Камера Z-Wave.Me Hub и контроллер с протоколом

Что такое Z-Wave

Название Z-Wave относится к популярному протоколу беспроводной передачи данных, используемому в домашней автоматизации. Его отличительная черта — полная стандартизация; это означает, что протокол охватывает все уровни модели OSI. Таким образом достигается полная совместимость устройств в гетерогенных сетях. Производитель оборудования не имеет значения: если оно поддерживает протокол, оно совместимо с другими устройствами в сети.

История Z-Wave началась в 1999 году в Копенгагене, когда Zensys представила потребительскую версию интуитивно понятной системы управления. Со временем он превратился в запатентованную технологию SoC для контроллера домашней автоматизации, работающего на нелицензируемой частоте до 1 ГГц.

Краткая история релизов аппаратной платформы:

• 100 серия — 2003 г.;
• микросхемы серии 200 — 2005. Повышенная производительность по сниженной цене;
• 500 серия — 2013 год. Он вышел на рынок как Z-Wave Plus и имел в четыре раза больше памяти, более длительное время автономной работы и увеличенное время автономной работы;
• поколение с 700 микросхемами вышло в 2018 году и отличается еще большей дальностью действия (до 100 м), низким энергопотреблением и до 10 лет автономной работы для конечных устройств, высокой производительностью и обратной совместимостью с предыдущими версиями. В основе поколения лежит 32-битный процессор ARM Cortex-M.

Протокол закрыт и до 2018 года принадлежал Sigma Designs, которая лицензировала каждое выпущенное устройство Z-Wave. В 2018 году компания была приобретена Silicon Labs, которая в настоящее время является ведущим поставщиком микросхем. Таким образом, SiLabs добавила в свой арсенал на одну беспроводную технологию больше, чем существующие.

Возможности Z-Wave:

• управление светом через диммер или реле;
• управление навесами, воротами, ставнями, жалюзи и другими устройствами с двигателями от 10 до 230 В;
• установка встроенных розеточных или релейных модулей для включения / выключения нагрузок в диапазоне до 3,5 кВт;
• управление системами отопления (например, теплые полы, электрические радиаторы и котлы);
• обнаружение определенных событий по реакции датчиков (движение, открытие / закрытие дверей и окон, протечка воды и т д.), мониторинг состояния окружающей среды (с помощью датчиков освещения, влажности, температуры);
• получать данные от различных интеллектуальных устройств, например, счетчиков с дистанционным считыванием;
• управление кондиционером;
• управление домашней мультимедийной системой;
• взаимодействие с любым ПО через контроллер умного дома и API;
• удаленное управление сетевыми устройствами с ПК или телефона, удаленное управление.

Протокол предназначен в первую очередь для небольших жилых домов и квартир и рассчитан на сеть из 5-100 компонентов. Его можно отнести к формату «сделай сам» — пользователь не может искать готовые решения, а выбирает необходимые элементы системы и настраивает их под свои нужды.

6 лучших продуктов для умного дома Z-Wave

Даже если вы избалованы выбором оборудования Z-Wave, мы дополним его полдюжиной вариантов, которые помогут вам стильно начать работу.

Концентратор

The Winking Hub 2 Если вы хотите построить полноценный дом с подключением к Интернету и не совсем уверены в протоколах, то, начиная с легендарного Wink Hub, вы избавитесь от хлопот с компромиссом… Совместимость Z-Wave и Zigbee, Bluetooth LE а Lutron Clear Connect позволяет заложить основу для любого интеллектуального устройства, которое вы хотите со временем добавить. Вы также будете избалованы общением. Выберите из загруженного Wi-Fi 5 ГГц или используйте порт Ethernet для еще более надежного соединения. Теперь, в поколении II, вы получаете улучшенное локальное управление, увеличенный объем памяти с 64 МБ до 512 МБ, а также мастер автоматического обнаружения и настройки. Это упрощает установку, даже если вы не являетесь крупнейшим техническим руководителем. Вы можете подключить до 530 устройств из более чем 400 вариантов от всех основных производителей умного дома. Управление очень просто в удобном и интуитивно понятном приложении Wink. Хотя мощный Samsung SmartThings Hub также совместим с Z-Wave, его универсальность в сочетании с высокой производительностью сделали Wink Hub 2 лучшим глобальным шлюзом для ваших устройств Z-Wave и многого другого.

