Sistemele inteligente de acasă au nevoie de o conexiune radio pentru rețeaua fără fir a dispozitivelor. Cu toate acestea, nu există doar unul, ci multe standarde radio diferite pentru automatizarea casei. Vă explicăm aici de ce este cazul și ce înseamnă asta pentru proiectarea casei inteligente.
ZigBee & Co.: Ce ar trebui să știți despre standardele wireless Smart Home
- Conexiunea wireless din casa inteligentă trebuie să transmită datele în siguranță și rapid cu un consum redus de energie.
- WLAN oferă o rată de transmisie ridicată, dar necesită multă energie, motiv pentru care standardul wireless nu a prins în casele inteligente.
- Senzorii alimentați cu baterii, care trimit cantități mici de date, utilizează în mare parte protocoale economice precum ZigBee, Z-Wave sau EnOcean, care, ca și WLAN, sunt accesibile în mod liber tuturor producătorilor.
- Pe lângă standardele radio deschise, există și standarde private, cum ar fi Homematic IP, care aparțin unei companii. Dispozitivele sunt apoi compatibile numai în cadrul propriului sistem inteligent de casă sau cu sisteme care au fost dezvoltate în comun de producător. Aceste standarde radio sunt, de asemenea, denumite „proprietare”.
De ce sunt importante standardele radio?
Oricine a încercat vreodată cu disperare să navigheze pe internet în mijlocul pădurii sau pe autostradă știe cât de importante sunt conexiunile radio stabile. Același lucru se aplică dispozitivelor inteligente de acasă care ar trebui să poată face schimb de informații între ele în casă fără interferențe. Pentru că, la fel ca și smartphone-urile, sistemele inteligente de casă bazate pe radio comunică folosind unde electromagnetice.
Standardele radio precum ZigBee, Z-Wave, WLAN sau EnOcean se bazează, în general, pe modulația radio și a microundelor, care aparțin părții cu frecvență joasă a spectrului electromagnetic. Unda este schimbată astfel încât să poată transporta informații (imagini, limbă, muzică, text). În Germania, Agenția Federală de Rețea emite frecvențe pentru traficul radio. Multe protocoale din domeniul radioului inteligent de acasă utilizează fie așa-numita bandă ISM (Industrial, Scientific și Medical Band) între 2,4 și 2,5 GHz, fie banda SRD (Short Range Device) între 863 și 870 MHz.
Standardele wireless pentru casa inteligentă variază între unde radio și infraroșu.
Pentru a putea controla dispozitivele inteligente de acasă cu un smartphone sau tabletă, frecvența radio de acasă inteligentă trebuie tradusă într-un semnal WLAN. De aceea majoritatea sistemelor inteligente de acasă necesită un pod radio (de asemenea, gateway sau centru de control). Este conectat la routerul WLAN de acasă.
În ce diferă ZigBee, Z-Wave, WLAN & Co.?
Conexiunile radio ar trebui să transmită datele în siguranță, rapid și fără interferențe. Cu toate acestea, cerințele se schimbă în funcție de domeniul de aplicare. De exemplu, cu sistemele de videoconferință, acestea trebuie să transporte cantități uriașe de date. Senzorii de temperatură sau mișcare din casele inteligente, pe de altă parte, trimit doar pachete de date mici. Aici, standardul wireless ar trebui să funcționeze în primul rând economic, astfel încât bateriile să reziste cât mai mult posibil.
Lățime de bandă
Un standard radio utilizează un anumit interval de frecvență. Lățimea de bandă arată distanța dintre frecvențele superioare și inferioare ale acestui interval. De exemplu, majoritatea routerelor fără fir utilizează un interval de frecvență de 2,4 până la 2,4835 GHz. Lățimea de bandă în acest caz este de 83,5 MHz. Cu cât lățimea de bandă este mai mare, cu atât mai multe date pot fi transmise.
canale
Pentru a evita interferențele, trebuie să existe un decalaj între un canal și următorul. Pentru rețelele WLAN din banda de frecvență de 2,4 GHz, sunt disponibile patru canale care nu se suprapun cu o lățime a canalului de 20 MHz și o distanță de 5 MHz.
Transmiterea
de viteză Rata de transmisie este foarte important în Internet wireless. Din acest motiv, WLAN s-a impus ca standard wireless pentru laptopuri, PC-uri și smartphone-uri. Routerele cu standardul Wifi 5 (802.11 ac) gestionează până la 1.300 Mbit / s. Acest lucru este suficient pentru a transmite seria confortabil. Standardul wireless Z-Wave Smart Home vine la 9,6 Kbit / s în comparație. Acest lucru este suficient pentru a trimite comenzi între comutatoare și senzori.
Pentru chat-urile video sunt necesare rate de transfer ridicate. WLAN este foarte potrivit aici ca standard radio.
