ZigBee, Z-Wave lub WLAN: najlepszy standard bezprzewodowy”,

Każdy, kto kiedykolwiek desperacko próbował surfować po Internecie w środku lasu lub na autostradzie, wie, jak ważne są stabilne połączenia radiowe. To samo dotyczy inteligentnych urządzeń domowych, które powinny być w stanie komunikować się ze sobą bez ingerencji w dom. Ponieważ tak jak smartfony, radiowe systemy inteligentnego domu komunikują się za pomocą fal elektromagnetycznych.
Standardy radiowe, takie jak ZigBee, Z-Wave, WLAN czy EnOcean, generalnie opierają się na modulacji fal radiowych i mikrofal, które należą do niskoczęstotliwościowej części widma elektromagnetycznego. Fala jest zmieniana w taki sposób, że może przenosić informacje (obrazy, język, muzyka, tekst). W Niemczech Federalna Agencja Sieci przydziela częstotliwości dla ruchu radiowego. Wiele protokołów w dziedzinie inteligentnego radia domowego wykorzystuje albo tak zwane pasmo ISM (Industrial, Scientific and Medical Band) pomiędzy 2,4 a 2,5 GHz lub pasmo SRD (Short Range Device) pomiędzy 863 a 870 MHz.

Standardy bezprzewodowe dla inteligentnego domu są gdzieś pomiędzy falami radiowymi a podczerwienią.

Zdjęcie: DASHAUS

Aby móc sterować urządzeniami inteligentnego domu za pomocą smartfona lub tabletu, częstotliwość radiowa inteligentnego domu musi zostać przełożona na sygnał WLAN. Dlatego w większości systemów inteligentnego domu niezbędny jest most radiowy (również brama lub centrum sterowania). Jest podłączony do routera WLAN w domu.

Czym różnią się ZigBee, Z-Wave, WLAN i Co.?

Połączenia bezprzewodowe powinny przesyłać dane bezpiecznie, szybko i bez zakłóceń. Jednak wymagania zmieniają się w zależności od obszaru zastosowania. Na przykład w przypadku systemów wideokonferencji muszą przesyłać ogromne ilości danych. Z kolei czujniki temperatury lub ruchu w inteligentnych domach wysyłają tylko małe pakiety danych. Tutaj standard bezprzewodowy powinien przede wszystkim działać ekonomicznie, aby baterie działały jak najdłużej.
Przepustowość łącza
Standard radiowy wykorzystuje określony zakres częstotliwości. Szerokość pasma pokazuje odległość między górną i dolną częstotliwością w tym zakresie. Na przykład większość routerów bezprzewodowych wykorzystuje zakres częstotliwości od 2,4 do 2,4835 GHz. Przepustowość w tym przypadku wynosi 83,5 MHz. Im większa przepustowość, tym więcej danych można przesłać.
kanały
Aby uniknąć zakłóceń, między jednym kanałem a drugim musi być przerwa. W przypadku sieci WLAN w paśmie częstotliwości 2,4 GHz dostępne są cztery nienakładające się kanały o szerokości kanału 20 MHz i odstępie 5 MHz.
Prędkość transmisji
Szybkość transmisji jest bardzo ważna dla bezprzewodowego Internetu. Z tego powodu sieć WLAN stała się standardem bezprzewodowym dla laptopów, komputerów PC i smartfonów. Router ze standardowym Wifi 5 (802.11 ac) zarządzać do 1.300 Mb/s. To wystarczy, aby wygodnie streamować serial. W porównaniu standard bezprzewodowy Z-Wave Smart Home osiąga 9,6 Kbit / s. To wystarczy, aby przesyłać komendy między przełącznikami a czujnikami.

Do rozmów wideo niezbędne są wysokie prędkości transferu. WLAN jest tutaj bardzo odpowiedni jako standard radiowy.