Контроллер

Универсальный контроллер устройств PROUniversal Devices — отличный контроллер, который одинаково хорошо работает с устройствами Z-Wave и Insteon и позволяет вам напрямую управлять своими устройствами и приборами. Это устройство точно не для всех. Дело в том, что если вы идете по пути Z-Wave, это требует определенных технических знаний. В этом случае мы понимаем, что вам может потребоваться надежное управление, и PRO сделает свое дело. Этот контроллер не является облачным, поэтому вы получаете непревзойденную надежность без проблем с подключением. Физический контроль осуществляется с помощью ИК-пульта дистанционного управления. Как часть системы Z-Wave, этот контроллер работает как повторитель. Приложение Agave позволяет автоматизировать устройства Z-Wave с помощью любого совместимого контроллера Z-Wave ISY. От замков и термостатов до диммерных переключателей — вы можете управлять своим новым комплектом Z-Wave с большой гибкостью. Опять же, это не новичок, но если вы хотите вывести свой комплект Z-Wave на новый уровень, вы можете в полной мере воспользоваться этим многофункциональным контроллером с возможностью обновления на месте по очень высокой цене.

Переключатель включения / выключения

Переключатель включения / выключения беспроводной связи GE Z-Wave Plus Для полного беспроводного управления проводным источником света, если у вас есть сертифицированный шлюз Z-Wave, этот переключатель GE on / off является обязательным. Как и во всех обновленных продуктах Z-Wave Plus, процессор и память значительно улучшены, и вы можете управлять устройствами с впечатляющего расстояния до 150 футов. Этот GE одинаково хорошо работает с приложениями с одним или несколькими коммутаторами, обеспечивая вам полную гибкость. Вы можете автоматизировать и планировать освещение или вентиляторы по своему усмотрению, и этот переключатель работает практически с любой лампочкой. Он также работает с вентиляторами и насосами или другими небольшими приборами. Для голосового управления вы можете использовать Alexa, пока ваше устройство включено, поэтому у вас будет достаточно места для обновления устройств без необходимости брать ссуду в банке.

Диммер

Cooper Wiring Aspire RF Интеллектуальный диммер со светодиодами Хотя мы могли бы легко порекомендовать другой переключатель GE для диммирования, Aspire от Cooper Wiring является хорошей заменой. Все, что вам нужно сделать, это заменить обычный выключатель света на эту умную альтернативу, и вы можете использовать как локальное, так и дистанционное управление с возможностью включать и выключать свет или приглушать его, чтобы создать настроение для вашего вечера, не выпрыгивая. Если вам не нужны дополнительные кабели или трехсторонняя проводка, вы можете создать виртуальный трехсторонний пульт, чтобы контролировать больше точек. Вы можете использовать радиочастотный контроллер Aspire или любой другой сертифицированный Z-Wave контроллер, и вам не потребуется новая проводка с диммером, врезанным в обычную настенную коробку. Матрица из 7 светодиодов позволяет сразу увидеть уровень яркости с самого переключателя, приятное прикосновение и что-то, что добавляет и без того стильной эстетики. Задержка постепенного исчезновения по умолчанию составляет 4 секунды, но вы можете увеличить это постепенное исчезновение до 4 минут, что идеально, когда вы берете свои вещи и готовитесь подняться наверх и не хотите, чтобы внезапная темнота была полностью готова.

Умный замок

August Smart Lock Pro Высококачественный August Smart Lock Pro — отличное место для начала, если вы просто тестируете воды Z-Wave. Одним из ключевых аргументов в пользу августовской линейки является фирменный датчик DoorSense. Если вы не уверены, можете ли вы оставить технологию запирать двери для вас, эта отличная функция позволяет вам проверить и подтвердить, что все надежно заперто. Поскольку эта модель подключается непосредственно к любым уже установленным болтам, вы даже можете использовать существующие гаечные ключи. Вы можете управлять своей системой входа в систему из приложения. Если вы инвестируете в Connect Bridge, ваши двери автоматически закроются, даже когда вы уйдете. Если у вас много подрядчиков или сотрудников в вашем доме и вокруг него, вы можете попрощаться с хаосом обмена ключами и беспокоиться о том, что безопасность будет скомпрометирована, установив временные коды доступа. Этот замок также хорошо работает, если вы арендуете свою недвижимость на Airbnb, облегчая доступ для клиентов и делая вашу жизнь еще проще. Вы можете использовать Alexa, Siri или Google Assistant для управления блокировкой с помощью голосовых команд, а также различные варианты подключения. Наряду с Bluetooth, Wi-Fi и HomeKit, Smart Lock Pro также совместим с Z-Wave Plus, чтобы завершить впечатляющий диапазон.

