Как выбрать беспроводной протокол для домашней автоматизации

Какой из трех доминирующих беспроводных протоколов, используемых в домашней автоматизации — Wi-Fi, Z-Wave и Zigbee — подходит вам? Рассмотрим варианты в третьей части этой серии.

Во второй статье этой серии я рассказал о локальном управлении и подключении к облаку, а также о некоторых вещах, которые следует учитывать при настройке домашней автоматизации.

В этой третьей статье я расскажу о базовой технологии подключения устройств к Home Assistant, включая доминирующие протоколы, которые используют интеллектуальные устройства для связи, а также некоторые вещи, о которых следует подумать перед покупкой интеллектуальных устройств.

Подключение устройств к Home Assistant

С Home Assistant работает множество различных устройств. Некоторые подключаются через облачную службу, а другие работают, общаясь с центральным блоком, например SmartThings Hub, с которым взаимодействует Home Assistant. А у третьих есть возможность общаться через локальную сеть.

Чтобы устройство было по-настоящему полезным, одной из его ключевых функций должна быть беспроводная связь. В настоящее время существует три доминирующих беспроводных протокола, которые используют интеллектуальные устройства: WiFi, Z-Wave и Zigbee. Я сделаю краткий обзор каждого из них, включая их плюсы и минусы.

Примечание о беспроводных спектрах. Спектры измеряются в герцах (Гц). Гигагерц (ГГц) — это 1 миллиард Гц. В общем, чем больше число Гц, тем больше данных можно передать и тем быстрее соединение. Однако более высокие частоты более восприимчивы к помехам и не очень хорошо проходят через твердые объекты. Более низкие частоты могут распространяться дальше и легче проходить сквозь твердые объекты, но компромисс заключается в том, что они не могут передавать много данных.

Wi-Fi

Wi-Fi является наиболее широко известным из трех стандартов. Эти устройства легче всего настроить и запустить, если вы начинаете с нуля. Это связано с тем, что почти у каждого, кто интересуется домашней автоматизацией, уже есть Wi-Fi-маршрутизатор или точка доступа. Фактически, в большинстве стран западного мира Wi-Fi считается почти на том же уровне, что и проточная вода; Если вы едете в отель, вы ожидаете чистый номер с контролируемой температурой и паролем Wi-Fi, предоставленным при регистрации.

Таким образом, для запуска устройств Интернета вещей (IoT), использующих протокол Wi-Fi, не требуется никакого дополнительного оборудования. Подключите новое устройство, запустите предоставленное поставщиком приложение или веб-браузер, введите свои учетные данные, и все готово.

Важно отметить, что почти все устройства Интернета вещей средней и низкой ценовой категории используют беспроводной спектр 2,4 ГГц. Почему это имеет значение? Что ж, частота 2,4 ГГц существует так давно, что практически все устройства — от беспроводных телефонов до умных лампочек — используют этот спектр. В большинстве стран обычно существует всего около дюжины каналов, которые могут транслировать и принимать стандартные устройства. Подобно перегрузке вышки сотовой связи, когда слишком много пользователей пытаются позвонить во время чрезвычайной ситуации, каналы могут стать перегруженными и восприимчивыми к внешнему вмешательству.

Хотя хорошо работающие интеллектуальные устройства практически не используют полосу пропускания, если им сложно отправлять/получать сообщения из-за перегруженности спектра, ваша автоматизация будет иметь неоднозначные результаты. Точка доступа Wi-Fi может одновременно взаимодействовать только с одним клиентом. Это означает, что чем больше у вас устройств, подключенных к Wi-Fi, тем выше вероятность того, что кому-то в сети придется ждать своей очереди, чтобы связаться.

Плюсы:

• Вездесущий
• Имеют тенденцию быть недорогими
• Легко настроить
• Легко расширить ассортимент
• Использует существующую сеть
• Не требует концентратора

Минусы:

• Может страдать от помех со стороны соседних устройств или соседних сетей.
• Использует наиболее густонаселенный диапазон 2,4 ГГц.
• Ваш роутер ограничивает количество устройств
• Потребляет больше энергии, что означает меньшее количество устройств с батарейным питанием или их полное отсутствие.
• Может повлиять на чувствительные к задержке действия, такие как игры через Wi-Fi.
• Большинству готовых продуктов требуется подключение к Интернету.

Z-Wave

Z-Wave — это закрытый протокол беспроводной связи, контролируемый и поддерживаемый компанией Zensys. Поскольку он контролируется одним объектом, все устройства гарантированно работают вместе. Существует один стандарт и одна реализация. Это означает, что вам никогда не придется беспокоиться о том, какое устройство какого производителя вы покупаете; они всегда будут работать.