Zdjęcie: iStock / Filippo Bacci

Zasięg
Producenci często określają zasięg w plenerze dla połączenia bezprzewodowego. W zamkniętych pomieszczeniach jednak przeszkody spowalniają transmisję fal elektromagnetycznych. W szczególności lekkie elementy konstrukcyjne wykonane z płyt gipsowo-kartonowych, ściany z elementami stalowymi oraz rury wodociągowe zakłócają transmisję radiową. WLAN ma teoretyczny zasięg 300 metrów - ale w praktyce poziom sygnału spada już po kilku metrach. Decydująca jest również częstotliwość sygnału radiowego: im wyższy, tym mniejszy zasięg.
Standard bezpieczeństwa
Transmisja bezprzewodowa jest szczególnie podatna na kradzież danych. Z tego powodu wszystkie standardy bezprzewodowe w bezprzewodowym inteligentnym domu mają protokół bezpieczeństwa, który szyfruje dane. Niemniej jednak żaden standard bezprzewodowy nie jest w 100 procentach zabezpieczony przed atakami hakerów. Przeczytaj nasz artykuł na ten temat: Jak bezpieczny jest inteligentny dom?

Dlaczego nie od razu korzystać z WiFi we wszystkich inteligentnych urządzeniach domowych??

95 procent wszystkich Niemców ma połączenie z Internetem, większość z routerem WLAN. Dlaczego więc nie wykorzystać WLAN jako standardu dla systemów inteligentnego domu?? Istnieje wiele powodów takiego stanu rzeczy:
 

Wysokie zużycie energii
W porównaniu z innymi połączeniami bezprzewodowymi WLAN ma wysoką szybkość transmisji. Oznacza to również, że urządzenia WiFi zużywają dużo energii. Jest to szczególnie niekorzystne w przypadku urządzeń zasilanych bateryjnie. Duża przepustowość i duża prędkość nie są konieczne w przypadku małych czujników, które przesyłają tylko krótkie wiadomości.
 

Nakłada się
Zakłócenia występują, zwłaszcza w budynkach mieszkalnych, gdy zbyt wiele urządzeń w sąsiednich sieciach WLAN korzysta z zakresu częstotliwości 2,4 GHz.
 

Ograniczony zakres
Zakłócenia sygnału z innych urządzeń korzystających z tego samego pasma częstotliwości również zmniejszają zasięg łącza radiowego.

Dom i technologia Standardowy wątek radia: niezbędny w inteligentnym domu przyszłości Google, Apple i Co. teraźniejszość: Thread - prawdopodobnie najbardziej wszechstronny standard IoT na świecie. Otworzy się również Apple HomeKit.

Jaka jest różnica między otwartymi a zastrzeżonymi standardami bezprzewodowymi??

  • Dzięki otwartym standardom radiowym, takim jak ZigBee i Bluetooth, technologia jest swobodnie dostępna dla wszystkich producentów. Często kilka firm opracowuje protokoły w organizacji parasolowej. Zaletą jest wysoki poziom kompatybilności nawet z różnymi systemami inteligentnego domu. Homee to dobry przykład całkowicie otwartego systemu inteligentnego domu, do którego można podłączyć wszystkie urządzenia korzystające z otwartych standardów radiowych.
     
  • W przypadku autorskich (zamkniętych) standardów radiowych, takich jak Homematic IP, producent opracowuje własny protokół. Zapewnia to wyższy poziom bezpieczeństwa podczas transmisji danych. Urządzenia inteligentnego domu można podłączyć tylko do urządzeń tego samego producenta. Tę przeszkodę można obejść dzięki odpowiedniej kompatybilności, używając „aplikacji do klejenia”, takich jak IFTTT lub aplikacja Alexa.
     
  • W przypadku otwartych standardów radiowych kod protokołu jest open source. Oznacza to, że każdy producent może wprowadzać zmiany. Dlatego urządzenia o tym samym standardzie radiowym niekoniecznie są ze sobą kompatybilne. Ponieważ jednak wielu producentów chce, aby ich produkty można było zadokować do jak największej liczby różnych systemów, kompatybilność jest prawdopodobna.