Датчики

Купольные дверные и оконные датчики В дополнение к нашему обзору лучших продуктов Z-Wave для вашего умного дома, эти купольные датчики обеспечивают рентабельный способ повышения безопасности уязвимых дверей и окон. Предполагая идеальные условия и минимальное количество препятствий, дальность действия увеличивается до 150 футов, как и все новые устройства Z-Wave Plus. Если вы хотите контролировать двери или окна, шкафы или гаражные ворота, этот компактный датчик с батарейным питанием легко подключается и предлагает чрезвычайно высокая производительность. Срок службы одной батареи составляет 3 года, а рабочая температура составляет от 32 до 104 градусов по Фаренгейту. Мы не можем рекомендовать купол для более высокого датчика Z-Wave по цене, которая вам понравится.

Принципы работы

В Z-Wave данные передаются по радиоканалу с частотой до 1 ГГц. Протокол оптимизирован для передачи простых управляющих сигналов (без задержек, что важно для быстродействующих устройств — переключателей, регуляторов света, так далее.). Относительно невысокая частота (869 МГц в РФ) позволяет не беспокоиться о перекрытии диапазона с сигналом Wi-Fi.

важно выбирать контроллеры и периферийные устройства, специально разработанные для России, чтобы избежать несоответствия частот или конфликтов.

Все устройства, поддерживающие Z-Wave, объединены в так называемую ячеистую сеть или ячеистую сеть. Пример такой топологии сетки:

В Z-Wave он состоит из:

• контроллер с управляющим ПО;
• компоненты с постоянным или аккумуляторным питанием, которые выполняют свои функции и дополнительно передают сигнал;
• аккумулятор или перезаряжаемые ведомые устройства, которые должны принять сигнал и отправить подтверждение.

Контроллер анализирует состояние сети и выбирает оптимальный путь передачи. В последних версиях протокола заявлена ​​стабильная передача сигнала на расстоянии до 100 метров в пределах прямой видимости.

Пример простой маршрутизируемой сети Z-Wave: контроллер передает сигнал на удаленное устройство через соседнее промежуточное устройство. Этот принцип позволяет создавать гибкие и отказоустойчивые сетевые инфраструктуры.

Важно: между источником (контроллером) и приемным модулем может быть максимум 4 передающих узла.

Все элементы сети делятся на три типа:

• Контролер. Он имеет информацию о среде, имеет полный доступ к таблице маршрутизации и может взаимодействовать со всеми компонентами сети, если к ним есть путь. На изображении ниже показан популярный сервер VeraEdge с комплектом реле.

• Раб. Он знает ближайшую среду, не имеет доступа к таблице маршрутизации и может давать ответы только устройству, отправившему сигнал. Это может быть, например, реле, управляемое через Z-Wave.
• Подчиненный маршрутизатор. Он знает ближайшее окружение, имеет частичный доступ к таблице, может отвечать на входящие сигналы и перенаправлять их дальше по доступным ему из таблицы путям.

Подчиненные устройства обычно представляют собой фиксированные оконечные устройства: переключатели, реле и контроллеры, которые выполняют команду и предоставляют статус ее выполнения. Маршрутизаторы часто работают на постоянной мощности (но есть и варианты с батарейным питанием): датчики, термостаты и другие.

Термостат Fibaro:

Классы команд устройств

В сети устройства взаимодействуют друг с другом с помощью таких команд, как:

• Установить — попросить девайс что-нибудь сделать (включить свет, закрыть кран, выставить температуру).
• Получить — попросите устройство сообщить о своем состоянии (яркость 50%, текущая температура, открытая дверь).
• Отчет — устройство информирует о своем состоянии.

Различные функции устройства, которые используют эти команды, называются классами команд — это основа Z-Wave. Требуя всех классов команд, поддерживаемых устройством, вы можете понять, что устройство делает, даже без инструкции. Протокол Z-Wave имеет 122 класса команд, вот самые популярные:

