Architettura di una smart home

Un impianto domotico si capisce bene se lo si guarda a strati, uno sopra l'altro. Attenzione però a che cosa sono: gli strati non sono categorie di oggetti, sono funzioni — sei ruoli che in un impianto qualcuno deve svolgere. Un singolo apparecchio può svolgerne più d'uno, e più apparecchi possono svolgere lo stesso ruolo. Fra poco lo si vede con un termostato che, da solo, svolge quattro funzioni distribuite su tre strati.

Questi sei ruoli non vanno confusi con i tre passaggi di una regola visti nei Fondamenti — qualcosa scatta, la logica decide, un attuatore agisce. Quelli descrivono il percorso di un comando; gli strati descrivono come è costruito l'impianto che quel percorso lo rende possibile.

Il motivo per cui vale la pena ragionare così, anche senza alcuna intenzione di diventare tecnici, è pratico: ogni funzione si può cambiare senza rifare le altre — a patto che non siano tutte dentro lo stesso apparecchio. Chi ragiona per marche («ho comprato tutto della marca X») si trova legato a una scelta unica; chi ragiona per funzioni può sostituire quella che non lo soddisfa e tenere le altre.

Gli strati sono sei. Nei prossimi paragrafi sono descritti uno per uno, dal più concreto al più astratto, ciascuno con un esempio di come si presenta in una casa reale.

Gli strati, partendo dal basso

1. Sensori e attuatori

È lo strato che tocca il mondo fisico: l'unico che misura qualcosa di reale e l'unico che produce un effetto in casa. Non possiamo generalizzare con «dispositivi» appositamente — anche il ponte e la centralina sono dispositivi: qui contano i sensori, che misurano, e gli attuatori, che agiscono. Un pulsante invece non sta qui, per quanto sia un oggetto che si tocca: non misura nulla e non muove nulla, si limita a raccogliere l'intenzione di una persona. La sua funzione è interfaccia, quindi vive nello strato 5 e in nessun altro. Essere un oggetto fisico non è una funzione, quindi non è uno strato: è la prova che il modello regge solo se si smette di ragionare per oggetti.

Qui però va sciolto un equivoco, altrimenti il resto della pagina non torna. Prendiamo un termostato di marca appeso al muro: è un oggetto solo, che si compra in una scatola sola. Dentro però fa quattro cose diverse, che in un impianto fatto a pezzi sarebbero quattro apparecchi distinti.

• misura la temperatura della stanza — altrove sarebbe un sensore (strato 1);
• decide quando accendere e quando fermarsi — altrove sarebbe una regola nella centralina (strato 4);
• comanda la caldaia — altrove sarebbe un relè (strato 1);
• mostra la temperatura e riceve i comandi — altrove sarebbe un pulsante o un pannello (strato 5).

Da qui il principio: gli strati sono funzioni, non oggetti. Non sono sei scatole in cui smistare le cose comprate, ma sei ruoli che qualcuno deve svolgere — e un solo apparecchio può svolgerne parecchi. Il pulsante a muro è insieme oggetto fisico e interfaccia; la centralina è insieme calcolatore e sede della logica.

La conseguenza è pratica e si vede il giorno in cui si cambia qualcosa. Sostituire quel termostato non significa cambiare un oggetto: significa cambiare in una volta sola il sensore, la logica, il comando e l'interfaccia. È per questo che «cambiare il termostato rompe tutto». Se invece quelle quattro funzioni stanno in quattro apparecchi separati, si può sostituire il sensore senza toccare le regole, o riscrivere le regole senza toccare il relè.

Perciò la domanda utile non è «in quale strato va questo oggetto?», ma «quali funzioni svolge, e chi le svolgerebbe al suo posto se lo sostituissi?».

2. La rete su cui viaggiano i messaggi

Ogni dispositivo deve poter spedire e ricevere. Il mezzo può essere un cavo — il bus di cui si parla in Fondamenti — oppure una radio. Le radio usate in domotica non sono tutte uguali e hanno nomi che ricorrono di continuo: Zigbee, Z-Wave, Thread, il normale Wi-Fi.

Ognuna ha caratteristiche diverse di portata, consumo, affollamento della banda e numero massimo di dispositivi. È lo strato che condiziona di più l'affidabilità percepita: quasi tutti i «non funziona mai» che si sentono raccontare nascono qui, non nei dispositivi. La pagina Protocolli mette a confronto le alternative.

3. Il ponte verso la rete di casa

Qui c'è un passaggio che sfugge a chi comincia. Zigbee, Z-Wave e le radio simili non sono Wi-Fi e il router non le capisce: parlano una lingua diversa, su frequenze diverse. Serve quindi un traduttore, che a seconda dei casi si chiama coordinatore, gateway o border router.

Nella forma più comune è una chiavetta USB infilata nella centralina, oppure una scatoletta collegata al router con un cavo di rete. È anche il punto in cui molti produttori inseriscono la dipendenza dal proprio servizio: il gateway di marca parla con i dispositivi in casa, ma poi manda tutto al proprio computer in internet, e da lì passa qualunque comando. Sostituire quel gateway con uno neutro è spesso il primo intervento di chi vuole un impianto indipendente.

Attraverso questo strato passa tutto il traffico della sua rete: se lavora male, l'intero impianto sembra inaffidabile anche quando dispositivi e centralina sono perfetti.

C'è un secondo motivo per non trattarlo come un accessorio: la chiavetta conserva la chiave della rete e la tabella degli abbinamenti. Se si guasta, comprarne un'altra non basta — senza una copia di quei dati bisogna riabbinare ogni singolo dispositivo, uno per uno, comprese le teste termostatiche dietro i mobili e i sensori in cima alle finestre. È il secondo strato, insieme alla centralina, di cui va fatta una copia di sicurezza: i programmi che lo gestiscono la prevedono, e va attivata il primo giorno.

