Alcance do Zigbee e Z-Wave: Até Onde Pode Chegar uma Rede Mesh?

Em resumo: Em espaços interiores, conte com cerca de 10 a 20 metros entre dispositivos Zigbee ou Thread e 20 a 30 metros entre dispositivos Z-Wave. Raramente é necessário mais, visto que os dispositivos alimentados pela rede elétrica reencaminham as mensagens. Um hub central e algumas tomadas ou módulos bem posicionados cobrem a maioria das habitações.

A quem se destina este guia

Pretende saber o alcance do Zigbee, Z-Wave e Thread antes de comprar.
Está a planear uma rede para uma habitação, jardim ou anexo.
Tem dispositivos que perdem a ligação ou respondem com lentidão e pretende resolver a causa.

Qual é o alcance do Zigbee, Z-Wave e Thread?

O alcance é a distância a que um dispositivo consegue comunicar com o seguinte. Os valores indicados nas embalagens são medidos em campo aberto, sem obstáculos. Em espaços interiores, as paredes e os pisos reduzem estes valores; por conseguinte, efetue o planeamento com base nos valores interiores apresentados abaixo.

Tecnologia	Banda de frequência	Alcance interior típico	Campo aberto
Zigbee	2.4 GHz	10 a 20 metros por salto	Até cerca de 100 metros
Thread	2.4 GHz	10 a 20 metros por salto	Semelhante ao Zigbee
Z-Wave	868 MHz (Reino Unido e Europa)	20 a 30 metros por salto	Cerca de 100 metros por salto
Z-Wave Long Range	Próximo de 868 MHz	Superior ao Z-Wave normal. Consulte os valores do fabricante	Várias centenas de metros, segundo os fabricantes

Os valores em interiores são valores típicos para efeitos de planeamento, não garantias. Os valores em campo aberto são fornecidos pelos organismos de normalização e fabricantes de chips: a Connectivity Standards Alliance indica 10 a 100 metros para Zigbee, e a Silicon Labs indica 400 metros ao longo de quatro saltos para Z-Wave. O desempenho na sua habitação situar-se-á abaixo destes valores.

Qual é o alcance do Zigbee?

Um dispositivo Zigbee alcança com fiabilidade cerca de 10 a 20 metros em espaços interiores, o que equivale a uma ou duas divisões de distância numa casa típica. Em campo aberto, a distância máxima é de até cerca de 100 metros, dependendo da potência de transmissão do dispositivo. O alcance do próprio hub é idêntico ao de qualquer outro dispositivo ligado à rede elétrica, pelo que um «alcance do hub Zigbee» de 10 a 20 metros em interiores é um valor de referência razoável.

A cobertura total é muito superior a um único salto, uma vez que cada dispositivo alimentado pela rede elétrica reencaminha as mensagens. O Zigbee 4.0 adiciona ainda um modo opcional de longo alcance numa frequência mais baixa. Consulte a página do produto para verificar se o dispositivo é compatível. Consulte Zigbee explicado.

Qual é o alcance do Z-Wave?

O Z-Wave alcança cerca de 20 a 30 metros em espaços interiores entre dispositivos. Dispositivos mais antigos alcançam distâncias inferiores, enquanto os dispositivos atuais das séries 700 e 800 apresentam um desempenho visivelmente superior. O Z-Wave utiliza uma frequência mais baixa do que o Zigbee, e as frequências mais baixas atravessam tijolos e pisos com maior facilidade. Consulte Z-Wave explicado.

Qual é o alcance do Thread?

O Thread utiliza o mesmo tipo de rádio de 2.4 GHz que o Zigbee, pelo que deve planear para os mesmos 10 a 20 metros em espaços interiores. Também forma uma rede mesh e requer um router de fronteira (border router) para ligação à rede doméstica.

O que reduz o alcance? Paredes, folhas metálicas, metal e água

Cada parede e piso entre dois dispositivos atenua parte do sinal. A dimensão dessa perda depende do material de construção. Isto aplica-se ao alcance do Zigbee através de paredes, bem como ao Z-Wave e Thread da mesma forma, embora o Z-Wave lide melhor com paredes maciças.

O mesmo sinal através de três tipos de parede. Divisórias ligeiras causam pouca perda. Paredes densas ou revestidas a metal podem interromper o sinal por completo.