• Ассоциация: позволяет настаивать на прямых соединениях между устройствами.
• Базовый — это базовый класс, который все устройства должны поддерживать для совместимости. Любой датчик движения может активировать реле, диммер, термостат, кондиционер и т.д.
• Аккумулятор — информирует о заряде аккумулятора.
• Бинарный датчик — команда на активацию датчика движения, датчика открытия и т.д.
• Двоичный переключатель — это класс управления приводом только с двумя состояниями ВКЛ / ВЫКЛ, обычно это релейные модули.
• Центральная сцена — команды, отправленные с пульта ДУ: кнопка 1 нажата, кнопка 3 отпущена, кнопка 5 удерживается.
• Часы: устройство может получать информацию о текущем времени.
• Color Switch — это набор команд для управления цветом.
• Конфигурация — это класс, который можно использовать для передачи настроек устройству.
• Дверной замок — проверить замок. Работает только в режиме шифрования.
• Метаданные обновления прошивки: позволяют обновлять прошивку устройства по воздуху.
• Многоуровневый датчик: сообщает значение датчика температуры, освещения, влажности и т.д.
• Многоуровневый переключатель — команды для управления исполнительным механизмом со шкалой от 1 до 99, обычно диммер 230 В и светодиодные ленты.
• Термостат * — набор командных классов для климат-контроля.
• Пробуждение: регулирует время пробуждения устройства при работе от батарей.

Рис. 11 — Список классов команд реле в веб-интерфейсе контроллера RaZberry. Документация открыта, и вы можете прочитать все классы команд на сайте silabs Chip Z-Wave SDS13781-Z-Wave-Application-Command-Class-Specification.

Переключение на Z-Wave происходит за 1 минуту. Класс команд Association используется для установки связи с другим устройством, а двоичный переключатель используется для управления. Если вы нажали клавишу на устройстве, благодаря сопряжению устройство понимает, кому отправлять, и с помощью двоичного переключателя понимает, какую команду следует отправить.

Рис.12 — Настройка ассоциаций в веб-интерфейсе контроллера Fibaro Home Center 2 (не самый интуитивно понятный интерфейс)

Диммер для контроля света

диммер необходим для контроля уровня освещенности. Как и в случае с другими компонентами системы, чувствительность параметров настраивается. Следует отметить, что это устройство можно использовать для контроля энергопотребления. Например, когда вас нет дома, но нужно создать такой вид, вы можете установить интенсивность света и период работы.

Новости от Fibaro — Dimmer 2

Отдельно нужно выделить хаб. Это устройство используется для передачи команд через дополнительный беспроводной модуль. В некоторых случаях вместо хаба можно использовать сам контроллер.

Как правило, производитель предоставляет все необходимые инструкции для каждого компонента. Если по какой-то причине их там не было, вы можете скачать их в сети или найти дополнительные коды для расширения функциональности протокола. Собрать все приборы самостоятельно для знающих основы электричества несложно.

https://www.youtube.com/watch?v=6VTFmVmrRB4

Сегодня работа «умного дома» по протоколу Z Wave Plus — самое простое решение для тех, кто хочет сэкономить, но при этом получить максимальную функциональность. Практически все компоненты умного дома в Z Wave Plus могут питаться от аккумулятора. Также следует отметить, что система Fibaro может работать не только на ПК, но и на микросистемах. Если такая установка вам непонятна даже по инструкции, можно воспользоваться дополнительной литературой — тематические книги, форумы и блоги предоставляют исчерпывающую информацию по основам разработки таких систем

Что такое ячеистая сеть?

Если вы думаете о нормальной радиочастотной сети, чем больше устройств вы добавляете, тем медленнее она замедляется и тем больше возникает помех. Ячеистые сети работают по-другому, чтобы избежать этих проблем. Чем больше устройств вы добавляете в ячеистую сеть, тем сильнее она становится. Когда добавляется новое устройство, оно вставляется в сеть и создаются лучшие пути для передачи данных, при этом каждое устройство действует как повторитель. Единственное исключение — устройства с батарейным питанием. Только те, которые подключены к розетке, могут работать как повторители. В типичной сети Wi-Fi все устройства подключаются к центральному концентратору, обычно к маршрутизатору. В ячеистой сети, хотя устройства обычно подключаются к концентратору, они также объединяются, образуя сетку. Устройства не поддерживают Wi-Fi и используют только соединение Z-Wave для связи с концентратором. Поскольку сигналы могут передаваться от устройства к устройству, эта связь не обязательно должна быть прямой, что обеспечивает дополнительную гибкость. Ячеистая сеть состоит из узлов, которые представляют собой интеллектуальные устройства для домашней автоматизации. Вы можете развивать скорость до 232 узлов, и это единственная область, где Z-Wave проигрывает своему главному конкуренту, Zigbee, который позволяет развивать скорость до 65 000 узлов. Однако этого более чем достаточно для даже больших умных домов. Мы рассмотрели различия между этими двумя основными протоколами на случай, если потребуется прямое сравнение. На следующей неделе мы также будем сравнивать Z-Wave с Insteon, чтобы вы могли в полной мере оценить свои возможности. Примечание: вам не нужно выбирать между этими протоколами, и вы остаетесь полностью привязанными к одному из них. И Wink Hub, и Samsung SmartThings Hub предлагают поддержку Z-Wave и Zigbee. Множество других устройств, от Yale и Honey до набора устройств GE, одинаково хорошо работают с любым протоколом. В ячеистых сетях сообщения могут успешно проходить между парой узлов, даже если они не находятся в пределах досягаемости друг друга. Если есть третий узел, который может связываться с обоими из двух других, сообщение все равно можно надежно ретранслировать. Если оптимальные пути не найдены сразу, вы пытаетесь использовать другие пути, пока сообщение не пропадет. Преимущество этой системы в том, что сеть Z-Wave дает вам гораздо более широкое покрытие, чем вы можете получить за счет радиочастотного спектра, предоставляемого одним устройством. С другой стороны, иногда между командой менеджеров и результатом бывает очень небольшая задержка.