Porównanie standardów bezprzewodowych w inteligentnym domu

 
 

Maks.
przenosić-
wskaźnik

bogaty-
przestrzeń 
(Wewnątrz)

częstotliwość-
powierzchnia

energia-
konsumpcja

posługiwać się

Producent

DOSTĘP DO BEZPRZEWODOWEGO INTERNETU

1.000-1.300
Mbit/s (WiFi5)

50 m²

2,4-2,48 GHz
5,0-5,7 GHz

wysoka

Bezprzewodowy
Internet

Belkin WeMo

DLink

Tado

Strona główna Google

Netatmo
Inteligentny dom

dzwonić

Bluetooth 5.0
Niski poziom energii
(BLE)

1-3 Mbit/s

10 m²

2.40-2.48 MHz

Niska

Inteligentne urządzenia domowe
szczególnie w
Obszar pod-
postawa,
Urządzenia do noszenia

ZigBee

250 kb/s

10-15 m²

2,4 GHz

Niska

budynek-
automatyzacja

Philips Hue

Ikea Tradfri

Osram

Xiaomi

Samsung
Inteligentne rzeczy

Homee Inteligentny dom

Fala Z

9,6-40 kb/s

30 m²

868 MHz

Niska

budynek-
automatyzacja

Fibaro

Honeywell

Neo

Samsung SmartThings

Homee
Inteligentny dom

Devolo

Merten

EnOcean

125 kb/s

30 m²

868 MHz

bardzo niski

temperatura-
czujniki,
licznik

Siemens

Mediola

Homee Inteligentny dom

Somfy

Wago

Homematic
/ BidCoS

9,6 kb/s

20-30 m²

868-869,52 MHz

Niska

Mana energii-
gement,
bezpieczeństwo,
oświetlenie,
Klimatyzacja

HomeMatic

Maks!

Qivicon / magenta
Inteligentny dom

Innogy

DectULE

1,1 Mbit/s

30-50 m²

1.89-1.90 MHz

Niska

budynek-
automatyzacja

Magenta Inteligentny dom

AVM

Gigaset

Standardy radiowe: zalety i wady na pierwszy rzut oka

1. DOSTĘP DO BEZPRZEWODOWEGO INTERNETU

Już w latach 70. podejmowano próby wynalezienia łączy radiowych do szybkiej transmisji danych. W 1971 roku sieć ALOHAnet połączyła siedem komputerów na czterech różnych wyspach hawajskich za pomocą protokołu radiowego Aloha. IEEE 802 jest dziś używany wszędzie.11 protokół radiowy istnieje od 1997 r. Dwa lata później powstało WiFi Alliance w celu certyfikacji urządzeń WLAN i dalszego rozwoju technologii.

Inteligentny dzwonek Ringa komunikuje się z urządzeniem Alexa przez WiFi.

Zdjęcie: Pierścień

funkcjonalność

  1. Obecne sieci Wi-Fi są oparte na standardach bezprzewodowych IEEE-802.11n i 802.11ac (WiFi 4 i Wi-Fi 5).
     
  2. Teoretyczne szybkości transferu to 600 Mbit/s lub 1500 Mbit/s. W praktyce jednak szybkość transmisji danych jest niższa, ponieważ wiele routerów nie może jednocześnie odbierać wielu strumieni danych.
     
  3. Routery WLAN wykorzystują pasmo częstotliwości 2,4 GHz z czterema nienakładającymi się kanałami, nowsze modele również wykorzystują pasmo częstotliwości 5 GHz z 19 kanałami.
     

Zalety

  • z pewnością
  • wysoka szybkość transferu
     

niekorzyść

  • energochłonny
  • Częste zakłócenia spowodowane dużą liczbą użytkowników, zwłaszcza w paśmie 2,4 GHz
  • w dolnym zakresie 5GHz ze względu na wysoką częstotliwość
     

Aplikacje
Pomimo swojego głodu energii, standard radiowy WLAN odgrywa ważną rolę w tworzeniu inteligentnego domu:
 

  • w komunikacji między Smart Home Hub a routerem
  • dla urządzeń takich jak smart TV i kamery, które przesyłają duże ilości danych (wideo)
     

Systemy inteligentnego domu z WLAN

  • Belkin WeMo
  • D-Link
  • Tado
  • Strona główna Google
  • Inteligentny dom Netatmo
  • Ring (inteligentne dzwonki wideo)

2. Niskoenergetyczny Bluetooth (BLE, 5.0)

W 1998 Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba i Intel opracowały standard Bluetooth. W 1999 roku Bluetooth Special Interest Group (BT SIG) opublikowała specyfikacje pierwszego protokołu Bluetooth. W następnych latach Bluetooth stał się jednym z najważniejszych standardów radiowych dla bezprzewodowej transmisji między telefonami komórkowymi a komputerami, a także dla słuchawek Bluetooth. Od wersji 4.0 zużywa znacznie mniej energii, stąd oznaczenie Low Energy (Bluetooth LE).