Z-Wave работает в диапазоне 0,9 ГГц, что означает самый большой диапазон популярных протоколов. Для координации всех устройств в экосистеме Z-Wave необходим центральный хаб. Z-Wave работает в топологии ячеистой сети, что означает, что каждое устройство действует как потенциальный ретранслятор для других устройств. Теоретически это обеспечивает гораздо большую зону покрытия. Z-Wave ограничивает количество «прыжков» до 4. Это означает, что для того, чтобы сигнал попал от устройства к концентратору, он может пройти только через четыре устройства. Это может быть как положительно, так и отрицательно, в зависимости от вашей точки зрения. 

С одной стороны, это снижает максимальную задержку экосистемы, предотвращая прохождение пакетов через значительное количество устройств до достижения пункта назначения. Чем больше устройств должен пройти сигнал, тем больше времени потребуется, чтобы устройства начали реагировать.

С другой стороны, это означает, что вам нужно более стратегически подходить к обеспечению хорошего пути от оконечностей вашей сети обратно к концентратору. Помните, что более низкая частота, которая обеспечивает большее расстояние, также ограничивает скорость и объем передаваемых данных. В настоящее время это не проблема, но никто не знает, какого размера сообщения будут отправлять будущие интеллектуальные устройства.

Плюсы:

• Совместимость с Z-Wave гарантирована
• Формировать ячеистую сеть 
• Маломощный и может работать от аккумулятора
• Ячеистые сети становятся более надежными с появлением большего количества устройств
• Использует 0,9 ГГц и может передавать на расстояние до 100 метров.
• Наименьшая вероятность из трех иметь помехи сигналу от твердых предметов или внешних источников.

Минусы:

• Закрытый протокол
• Стоит больше всего
• Максимум четыре прыжка в сети.
• Может поддерживать до 230 устройств в сети
• Использует частоту 0,9 ГГц, самый медленный из всех протоколов.

Зигби

В отличие от Z-Wave, Zigbee является открытым стандартом. Это может быть плюсом или минусом, в зависимости от вашей точки зрения. Поскольку это открытый стандарт, производители могут свободно изменять его реализацию в соответствии со своими продуктами. Если позаимствовать аналогию с одного из моих любимых каналов YouTube, The Hook Up, Зигби похож на проезд в ресторане. Наличие одного и того же стандарта означает, что вы всегда сможете поговорить с сотрудниками ресторана, и они смогут вас услышать. Однако, если вы говорите на другом языке, чем сотрудник, проезжающий мимо, вы не сможете понимать друг друга. Вы оба можете говорить и слышать друг друга, но смысл будет потерян.

Аналогично, стандарт Zigbee позволяет всем устройствам в сети Zigbee «слышать» друг друга, но разные реализации означают, что они могут не «понимать» друг друга. К счастью, чаще всего ваши устройства Zigbee должны быть совместимы. Однако есть нетривиальная вероятность того, что ваши устройства не смогут понять друг друга. Когда это произойдет, у вас может оказаться несколько сетей, которые могут мешать друг другу.

Как и Z-Wave, Zigbee использует топологию ячеистой сети, но не имеет ограничений на количество «прыжков», которые устройства могут использовать для связи с концентратором. Это, в сочетании с некоторыми изменениями в стандарте, означает, что Zigbee теоретически может поддерживать более 65 000 устройств в одной сети.

Плюсы:

• Открытый стандарт
• Формировать ячеистую сеть
• Маломощный, может работать от аккумулятора.
• Может поддерживать более 65 000 устройств.
• Может общаться быстрее, чем Z-Wave

Минусы:

• Нет гарантированной совместимости
• Могут образовывать отдельные ячеистые сети, которые мешают друг другу
• Использует перенасыщенный спектр 2,4 ГГц.
• Передаёт только от 10 до 30 метров

Выберите свой протокол

Возможно, у вас уже есть умные устройства. Или, может быть, вы только начинаете изучать свои варианты. При покупке устройств нужно учитывать множество факторов. Вместо того, чтобы сосредотачиваться на источниках света, датчиках, интеллектуальных розетках, термометрах и тому подобном, возможно, важнее знать, какой протокол (WiFi, Z-Wave или Zigbee) вы хотите использовать.

Фу! Я наконец закончил закладывать основу домашней автоматизации. В следующей статье я покажу вам, как начать первоначальную установку и настройку виртуальной машины Home Assistant.