Различия

Хотя между ними есть много общего, Z-Wave Plus является явным улучшением по сравнению со своим предшественником.

Расширенные функции включают:

• Расширенный диапазон: устройства могут обмениваться данными на расстоянии до 150 м при отсутствии значительных помех.
• Срок службы батареи: увеличение срока службы батареи до 50% позволяет устройствам работать дольше.
• на 250% больше пропускной способности, что означает, что ваша сеть может обрабатывать огромные объемы данных и работать с максимальной эффективностью.
• F-каналы — три включенных «F-канала» улучшают возможности подключения устройств, сводя к минимуму помехи и увеличивая пропускную способность.
• Plug-n-Play: добавление новых устройств стало проще, чем когда-либо благодаря удобной функции plug-n-play, которая автоматически подключает новые устройства к сети.
• Улучшенная самоизоляция: Z-Wave Plus позволяет вам продолжать работать, когда что-то идет не так, действовать в одиночку и быть более устойчивым к сбоям с помощью функции Explorer Frame».
• Стандартные обновления — Независимо от Z-Wave Plus, все они используют стандартный метод обновления прошивки по беспроводной сети.
• Улучшенный сбор информации о продукте: Z-Wave Plus упрощает сбор информации о новых продуктах для базы данных сертификации.
• Совместимость
  Z-Wave Plus обратно совместим с Z-Wave, но следует помнить о нескольких вещах.

Это может повлиять как на диапазон устройств, так и на контроллер. Если вы подключите обычные устройства Z-Wave к сети Z-Wave, вы не сможете воспользоваться преимуществами расширенного диапазона контроллеров Plus. Кроме того, если у вас есть Z-Wave, а не Z-Wave Plus, ни одно из устройств в вашей сети может воспользоваться функциями Plus.

Короче говоря, убедитесь, что у вас есть контроллер Z-Wave Plus, если вы покупаете продукты Plus, а обычный Z-Wave также можно использовать в сети Plus, хотя и без некоторых функций.

Преимущества

Технология имеет ряд безусловных преимуществ:

1. Простая настройка и подключение к сети. Часто достаточно одновременно нажать кнопку на контроллере и подключаемом устройстве, и они подключены.
2. Высокая безопасность: передаваемые данные шифруются надежным 128-битным ключом. Кроме того, все чипы лицензированы производителем.
3. В Российской Федерации Z-Wave работает на частоте 869 МГц, что разрешено официально, не требует лицензии и не мешает работе Wi-Fi.
4. Гибкая конфигурация сети благодаря ячеистой структуре.
5. Стандартизация, унификация и обратная совместимость: вся периферия с логотипом Z-Wave будет работать почти на 100% друг с другом без проблем.
6. 
7. Возможность строить решения как на готовых аппаратных и программных комплексах, так и собирать систему своими руками.
8. Откройте программный API.
9. Существуют плагины для подключения к другим системам умного дома, например HomeKit.
10. Множество поддерживаемых аксессуаров.

Протокол LPwan в Интернете вещей

Стандарты беспроводной связи для «умных» систем (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, Z-Wave)

Сегодня в решениях для домашней автоматизации идет настоящая война стандартов. Отдать предпочтение какому-либо из них довольно сложно, так как у каждого из них есть свои сильные и слабые стороны.