Ze względu na mały zasięg Bluetooth jest mniej odpowiedni dla inteligentnego domu. Standard bezprzewodowy jest bardziej odpowiedni do słuchania muzyki przez słuchawki bezprzewodowe.

Zdjęcie: Sennheiser

funkcjonalność
Podobnie jak WLAN, standard radiowy Bluetooth wykorzystuje pasmo ISM między 2,402 a 2,480 GHz.

  1. Urządzenie nadawcze (master) synchronizuje się z urządzeniem odbiorczym (slave). Oba urządzenia muszą autoryzować połączenie w tym celu.
     
  2. Nadawca i odbiorca nawiązują połączenie punkt-punkt w tak zwanej sieci pico. Każde urządzenie ma 48-bitowy adres, który je identyfikuje.
     
  3. Stacja zmienia się w paśmie częstotliwości 1.600 razy na sekundę częstotliwość (metoda przeskakiwania częstotliwości). Odbiornik skanuje w poszukiwaniu sygnałów z nadajnika co 2 sekundy, aż do nawiązania połączenia.
     

Zalety

  • powszechne, a tym samym wysoka kompatybilność
  • niski poziom energii
     

niekorzyść

  • krótki zasięg
  • słaba stabilność
     

Aplikacje
Niewielu producentów polega na technologii Bluetooth w dziedzinie automatyki domowej i bezpieczeństwa, ale jest to jeden z wiodących standardów bezprzewodowych urządzeń do noszenia i elektroniki rozrywkowej. Przydatnymi aplikacjami w obszarze inteligentnego domu są np. elektroniczne zamki do drzwi czy inteligentne otwieracze do bram garażowych.

3. ZigBee

W 2002 r. różne firmy założyły ZigBee Alliance. Standard radiowy ma na celu umożliwienie transmisji danych w sieciach o małych ilościach danych i minimalnym zużyciu energii. W następnych latach ZigBee stał się wiodącą technologią w automatyce przemysłowej, zwłaszcza do sterowania przełącznikami i czujnikami.

Ze względu na niską podatność na awarie ZigBee jest predestynowany do inteligentnego domu. Między innymi Philips Hue jest oparty na ZigBee jako inteligentne światło.

Zdjęcie: Philips

funkcjonalność

  1. Podobnie jak Bluetooth, ZigBee wykorzystuje standard IEEE 802.15.4 i rozszerza protokół o trzy warstwy.
     
  2. W sieci mesh poszczególne urządzenia inteligentnego domu niekoniecznie odbierają wiadomości tylko z centralnej bramy. Każde urządzenie staje się znacznie bardziej węzłem sieci i może przekazywać informacje. Na przykład lampy i czujniki temperatury podłączone do koncentratora również komunikują się ze sobą.
     
  3. Jeśli koncentrator ulegnie awarii, lampa nadal otrzymuje polecenie „Kontynuuj lampę” z czujnika temperatury. W dużych mieszkaniach i domach wielopokojowych połączenie działa zazwyczaj bez ingerencji pomimo ścian.
     

Aplikacje
Urządzenia inteligentnego domu w automatyce domowej, takie jak inteligentne sterowanie ogrzewaniem, czujniki okien i drzwi czy oświetlenie, wykorzystują ZigBee najbardziej.
Zalety

  • niskie zużycie energii
  • mała podatność na awarie
  • wysoka dystrybucja, stąd duży wybór producentów


niekorzyść

  • nie
     

Systemy inteligentnego domu z ZigBee

  • Philips Hue
  • Ikea Tradfri
  • Osram
  • Xiaomi
  • Samsung SmartThings
  • Homee Inteligentny dom
  • Bosch

4. Fala Z

W 1999 roku duńska firma Zensys opracowała standard radiowy Z-Wave jako zastrzeżoną technologię. W 2005 r. różni producenci założyli Z-Wave Alliance, do którego należą między innymi Huawei i Fibaro. Firma technologiczna „Silicon Labs” jest teraz właścicielem praw do technologii. Pod koniec 2019 roku firma Silicon Labs ogłosiła, że ​​chce uczynić Z-Wave otwartym standardem bezprzewodowym. 