4. La centralina

È dove abitano le automazioni e lo storico dei dati. Può essere un piccolo calcolatore dedicato, sempre acceso e di ingombro paragonabile a un libro, oppure un programma installato su una macchina che si possiede già.

È lo strato che conta di più nella scelta, perché determina tre cose insieme: che cosa l'impianto sa fare — quali dispositivi riesce a integrare e quanto possono essere articolate le regole; da chi dipende — se le decisioni restano in casa o passano da un servizio esterno; e quanto costa andarsene, perché mesi di configurazione non sono ricostruibili a memoria.

È anche uno dei due strati di cui va fatta una copia di sicurezza. Il criterio non è il valore dell'apparecchio ma quello che l'apparecchio conserva e che il denaro non ricompra: qui sono le regole scritte in mesi di aggiustamenti e lo storico dei dati.

5. Le interfacce

Interfaccia significa superficie di contatto: il punto in cui una persona e l'impianto si incontrano. Non è sinonimo di schermo — è qualunque cosa permetta di dare un comando o di ricevere un'informazione.

Ricadono qui l'applicazione sul telefono, i pannelli a muro, i comandi vocali e i pulsanti fisici, che restano il modo più veloce e l'unico che funziona per chi in casa non ci vive. Alcune di queste interfacce hanno un corpo — il pulsante, il pannello, il telecomando — altre no, come l'app o il comando vocale. La differenza non cambia lo strato: tutte stanno qui e solo qui, perché svolgono una funzione sola. Avere o non avere un corpo è una caratteristica dell'oggetto, non un ruolo nell'impianto.

Un errore ricorrente è giudicare un impianto dalla bellezza della sua app. L'app la usa chi ha configurato l'impianto, nei primi mesi; dopo, quasi tutti tornano all'interruttore. Un impianto che si può usare solo dall'app è un impianto che esclude gli ospiti, i bambini e chiunque abbia le mani occupate.

Questo strato porta anche l'informazione nella direzione opposta: una spia che dice se l'allarme è inserito, una notifica quando la lavatrice ha finito, un pannello che mostra il consumo istantaneo.

6. I servizi remoti

Accesso da fuori casa, notifiche sul telefono, collegamento con assistenti vocali o con altri servizi. Sono legittimi e spesso comodi: nessuno rinuncia volentieri a sapere dall'ufficio se ha lasciato una finestra aperta.

La differenza fra un impianto solido e uno fragile è che nel primo questo strato è facoltativo: se lo si toglie la casa continua a funzionare e si perde solo il comando a distanza. Nel secondo è il pavimento su cui poggia tutto il resto, e quando manca la linea non si accende nemmeno una luce.

Dove stanno le sorgenti che fanno scattare le regole

Nella pagina Fondamenti abbiamo visto che a far scattare una regola possono essere cinque cose diverse, e che il sensore è solo una di queste. Vale la pena vedere dove abitano quelle cinque sorgenti negli strati appena descritti, perché non stanno tutte nello stesso posto — e questo spiega perché alcune automazioni continuano a funzionare quando cade la linea e altre no.

• Il mondo fisico — un sensore che misura: strato 1.
• Le persone — un pulsante, l'app, la voce: strato 5, le interfacce.
• Il tempo — un orario, l'alba: strato 4. È l'orologio della centralina, e non serve nulla di esterno per consultarlo.
• L'impianto stesso — una luce accesa, una batteria scarica: ancora strato 4, perché è lo stato che la centralina già conosce.
• Dati che arrivano da fuori — meteo, prezzo dell'energia: strato 6, i servizi remoti.

Dove risiede la logica di controllo: tre configurazioni

Messi in fila gli strati, si vedono tre modi ricorrenti di distribuire le decisioni.

• Tutto nel cloud. È la configurazione dei prodotti da grande distribuzione: l'app del produttore decide, e senza collegamento a internet non si accende niente. Costa poco all'acquisto e non richiede competenze, ma lega la casa alla sopravvivenza commerciale di un'azienda.
• Tutto in locale. Una centralina in casa decide, e il collegamento serve solo per comodità. È la configurazione più solida, e richiede di dedicarci del tempo — poco all'inizio, un po' di manutenzione dopo.
• Un misto. È la situazione reale della quasi totalità delle case: qualche apparecchio resta legato al proprio servizio remoto, altri no.

Il misto non è un errore da correggere a tutti i costi, ma va conosciuto. In pratica significa poter rispondere a una domanda sola: se stasera cade la linea, che cosa smette di funzionare? Se nell'elenco compaiono le luci, il riscaldamento o la porta d'ingresso, quel pezzo di impianto va ripensato. Se compaiono le notifiche e il comando dall'ufficio, è perfettamente accettabile.

Perché le reti radio vanno progettate e non solo comprate

Zigbee, Z-Wave e Thread sono reti mesh, una parola inglese che significa «maglia» e descrive bene la cosa: i messaggi non vanno per forza diretti dal dispositivo alla centralina, ma possono passare di apparecchio in apparecchio finché non arrivano. Così la copertura si estende ben oltre la portata del singolo dispositivo, e se una strada è occupata il messaggio ne prende un'altra.

C'è però una regola che quasi nessuna confezione spiega: a ripetere i messaggi sono solo i dispositivi collegati alla corrente. I sensori a batteria non lo fanno, e per un ottimo motivo — se stessero in ascolto tutto il tempo la batteria durerebbe giorni invece che anni, quindi passano la vita a dormire e si svegliano solo per dire la loro. Ne consegue che una rete fatta di soli sensori a batteria è una rete che non ha ripetitori: funziona finché tutto è vicino, e comincia a perdere messaggi appena la casa si allarga.