Wi-Fi

Wi-Fi может показаться самым очевидным решением для домашней автоматизации. Такое мнение подтверждается, прежде всего, его широким распространением: по данным консорциума Wi-Fi Alliance, сегодня более 50% интернет-трафика приходится на Wi-Fi.

В настоящих «умных» системах ситуация кардинально отличается от ситуации с построением локальных сетей. Несмотря на детальную проработку стандартов, поддержку IEEE, высокую производительность и работоспособность практически на всех ноутбуках и смартфонах, Wi-Fi оказался среди аутсайдеров на рынке и не рассматривается разработчиками как основание для серьезных решений.

Речь идет о балансе между достоинствами и недостатками стандарта.

Плюсы и минусы Семейство протоколов предназначено для высокоскоростной передачи значительных объемов информации. Это несомненное преимущество в системах типа «умный дом» даже избыточно. Зона покрытия достаточно велика, чтобы маршрутизатор мог обеспечить сеть в квартире или доме среднего размера. Проблема с большими площадями, поглощением радиосигнала от стен и потолка легко решается установкой репитеров. Зона покрытия достаточно большая, роутер может обеспечить сеть в средней квартире или доме. Проблема больших площадей, поглощение радиосигнала стенами и потолком легко решается установкой повторителей.Наличие инфраструктуры. Тот факт, что модуль Wi-Fi теперь установлен в каждом ноутбуке, а смартфон интегрирован в подавляющее большинство маршрутизаторов, позволяет легко решить проблему как аппаратной реализации узлов базовой сети, так и приложений управления стандартами, которые имеют Всего было проработано 2 нижних уровня модели OSI. На транспорте и в сети используются стандартные протоколы TCP-IP и UDP, соответственно IPv.4 и IPv, 6. Верхний прикладной уровень вообще не определен. Это означает, что совместимость устройств реально достижима только при наличии соответствующих соглашений с разработчиками. Высокая производительность требует значительного энергопотребления. Это, пожалуй, один из основных недостатков Wi-Fi, который не позволяет создавать компактные автономные устройства, которые остаются в работе в течение недель и месяцев без подзарядки. Основная топология сети — «звезда» при условии обязательного наличия центрального узла. (маршрутизатор), с которым обмениваются данными все устройства… Это позволяет без проблем добавлять и удалять периферийные устройства для общего состояния системы. Но в нем появляется критическая точка — роутер, выход из строя которого нарушает работу всей системы. Кроме того, эта топология лишает потенциальные сетевые контроллеры (смартфоны и планшеты) одной из основных функций интеллектуальных систем автоматизации: поиска устройств в сети и непосредственного управления ими. Протоколы безопасности требуют назначения сетевого ключа каждому устройству Wi-Fi. Это легко сделать с компьютерами, смартфонами и маршрутизаторами и практически невозможно без дополнительных устройств и / или интерфейсов для датчиков и исполнительных механизмов, что значительно усложняет их конструкцию и добавление в систему. Несмотря на широкое распространение и огромные объемы производства модулей Wi-Fi, их цена остается на 30-50% выше, чем у аналогичных устройств других стандартов.

BlueTooth LE (Low Energy)

Первоначальный стандарт BlueTooth известен с 1994 года. Технология, изначально ориентированная на обмен данными между сотовыми телефонами, теперь стала одной из основных для связи между узлами и подключения периферийных устройств в локальных сетях. Однако даже тогда этот стандарт никоим образом не подходил для организации сетей домашней автоматизации.

Ситуация изменилась с появлением BlueTooth Low Energy в 2010 году. Он был разработан с целью работы с компактными автономными устройствами, для многих из которых в качестве источников используются небольшие маломощные батареи.

Такое решение одной из главных проблем домашней автоматизации не могло не привлечь внимание разработчиков. Однако потенциал технологии еще не получил реальной оценки и перспективы ее применения остаются неясными.