Z-Wave jest bardzo popularny wśród producentów inteligentnych urządzeń domowych. Inteligentny czujnik Fibaro mierzy ruch, temperaturę i światło i jest oparty na Z-Wave jako standardzie bezprzewodowym.

Zdjęcie: Fibaro

funkcjonalność

  1. Dane są przesyłane w paśmie częstotliwości 868 MHz z przesunięciem częstotliwości o 20 kHz.
     
  2. Urządzenia Z-Wave tworzą sieć, która ma unikalny identyfikator. Każde urządzenie w sieci ma identyfikator zdefiniowany we wbudowanym chipie.
     
  3. Podobnie jak w przypadku ZigBee, urządzenia komunikują się ze sobą w sieci mesh podobnej do repeaterów mesh. Sieć bezprzewodowa działa płynniej, im więcej urządzeń zasilanych energią elektryczną jest zintegrowanych z inteligentnym domem.
     
  4. Odbiorca musi potwierdzić każdą wiadomość.
     

Zalety

  • Niskie zakłócenia dzięki wykorzystaniu pasma częstotliwości 868 MHz 
  • niskie zużycie energii
  • wysoka dystrybucja, stąd duży wybór producentów
  • można połączyć ze sobą do 232 urządzeń
     

niekorzyść

  • niska szybkość transferu, ale wystarczająca dla małych czujników
     

Systemy inteligentnego domu z Z-Wave

  • Fibaro
  • Honeywell
  • Neo
  • Samsung SmartThings
  • Homee Inteligentny dom
  • Devolo
  • Merten
  • Inteligentny dom Vivin

5. EnOcean

W 2001 roku Siemens założył firmę EnOcean GmbH w celu opracowania protokołu komunikacji bezprzewodowej w przemyśle. EnOcean Alliance, założony w 2008 roku, obejmuje ponad 400 firm, w tym Honeywell, IBM i Microsoft.

Urządzenia Enocean generują własne zapotrzebowanie na energię elektryczną po prostu za naciśnięciem przycisku. Homee's Smart Home to jeden ze sposobów korzystania ze standardu bezprzewodowego.

Zdjęcie: Homee

funkcjonalność
Standard bezprzewodowy EnOcean wykorzystuje zasadę pozyskiwania energii. Czujniki nie wymagają baterii.
 

  1. Konwerter energii generuje energię elektryczną z ruchu, takiego jak naciśnięcie włącznika światła.
     
  2. Mini ogniwa słoneczne są zasilane energią elektryczną ze źródeł światła np.
     
  3. Elementy Peltiera wytwarzają energię elektryczną poprzez różnice temperatur, na przykład między grzejnikiem a otoczeniem. Wystarczy różnica temperatur rzędu dwóch stopni.
     

Zalety

  • prawie żadne zużycie energii
     

niekorzyść

  • nadaje się tylko do małych czujników i niewielkich ilości danych
     

Aplikacje
Bardzo energooszczędny standard radiowy jest używany przez urządzenia inteligentnego domu, które wysyłają krótkie wiadomości lub polecenia. To są:
 

  • Czujniki ruchu lub czujniki ruchu
  • Czujniki temperatury
  • Czujniki CO2
     

Systemy inteligentnego domu z EnOcean

  • Siemens
  • Mediola
  • Homee Inteligentny dom
  • Somfy
  • Wago
  • Eltako (technologia bezpieczeństwa)
  • NodOn (detektor ruchu)

6. Homematic IP (BidCoS)

Za marką Homematic IP kryje się zastrzeżony standard radiowy BidCoS (Bidirectional Communication Standard). Wynalazcą jest założona w 2007 roku niemiecka firma technologiczna eQ-3, która opracowała swój standard Homematic IP dla własnych systemów inteligentnego domu (maks!, Homematic), ale także udostępnia ją swoim partnerom kooperacyjnym Innogy i Qivicon. Qivicon to duża platforma inteligentnego domu, która jest również podstawą na przykład Qivicon / Magenta SmartHome.

Homematic IP to autorskie radio, urządzenia działają poprzez współpracę ale także z Magenta i Innogy.