Isolamento com revestimento de alumínio e gesso cartonado. A camada de alumínio atua como uma blindagem. É comum em sótãos convertidos, ampliações e habitações mais recentes, sendo a razão habitual para a ausência de sinal num anexo de jardim ou sótão.
Metal. Vigas de aço, radiadores, frigoríficos, espelhos, caixas de aparelhagem metálicas e quadros elétricos bloqueiam ou refletem os sinais. Nunca coloque um hub no interior de um armário metálico.
Água. Aquários, cilindros de água quente e piso radiante hidráulico absorvem sinais, em particular na frequência de 2.4 GHz.
Pedra espessa e betão. Paredes antigas de pedra e pavimentos de betão podem reduzir para metade o número de divisões abrangidas por um salto.
Ângulo. Um sinal que atravessa uma parede num ângulo reduzido percorre uma quantidade de material significativamente maior do que um sinal perpendicular.

O Zigbee é uma rede em malha? Como funciona a rede mesh

Sim. O Zigbee, o Z-Wave e o Thread são redes em malha (mesh). Os dispositivos alimentados pela rede elétrica retransmitem mensagens para os nós vizinhos, permitindo que um sensor na extremidade oposta do edifício alcance o hub através de alguns saltos curtos em vez de um único salto longo. Se uma rota falhar, a rede determina uma alternativa.

Os dispositivos a bateria são a exceção. Entram em modo de suspensão para economizar energia, pelo que enviam e recebem dados, mas nunca retransmitem mensagens.

Z-Wave

Os dispositivos alimentados pela rede elétrica repetem mensagens
Quatro saltos numa rota é o valor publicado pela Silicon Labs
Até 232 dispositivos, incluindo o controlador
O controlador calcula as rotas

Zigbee

Os dispositivos alimentados pela rede elétrica atuam como routers
Permite substancialmente mais saltos do que o Z-Wave
Limite de dispositivos definido pelo seu hub
Os routers determinam as rotas de forma autónoma entre si

Thread

A rede seleciona quais os dispositivos alimentados pela rede elétrica que atuam como routers (até 32)
Requer um router de fronteira
Autorregenera-se sem necessidade de um hub para gestão

Quantos saltos pode uma mensagem efetuar?

A Silicon Labs, fabricante dos chips Z-Wave, indica um alcance de 400 metros ao longo de quatro saltos. Quatro saltos significam que três dispositivos alimentados pela rede elétrica retransmitem a mensagem entre o hub e o seu destino. Com 20 a 30 metros por salto em espaços interiores, este valor é mais do que suficiente para praticamente qualquer habitação.

Uma rota Z-Wave longa: quatro saltos através de três dispositivos alimentados pela rede elétrica. Na maioria das habitações, um ou dois saltos é o normal.

O Zigbee e o Thread permitem mais saltos, pelo que não existe um limite prático com que se preocupar numa habitação. Em qualquer sistema, cada salto adicional introduz um pequeno atraso e mais um potencial ponto de falha. Procure obter uma rede densa e não longa: várias rotas de um ou dois saltos são preferíveis a uma única cadeia longa.

Quais os dispositivos que alargam o alcance?

Não necessita de um repetidor dedicado. Quase todos os dispositivos alimentados pela rede elétrica repetem mensagens além de desempenharem a sua função principal: tomadas, módulos de interruptor e dimmer de encastrar, interruptores de parede, controladores de estores e a maioria das lâmpadas ligadas à rede elétrica. Alguns dispositivos de rede elétrica não repetem o sinal, pelo que deve consultar o manual caso dependa de algum deles.

Três regras:

Cada tecnologia tem a sua própria rede mesh. Uma tomada Zigbee não tem qualquer efeito no Z-Wave, e vice-versa. Construa cada rede que utilizar.
Os repetidores têm de permanecer alimentados. Uma lâmpada inteligente num interruptor de parede que seja desligado, ou uma tomada que seja retirada, elimina as suas rotas. Os módulos de encastrar e as tomadas atrás de móveis são as opções mais fiáveis.
Um extensor de alcance serve para cobrir falhas. Utilize um extensor onde existir um ponto fraco e nenhum outro equipamento para controlar, como num patamar, numa garagem ou num corredor.

Onde deve ser colocado o hub?

O posicionamento do hub tem um impacto superior a qualquer outra decisão individual. Cada mensagem começa ou termina no hub, pelo que este deve ser instalado onde consiga alcançar o maior número de dispositivos com o menor número de saltos.

A mesma casa, duas vezes. Num canto junto ao router Wi-Fi, o hub alcança apenas uma divisão. No centro, com dois dispositivos alimentados pela rede elétrica, cada sensor dispõe de uma rota curta.