За и против Стандарт охватывает все 7 уровней модели OSI. Действительно, это открывает возможности для любых изменений протокола без согласования и делает технологию многообещающей с точки зрения улучшения всех функций как отдельных устройств, так и сети в целом. Кроме того, точное определение верхнего уровня приложения модели обеспечивает совместимость устройств от разных производителей. BLE реализует концепцию профилей, согласно которой несколько устройств одного профиля полностью совместимы. Допускается встраивать в устройство несколько профилей, что значительно расширяет функциональные возможности. Тем не менее, совместимость продуктов от разных производителей будет обеспечена, если будет доступен хотя бы этот общий профиль. Несмотря на использование полосы 2,4 ГГц, общей для многих конкурентов, BLE превосходит многих с точки зрения производительности, обеспечивая замену со скоростью до 1 (для BLE v.5 — до 2) Мбит /. Стандарт, в отличие от оригинала, ориентирован на работу с устройствами, которые большую часть времени проводят в спящем режиме с короткими сессиями подкачки. Это позволило добиться высокой энергоэффективности: некоторые устройства могут работать без замены небольшого «планшета» до 1 года. Наличие дополнительных функций, таких как «обнаружение приближения». С его помощью «маячки» в сети позволяют решать множество задач: от определения точных координат объекта до передачи данных на основе изменения конфигурации сети. Возможность прямого подключения любых двух устройств в сети, которые отличает BLE от Wi-Fi. В то же время модули BlueTooth теперь есть практически в любом ноутбуке или смартфоне. Простая процедура добавления новых устройств в сеть. Работа в сверхнагруженном диапазоне 2,4 ГГц. Это приводит к: необходимости разработки специальных средств противодействия помехам (успешно решается сменой каналов), уменьшению зоны покрытия отдельного устройства (теоретически возможная дальность до 100 м, на практике ограничивается 10 м), необходимость использования ретрансляторов из-за поглощения волн стенами и потолками. Топология «звезда» в сети BlueTooth, критическая точка: маршрутизатор. Мнение экспертов Алексей Сергеевич Яковлев Электрик с 20-летним опытом и богатым Опыт Последний недостаток устраняет спецификация mesh-сети для BLE, появившаяся в 2017 году. В ней используется технология лавинной маршрутизации, которая значительно увеличивает нагрузку на каналы связи. Это ограничивает возможности построения масштабных экосистем, которые еще не реализованы. Единственный рабочий вариант на данный момент — интеллектуальное управление освещением.

Z-Wave

Z-Wave — это стандарт, разработанный в 1999 году специально для приема сигналов от датчиков и управления исполнительными механизмами в «умном доме». Его главное отличие заключается в работе с миниатюрными устройствами с низким энергопотреблением. Используется радиочастотный диапазон 800-900 МГц (нелицензионный), где скорость передачи до 100 кбит / с (для устройств спецификации Z-Wave Plus). Основная топология — ячеистая сеть с маршрутизацией от источника».

Сегодня Z-Wave уверенно продвигает ТОП-стандарты домашней автоматизации, разработкой устройств занимаются более 700 компаний, производящих более 2400 сертифицированных типов устройств, а количество установленных устройств превысило 100 миллионов из всех 7 уровней модели OSI. Главное преимущество — полная совместимость всех устройств, полученная благодаря закрытию некоторых уровней и обязательной сертификации. Сегодня Z-Wave — это, пожалуй, единственная технология, которая гарантирует абсолютную совместимость всех устройств от любого разработчика.Минимальный размер пакета (максимум 1% времени на режим передачи) значительно снижает нагрузку на каналы. 40 м (с микросхемами серии 700 — до 100 м). Учитывая использование до 4 сетевых узлов для передачи сообщения в качестве транзитных узлов, общая зона покрытия достаточна даже для очень больших решений. Дополнительная масштабируемость заключается в том, что сети, каждая из которых содержит до 232 устройств, легко соединяются между собой. Ячеистая сеть включает в себя первичный и вторичный контроллеры, которые синхронизируются с первичным во время работы. В результате повышается отказоустойчивость системы.Контроллеры имеют таблицы маршрутизации, которые описывают оптимальные и альтернативные пути передачи данных. Следовательно, если реле выходит из строя, сеть не нарушается, доставка пакетов от передатчика к приемнику гарантируется другими узлами ретрансляции. Процедура Explorer Frame для проверки состояния узлов и доступности путей позволит вам протестировать сеть и восстановить работу в течение не более 1 с. Скорость процедуры добавления новых устройств в сеть. Возможность прямой связи (ассоциации) между двумя устройствами. Это устраняет необходимость в обмене данными через контроллер, например в тандеме датчик-исполнительный механизм. Протоколы безопасности и спецификации шифрования позволяют просто добавлять устройства в сеть (в том числе с помощью QR-кодов). Диапазон частот, увеличение радиус также достигается за счет действия устройства и за счет повышения проницаемости при наличии стен и потолков. Кроме того, полоса частот практически свободна от помех.Одна из основных проблем — разные частоты в разных странах. Это означает, что сетевые модули, созданные для использования, например, в США (908,42 МГц), не будут работать в Европе или Китае (868,42 МГц) и России (869,0 МГц), и наоборот. Протоколы и строгие требования сертификации существенно влияют на цена устройств, выводящих решения Z-Wave из бюджетной категории.