Zdjęcie: Homematic IP

funkcjonalność

  1. BidCoS to protokół dwukierunkowy. Oznacza to, że odbiorca zawsze musi potwierdzić wiadomość.
     
  2. Standard radiowy przesyła dane z uwierzytelnianiem AES i 128-bitowym szyfrowaniem.
     

Zalety

  • wysoki poziom bezpieczeństwa
     

niekorzyść

  • niekompatybilny z innymi systemami inteligentnego domu (z wyjątkiem partnerów kooperacyjnych)
     

Systemy inteligentnego domu z Homematic IP / BidCoS

  • HomeMatic
  • Maks!
  • Qivicon / Magenta SmartHome
  • Innogy

7th. Dect ULE

Standard radiowy DECT (Digital Enhanced Cordless Communication) rozpowszechnił się już w latach 90. wraz z pojawieniem się telefonów bezprzewodowych. Wariant protokołu DECT Ultra Low Energy (ULE) jest zoptymalizowany pod kątem niskiego zużycia energii.

Urządzenia Dect Ule mogą być używane bezpośrednio przez Fritz!Pudełko można kontrolować. Na przykład inteligentne gniazdo firmy AVM.

Zdjęcie: AVM

funkcjonalność

  1. DECT ULE nie oznacza jednego protokołu, ale wiele protokołów różnych producentów w pierwszym.890-1.Pasmo 900 MHz.
     
  2. Aby komunikować się między sobą, inteligentne urządzenia domowe korzystające z protokołu DECT ULE potrzebują bramy jako centrum wiadomości przychodzących i wychodzących.
     

posługiwać się
Standard radiowy jest stosowany nie tylko w telefonach i routerach, ale także w inteligentnych źródłach światła i czujnikach.
Zalety

  • Niskie zakłócenia dzięki własnemu pasmu częstotliwości
     

niekorzyść

  • używane stosunkowo rzadko
     

Systemy inteligentnego domu z Dect ULE

  • Magenta Inteligentny dom (Telekom)
  • AVM (Fritz!Skrzynka)
  • Gigaset Elements Inteligentny dom

Połącz różne standardy

Otwarcie zaprojektowane systemy inteligentnego domu dają możliwość łączenia różnych standardów bezprzewodowych. Szeroka gama standardów inteligentnego domu jest zintegrowana z centrami sterowania systemów, takich jak Magenta lub Homee.
„Aplikacje do klejenia”, takie jak IFTTT, iHaus, Apple HomeKit, Google Assistant czy Amazon Alexa, działają również jako pomost między inteligentnymi urządzeniami domowymi o różnych standardach bezprzewodowych. Zasadniczo informacje z różnych aplikacji są oceniane w aplikacji centralnej. Na przykład czujnik D-Link wyda sygnał dźwiękowy, gdy czujnik Arlo wykryje ruch. Warunkiem jest, aby poszczególne urządzenia były kompatybilne z wybraną aplikacją klejącą.

KNX-RF: Rozszerz system magistrali o urządzenia radiowe

W przypadku nowych budynków lub późniejszej instalacji Smart Home w starym budynku właściciele mogą zastanowić się, czy chcą realizować sterowanie Smart Home poprzez instalację kablową zamiast radiowej. Kabel zasilający może być używany jako element połączeniowy (system Powerline) lub oddzielny system magistrali, który biegnie jako druga linia obok linii energetycznej (system KNX). Magistrala KNX umożliwia integrację inteligentnych urządzeń domowych różnych producentów i może być łączona z Powerline i Ethernet.
W przypadku systemu KNX dostępne jest teraz rozwiązanie hybrydowe składające się z urządzeń przewodowych i radiowych, którymi można sterować za pomocą tego samego interfejsu użytkownika. Przydaje się to np. do rozbudowy przewodowego inteligentnego domu o dodatkowe funkcje. Odpowiedni standard radiowy nazywa się KNX-RF. Za pomocą tej technologii można również wdrożyć całkowicie bezprzewodowy inteligentny dom, co jest również możliwe w przypadku standardów bezprzewodowych w powyższym porównaniu. Ponieważ połączenie i programowanie są stosunkowo złożone, KNX-RF jest skierowany bardziej do specjalistów KNX i właścicieli, którzy chcą połączyć KNX i KNX-RF.

Zostaw Swój Komentarz

Please enter your comment!
Please enter your name here