С постоянной периодичностью появляются новые продукты, в описании которых есть слова «умный» и «дом», но все еще очень мало таких продуктов находятся в наших гостиных, кухнях и спальнях. Разберемся в причинах.
Представим, каким должен быть идеальный умный дом, и какие функции он должен выполнять:
Давать ощущение физической безопасности. Этом помогут датчики движения, датчики открытия окон и дверей, сирены, камеры наблюдения.
Давать ощущение безопасности жизни: датчики уровня метана, датчики уровня угарного газа, датчики протечки воды, актуаторы перекрытия воды и газа.
Окружать комфортом: датчики влажности воздуха, датчики температуры, датчик уровня углекислого газа, модули открытия и закрытия штор, роллет.
Дарить приятные эмоции и экономить время.
Управлять освещенностью в доме в зависимости от времени суток и присутствия людей в помещении.
Управлять различными устройствами с одного места: ТВ, музыкальные центры, плееры, кондиционеры, проекторы, экраны и тому подобное.
Автоматизировать некоторые действия или сводить их к нажатию одной кнопки, иконки на смартфоне или планшете, или голосовых команд.
Экономить деньги —управлять отоплением, кондиционированием, вентиляцией; поддерживать оптимальные температуру и влажность, пока в помещении кто-то есть, и экономить ресурсы, когда помещение не используется.
Когда все эти задачи выполняются одновременно и работают как единый, слаженный организм, тогда это и есть умный дом.
Предполагается, что каждое умное устройство, которое мы упомянули, должно уметь общаться на языке, который называется протоколом связи.
Рассмотрим, что есть на рынке.
Wi-Fi
Самый известный протокол связи — Wi-Fi. Его массовое распространение сделало чипы очень дешевыми, но так как Wi-Fi создавался для передачи больших объемов данных, то он очень энергозатратен. А для большинства устройств, таких как датчик движения и датчик температуры, нет необходимости передавать много данных, но важно работать от батарейки год, а лучше два. Поэтому устройств Wi-Fi с меткой «умный» очень мало.
Зачастую разумность дома заключается в приобретении нескольких розеток для утюга, телевизора, и на этом эксперименты сходят на нет. К тому же Wi-Fi работает на частоте 2,4 ГГц, а сигнал на такой частоте плохо проходит через стены, и умная розетка не всегда может «достучаться» до роутера, который является главным и единственным устройством в доме (так называемая — топология «звезда»).
Wi-Fi — дешевый, но имеет небольшой радиус действия, поддерживает немного устройств, потребляет немало энергии.
Bluetooth
Второй по популярности протокол — Bluetooth. На нем сделано много устройств для HomeKit — платформы умного дома от Apple. Его большой плюс — энергоэффективность. Но Bluetooth также использует частоту 2,4 ГГц, а значит, не в каждом помещении сможет обеспечить дальность связи 100 м, как заявлено в спецификации. Обычно это от 6 до 10 м уверенного связи.
Модули Bluetooth, что существуют, работают по топологии «звезда», когда есть одно главное устройство, и каждый датчик отправляет данные только на него.
Bluetooth потребляет мало энергии, но поддерживает немного устройств; в продуктах для Apple лицензия дороже; имеет небольшой радиус действия через топологию «звезда».
ZigBee
Топология «звезда», которую используют Wi-Fi и Bluetooth, имеет ограниченный радиус действия или же требует установки дополнительного оборудования (повторителей), которое недешевое. Альтернатива такой топологии — ячеистая, или в оригинале mesh-сеть. Главным отличием такой сети является то, что каждое устройство может быть передатчиком сигнала.
Примеры такой сети — протоколы ZigBee и Z-Wave*.
ZigBee (стандарт IEEE802.15.4) было разработано для автоматизации жилья и систем промышленного мониторинга 2001 года. Первые устройства появились в 2003 году, и это были именно сенсоры, которые могут работать от одной батарейки ААА в течение двух лет, отправляя сигнал каждые 10 секунд.
ZigBee обычно работает на частоте 2,4 ГГц, но за использование mesh-сетей, если между датчиком и контроллером расстояние составляет свыше 15-20 м, достаточно посередине поставить любое устройство, которое работает на батарейке (розетка, выключатель, контроллер штор), и он автоматически станет «мостом» между контроллером и удаленным датчиком.
Сигнал, который проходит через сеть ZigBee, может шифроваться, но это не всегда нужно (шифрование требует дополнительных вычислений и уменьшает время работы от батареи). Плюсами протокола ZigBee является также отсутствие лицензий для использования, что делает цену конечного устройства ниже.
Поскольку в устройствах, которые мы обычно используем: смартфонах, планшетах, ноутбуках, ПК, — нет чипов ZigBee, то необходимо приобрести дополнительно контроллер, который преобразует все сигналы в понятный нашим устройствам сигнал.
ZigBee потребляет мало энергии, работает с широким спектром устройств; благодаря mesh-сети имеет уверенный прием сигнала на большом радиусе действия; присутствует шифрование.
Z-Wave
Z-Wave также появился в 2001 году и до сегодня прошел пять обновлений. Последнее, пятое поколение, было стандартизировано в 2013 году и получило расширения Z-Wave Plus с радиусом действия на 67 % больше и время работы от батареи на 50 % дольше. Принцип работы Z-Wave — mesh-сеть, в которой может быть объединено 232 устройства. Отличия: продвинутый протокол защиты от взлома; большее количество компаний, которые выпускают продукты.
Z-Wave потребляет мало энергии, работает с очень широким спектром устройств, которую производит большое количество производителей; благодаря mesh-сети имеет уверенный прием сигнала на большом радиусе действия; есть продвинутое шифрование.
Протоколы Z-Wave и ZigBee между собой не совместимы, но на рынке есть контроллеры, которые работают с обоими протоколами одновременно. Это дает еще большую свободу в построении умного дома и написании сценариев.
Именно на протоколах Z-Wave и ZigBee можно построить недорогую, надежную, гибкую и эффективную систему умного дома.
С октября 2017 года со склада ERC будут доступны датчики и контроллеры Z-Wave и ZigBee таких брендов: FIBARO, AEOTEC, ZIPATO, ORVIBO, VERA. В следующем номере мы расскажем о продукции этих брендов более детально.
*Надо отдать должное Bluetooth: 18 июля они представили обновленный стандарт Bluetooth Mesh, который позволит после обновления ПО работать в mesh-сети устройствам, которые поддерживают Bluetooth 4.0 и 5.0, но как все будет на самом деле увидим со временем.