ZigBee

Стандарт ZigBee, как и Z-Wave, ориентирован на работу с компактными маломощными устройствами домашней автоматизации и сегодня, пожалуй, единственный, кто может с ним посоревноваться и даже выиграть в этой борьбе.

В отличие от Z-Wave, он использует стандартную нелицензионную полосу частот 2,4 ГГц, также различаются требования к сертификации. Подход имеет свои достоинства и недостатки.

За и против: Комплексная обработка первых трех уровней модели OSI для решения проблем совместимости на уровне приложений. Использование хорошо разработанного стандарта IEEE 802.15.4 на нижних уровнях, поддерживаемого несколькими производителями микросхем. При этом в диапазоне 2,4 ГГц скорость передачи находится в пределах 250 Кбит / с — открытие стандарта, привлекающего разработчиков. Этому способствуют более мягкие требования к сертификации, для которых требуется соблюдение только части требований стандарта. В результате ZigBee превосходит Z-Wave по цене, количеству сертифицированных решений и количеству установленных устройств. Высокий уровень энергоэффективности: некоторые устройства стандарта позволяют работать без замены батарейки от 2 до лет. Отличная масштабируемость. Теоретически сеть может включать до 65 000 узлов, что позволяет реализовать даже самые большие решения. Топология ячеистой сети обеспечивает высокую отказоустойчивость и надежность. Низкий уровень совместимости устройств из-за ослабленных требований к сертификации. Возможность производителей добавлять только часть функциональности означает, что сертифицированные устройства разных производителей вряд ли будут «дружить» друг с другом. Ситуация частично исправляется введением разных профилей и использованием языка Dotdot для разработки. Однако это все еще далеко от полного решения проблемы уязвимости системы безопасности. Собственно протокол Zigbee может обеспечить безопасность сети и добавление устройств. Однако такие же смягченные требования к сертификации позволяют разработчикам использовать только часть протоколов безопасности, что приводит к уязвимостям.Использование IEEE 802.15.4 на более низких уровнях закрывает возможность радикальных изменений, которые усложняют решение некоторых проблем, связанных с Полоса частот 2,4 ГГц. Также характерны и другие общие проблемы: перегрузка полосы пропускания и уровень помех, которые в будущем могут только ухудшиться.

Это не мешает многим производителям, таким как Panasonic, Xiaomi, Huawei, сосредоточить свои экосистемы на Zigbee.

Умный дом с Z-Wave

На базе Raspberry Pi

Сердце умного дома — это контроллер. Энтузиасты могут собрать и настроить его на популярной платформе Raspberry Pi — в продаже есть плата расширения RaZberry от российского Z-Wave.me. Он устанавливается в стандартный разъем GPIO и обеспечивает все функции системы. За программную часть отвечает программное обеспечение сервера Z-Way, установленное из репозиториев z-wave.me.

После установки карты Малинка нужно перезагрузить и установить сервер. Минимальная установка:

$ wget https://storage.z-wave.me/z-way-server/z-way-3.0.3_armhf.deb

$ sudo dpkg -i z-way-3.0.3_armhf.deb

В этом случае развертывается только серверная часть без удаленного доступа.

Сборки ОС с предустановленной Z-Way также доступны на storage.z-wave.me. Стандартно они распространяются на SD-карте.

Вы можете просто запустить установочный скрипт:

$ wget -q -O — razberry.z-wave.me/install | sudo bash

После установки будет доступен интерфейс Z-Way Server, из которого вы сможете приступить к подключению устройств и настройке.

Готовый контроллер

На рынке есть готовые программные и аппаратные решения, не требующие манипуляций с установкой программного обеспечения. Это, например, Fibaro Home Center 2, совместимый с устройствами Z-Wave. Это мощный концентратор для умного дома на базе процессора Intel Atom, обеспечивающий простой и легкий в использовании пользовательский интерфейс для настройки системы.

Появление:

Пример интерфейса:

Fibaro также производит широкий спектр периферийных устройств, совместимых с Z-Wave.

Более доступное решение предлагает Z-Wave.me: он предлагает недорогой Z-Wave.Me Hub в качестве основы для системы домашней автоматизации. Также доступны другие варианты оборудования.

Этот контроллер управления сетью Z-Wave имеет встроенную батарею, обеспечивающую до 2 часов работы.