada sarà un ZR, se non un ZC, mentre l'interruttore sarà uno ZED.

Nelle reti beacon enabled, i nodi detti ZigBee Router trasmettono periodicamente dei beacon per confermare la loro presenza agli altri nodi. Tra un beacon e l'altro i nodi possono cambiare modalità per risparmiare energia, abbassando il mwaqduty cycle. Gli intervalli tra i beacon vanno da 15,36 millisecondi a 15,36 ms · 2mwag14 = 251.658,24 secondi a 250 kb/s, da 24 millisecondi a 24 ms · 2mwaw14 = 393.216 secondi a 40 kb/s e da 48 ms a 48 ms · 2mwba14 = 786.432 secondi a 20 kb/s. Comunque operazioni a basso duty cycle con lunghi intervalli di beacon richiedono meccanismi di timing preciso, più difficili e costosi da realizzare.

In generale, i protocolli ZigBee minimizzano il tempo di attività del radiotrasmettitore, così da ridurre il consumo di energia. Nelle reti beacon enabled i nodi consumano energia solo nel periodo in cui c'è il beacon, mentre in quelle non-beacon enabled alcuni nodi sono sempre attivi (il loro consumo di energia è quindi alto) mentre altri sono per la maggior parte del tempo spenti.

I dispositivi ZigBee devono rispettare le norme dello standard IEEE 802.15.4-2003 Low-Rate Wireless Personal Area Network (WPAN). Esso specifica il protocollo di livello fisico (PHY), e la parte del livello data link del Medium Access Control (mwbwMAC). Questo standard opera nella mwcabanda ISM non licenziata 2,4 mwcqGHz, 915 mwcgMHz e 868mwcw MHz. Nella banda 2,4 mwdaGHz ci sono 16 canali ZigBee, da 5 mwdqMHz ciascuno. La frequenza centrale per ogni canale può essere calcolata come FmwdgC = (2400 + 5·k) mwdwMHz, con k = 1, 2, …, 16. I trasmettitori radio usano una codifica mweaDSSS. Si usa una modulazione mweqBPSK nelle bande 868 e 915mweg MHz e una mwewQPSK con offset (O-QPSK) che trasmette 4 bit per simbolo nella banda 2,4mwfa GHz. Il data rate over-the-air è di 250 mwfqkb/mwfgs per canale nella banda 2,4mwfw GHz, 40 kb/s per canale nella banda 915mwga MHz e 20 kb/s nella banda 868mwgq MHz. Il range è tra 10 e 75 metri, dipendente dall'ambiente. La massima potenza trasmessa è in genere 0 mwggdBm (1mwgw mW).

La modalità di base di accesso al canale specificato da IEEE 802.15.4-2003 è il Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA/CA). Questo significa che i nodi, controllano se il canale è libero, quando devono trasmettere. Vi sono alcune eccezioni all'uso del CSMA: i segnali di beacon, inviati secondo uno schema prefissato, i messaggi di acknowledge e le trasmissioni di dispositivi in reti beacon-oriented che hanno necessità di bassa latenza e usano Guaranteed Time Slots (GTS) che per definizione non fa uso di CSMA.

Il mwhwsoftware è progettato per rendere facile lo sviluppo su microprocessori piccoli e a basso costo. Il progetto dei radiotrasmettitori è stato ottimizzato per avere un basso costo unitario con produzioni su larga scala. Ha poca circuiteria analogica e usa il digitale ovunque sia possibile.

Anche se i radiotrasmettitori sono economici, il mwiqZigBee Qualification Process comporta una validazione completa delle richieste del livello fisico. Questa minuziosa analisi del livello fisico ha molti vantaggi, poiché tutti i trasmettitori derivanti da uno stesso set di semiconduttori avranno le stesse caratteristiche RF. D'altra parte un livello fisico non certificato che presenta malfunzionamenti potrebbe influenzare negativamente le capacità della batteria di altri dispositivi di una rete ZigBee. In questo caso infatti i vincoli ingegneristici sono necessariamente stretti, in termini di banda e di consumo di energia. Così i trasmettitori sono testati secondo lo standard mwigISO-17025 e la Clause 6 dello standard 802.15.4-2003. La maggior parte dei produttori integra radiotrasmettitori e microcontrollori su un singolo chip.

cite-note-11. ↑ mwkq(mwkgmwkwEN) mwlamwlqHome, su mwlgZigbee Alliance. mwlwURL consultato il 3 maggio 2021.

cite-note-22. ↑ mwmwmwnamwnqZigbee Direct è la nuova funzione di Zigbee che permette di controllare i dispositivi tramite Bluetooth, su mwngDDay.it. mwnwURL consultato il 21 febbraio 2023.

cite-note-33. ↑ mwowAndrea Giorgi, mwpamwpqZigbee: cos'è, come funziona, hub e tutti i prodotti per la domotica, su mwpgSmartdomotica, 21 novembre 2022. mwpwURL consultato il 21 febbraio 2023.

cite-note-44. ↑ mwqwLorenzo Ricciutelli, mwramwrqZigbee: cos'è e come funziona, su mwrgDomotica Full. mwrwURL consultato il 21 febbraio 2023 mwsa(archiviato dall'mwsqurl originale il 23 gennaio 2025).

Altri progetti

• Wikimedia Commons

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su ZigBee

• (EN) Sito ufficiale, su zigbee.org.

• mwuaMisure sui trasmettitori ZigBee, su strumentazioneelettronica.it.