Central. O mais próximo possível do centro da habitação, no rés do chão ou no primeiro andar, e não no sótão ou na cave.
Desobstruído. Numa prateleira ou secretária, elevado do chão. Não colocar dentro de armários metálicos, móveis de multimédia repletos de equipamento ou atrás do televisor.
Afastado do router Wi-Fi. A um metro ou mais de distância. Um cabo de rede facilita esta separação.
Pens USB com cabo de extensão. Ao utilizar uma pen USB com o Home Assistant, um cabo de extensão USB curto afasta-a do computador. As portas e unidades USB 3 emitem interferências na banda de 2,4 GHz.

Mudar o hub de local posteriormente é possível, mas as rotas têm de se estabilizar novamente. Compensa acertar logo no primeiro dia. Consulte Como escolher um controlador de domótica.

Interferência de Wi-Fi e canais Zigbee

O Zigbee e o Thread partilham a banda de 2,4 GHz com o Wi-Fi e o Bluetooth. Normalmente coexistem, mas um canal Wi-Fi congestionado exatamente sobreposto ao canal Zigbee provoca respostas lentas e perdas de ligação dos dispositivos.

Configure a banda de 2,4 GHz do router Wi-Fi para um canal fixo (1, 6 ou 11) em vez de "auto".
Selecione um canal Zigbee situado num intervalo livre. Os canais 15, 20 e 25 são as opções habituais. Existe um diagrama ilustrativo em Guia Zigbee.
Defina o canal Zigbee antes de adicionar múltiplos dispositivos. Após uma alteração, os dispositivos podem demorar cerca de uma hora a adaptar-se, podendo alguns necessitar de novo emparelhamento.
Fornos micro-ondas, bem como alguns intercomunicadores para bebés e emissores de vídeo, também utilizam esta banda. Mantenha os routers e hubs afastados destes aparelhos.

O Z-Wave não é afetado. Opera a 868 MHz no Reino Unido e na Europa, totalmente fora da frequência do Wi-Fi. Este é um dos motivos pelos quais o Z-Wave se adequa a habitações com tráfego Wi-Fi muito intenso.

Z-Wave Long Range

O Z-Wave Long Range não utiliza a rede mesh. Um dispositivo Long Range comunica diretamente com o hub, sem saltos intermediários, a uma distância muito superior à de um dispositivo Z-Wave convencional. Os fabricantes indicam várias centenas de metros em espaço aberto. Para a América do Norte, onde a regulamentação sobre a potência de transmissão difere, são indicados valores de 1,6 km ou mais.

No Reino Unido e na Europa, é necessário um dispositivo Long Range da série 800 e um controlador compatível com Long Range nesta região. Consulte as páginas de ambos os produtos.
Os dispositivos Long Range não atuam como repetidores e não beneficiam de repetidores. O posicionamento do hub torna-se ainda mais crítico.
Os dispositivos Long Range e os dispositivos Z-Wave normais funcionam em simultâneo no mesmo controlador.

É ideal para portões, garagens, anexos e propriedades extensas onde uma rede mesh exigiria uma cadeia de repetidores. Mais detalhes em Z-Wave explicado.

Planear a cobertura para uma habitação, jardim e anexos

Começar pelo hubPosicione o hub num local central. Adicione primeiro os dispositivos alimentados pela rede elétrica nas divisões adjacentes e, em seguida, avance para o exterior.
Um dispositivo alimentado pela rede elétrica a cada uma ou duas divisõesAssegure duas rotas possíveis para os pontos mais distantes. Instale um dispositivo próximo das escadas ou por cima do hub para interligar os pisos.
Adicionar os dispositivos a pilhas em último lugarEfetue o emparelhamento no local definitivo de utilização, para que a ligação seja estabelecida através do repetidor mais próximo.

Jardins, garagens e anexos

No exterior existem menos paredes, mas o sinal tem de sair do edifício principal e entrar na estrutura secundária.

Utilizar a última tomada da casa. Uma tomada inteligente ou micromódulo na parede voltada para o jardim proporciona o melhor ponto de partida para o sinal. Uma janela facilita a propagação mais do que uma parede de alvenaria, exceto se o vidro tiver revestimento metálico.
Instalar um repetidor na extremidade oposta. Um dispositivo alimentado pela rede elétrica logo no interior da garagem ou anexo capta o sinal e serve os sensores desse local. Os dispositivos exteriores exigem uma classificação de proteção contra intempéries adequada.
Considerar o Z-Wave Long Range. Para um portão ou anexo situado além do alcance de um único salto, um dispositivo Long Range elimina a necessidade de múltiplos repetidores, desde que o controlador seja compatível com Long Range nesta região.
Anexos com isolamento térmico refletor. Os anexos modernos com isolamento revestido a folha de alumínio podem bloquear os sinais por completo. Se o edifício dispuser de cabo de rede ou boa cobertura Wi-Fi, a instalação de um segundo hub ou de dispositivos Wi-Fi no local pode ser a solução mais simples.

Como identificar e corrigir pontos fracos de sinal

A maioria dos controladores apresenta um valor de sinal para cada dispositivo (frequentemente designado por RSSI ou LQI), a rota utilizada ou o registo da última comunicação. Alguns disponibilizam um mapa da rede mesh. Procure dispositivos com sinal fraco, uma rota extensa ou uma taxa elevada de falhas nas mensagens.

Um teste simples não requer ferramentas. Leve uma tomada inteligente para a área problemática, ligue-a à tomada e adicione-a à rede. Se a falha for resolvida, identificou uma lacuna de cobertura e a tomada pode permanecer no local.

Sintoma	Causa provável	Ação corretiva
Um sensor perde a ligação periodicamente a cada poucos dias	Encontra-se no limite do alcance	Adicione um dispositivo alimentado pela rede elétrica entre o sensor e o hub. Volte a emparelhar o sensor na sua localização final.
Vários dispositivos numa mesma área deixaram de comunicar em simultâneo	O repetidor dessa área foi desligado da tomada, desativado ou avariou	Restabeleça a alimentação do repetidor. Caso tenha sido removido permanentemente, reconstrua as rotas (Z-Wave) ou volte a emparelhar os sensores (Zigbee).
Todo o sistema apresenta lentidão nos períodos de maior tráfego	Interferência de Wi-Fi nos 2,4 GHz ou um dispositivo a saturar a rede	Defina um canal de Wi-Fi fixo e afaste o hub do router. Verifique se existe algum dispositivo a emitir relatórios com frequência excessiva.
Um novo dispositivo não conclui a associação no local de instalação	Não há repetidores ao alcance desse ponto	Adicione primeiro um dispositivo alimentado pela rede elétrica nas proximidades e, de seguida, adicione o novo dispositivo.
Surgiram falhas após mudar o hub ou um repetidor de local	Os dispositivos continuam a tentar comunicar através das rotas anteriores	Reconstrua as rotas (Z-Wave) e aguarde um dia para a estabilização da rede.
A pilha de um dispositivo descarrega rapidamente	Sinal fraco, originando o reenvio sistemático de cada mensagem	Otimize a rota através de um dispositivo alimentado pela rede elétrica mais próximo.

Reconstruir e reparar rotas

Z-Wave. Os controladores dispõem de uma ferramenta que solicita aos dispositivos que encontrem novamente os seus vizinhos. Consoante a plataforma, denomina-se Repair, Heal, Rebuild routes ou Mesh reconfiguration. Execute-a após adicionar, deslocar ou remover dispositivos alimentados pela rede elétrica. Sempre que possível, reconstrua apenas os dispositivos afetados. Uma reconstrução total é lenta e torna a rede lenta enquanto é executada. Os dispositivos a bateria só atualizam no próximo ciclo de ativação.
Zigbee. Os routers ajustam-se autonomamente ao longo de algumas horas. Um dispositivo a bateria que fique bloqueado numa rota inadequada pode ser emparelhado novamente no local, sem ser removido primeiro, associando-se através do router mais próximo.
Thread. A rede autorrepara-se. Se um dispositivo perder a ligação, verifique se um dispositivo Thread alimentado pela rede elétrica ou um border router está ao seu alcance.

Após qualquer alteração, aguarde um dia antes de avaliar o desempenho da rede. As rotas estabilizam gradualmente, e um dispositivo inicialmente lento resolve frequentemente a situação por si só.

Dispositivos a ligar e desligar sozinhos?

A sua casa não está assombrada. Verifique primeiro as causas comuns: uma automatização ou horário esquecido, uma rotina de assistente de voz ou uma ligação direta (uma associação Z-Wave ou binding Zigbee) a partir de um sensor ou controlo remoto.

Se estas causas forem excluídas, um dispositivo avariado pode estar a inundar a rede com mensagens falsas. O responsável habitual é um dispositivo a bateria com a pilha quase descarregada. Substitua primeiro as baterias fracas. Se o problema persistir, retire as pilhas dos dispositivos a bateria, um a um, e depois desligue os dispositivos de tomada, um de cada vez, verificando após cada etapa. Quando a anomalia cessar, terá identificado o dispositivo em causa. Remova-o da rede, reponha as definições de fábrica e adicione-o novamente. A cablagem fixa só deve ser isolada ou desconectada por um técnico qualificado.