Gama
Producătorii specifică adesea raza de acțiune în aer liber pentru o conexiune wireless. În încăperile închise, însă, obstacolele încetinesc transmisia undelor electromagnetice. În special, elementele de construcție ușoare din gips-carton, pereții cu elemente de oțel și conductele de apă interferează cu transmisia radio. WLAN are o autonomie teoretică de 300 de metri - în practică, totuși, nivelul semnalului scade după doar câțiva metri. Frecvența semnalului radio este, de asemenea, crucială: cu cât este mai mare, cu atât intervalul este mai mic.
Standard de securitate
Transmisia wireless este deosebit de predispusă la furtul de date. Din acest motiv, toate standardele wireless din Smart Home wireless au un protocol de securitate care criptează datele. Cu toate acestea, niciun standard wireless nu este 100% sigur de atacurile hackerilor. Citiți articolul nostru despre acest lucru: Cât de sigură este o casă inteligentă?
De ce să nu folosiți WiFi pentru toate dispozitivele inteligente de acasă imediat?
95% dintre germani au o conexiune la internet, majoritatea cu un router WLAN. Deci, de ce să nu folosiți WLAN ca standard pentru sistemele inteligente de casă? Există motive multiple pentru aceasta:
Consum ridicat de energie
Comparativ cu alte conexiuni wireless, WLAN are o rată de transmisie ridicată. Acest lucru înseamnă, de asemenea, că dispozitivele WiFi consumă multă energie. Acest lucru este deosebit de dezavantajos pentru dispozitivele cu baterii. Lățimea de bandă mare și viteza mare nu sunt necesare pentru senzorii mici care transmit doar mesaje scurte.
Suprapuneri
Mai presus de toate în clădirile de apartamente, interferența apare atunci când prea multe dispozitive din rețelele WLAN învecinate utilizează gama de frecvență de 2,4 GHz.
Gama limitată
Interferența semnalului de la alte dispozitive care utilizează aceeași bandă de frecvență reduce și raza legăturii radio.
Care este diferența dintre standardele wireless deschise și cele proprietare?
- Cu standarde radio deschise, precum ZigBee și Bluetooth, tehnologia este disponibilă gratuit tuturor producătorilor. De multe ori mai multe companii dezvoltă protocoalele într-o organizație umbrelă. Avantajul este un nivel ridicat de compatibilitate, chiar și cu diferite sisteme inteligente de casă. Homee este un bun exemplu de sistem de casă inteligentă complet deschis la care pot fi conectate toate dispozitivele care utilizează standarde radio deschise.
- Cu standarde radio proprii (închise), cum ar fi Homematic IP, un producător își dezvoltă propriul protocol. Acest lucru asigură o securitate mai mare în timpul transmiterii datelor. Dispozitivele inteligente de acasă pot fi conectate numai la dispozitive de la același producător. Acest obstacol poate fi ocolit cu compatibilitatea adecvată prin utilizarea „aplicațiilor de lipire”, cum ar fi IFTTT sau aplicația Alexa.
- În cazul standardelor radio deschise, codul protocolului este open source. Aceasta înseamnă că orice producător poate face modificări. Prin urmare, dispozitivele cu același standard radio nu sunt neapărat compatibile între ele. Cu toate acestea, deoarece mulți producători doresc ca produsele lor să poată fi andocate la cât mai multe sisteme diferite, este probabil ca compatibilitatea să fie.
În comparație, standardele de radio acasă inteligente
|
Rata maximă de |
Acoperirea la |
gama de frecvență |
Consumul de energie |
cerere |
Producător |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
ACCES LA INTERNET FĂRĂ FIL |
1.000-1.300 |
50 m |
2,4-2,48 GHz |
înalt |
Internet wireless |
Belkin WeMo DLink Tado Google Home Netatmo inel |
|
Bluetooth 5.0 |
1-3 Mbit / s |
10 m |
2,40-2,48 MHz |
scăzut |
Dispozitive inteligente pentru casă | |
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
scăzut |
Automatizarea clădirilor |
Philips Hue Ikea Tradfri Osram Xiaomi Samsung Homee Smart Home |
|
Z-Wave |
9,6-40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
scăzut |
Automatizarea clădirilor |
Fibaro Honeywell Neo Samsung SmartThings Homee Devolo Merten |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
foarte jos |
Senzori de temperatură , |
Siemens Mediola Homee Smart Home Somfy Wago |
|
Homematic |
9,6 kbit / s |
20-30 m |
868-869,52 MHz |
scăzut |
Managementul energiei , |
HomeMatic Max! Qivicon / Magenta Innogie |
|
DectULE |
1,1 Mbit / s |
30-50 m |
1,89-1,90 MHz |
scăzut |
Automatizarea clădirilor |
Magenta Smart Home AVM Gigaset |
Standarde radio: avantaje și dezavantaje dintr-o privire
1. WLAN
Încă din anii 1970 au existat încercări de a inventa legături radio pentru transmiterea rapidă a datelor. În 1971, rețeaua ALOHAnet a conectat șapte computere pe patru insule hawaiene diferite folosind protocolul radio Aloha. Protocolul radio IEEE 802.11, care este folosit pretutindeni astăzi, există încă din 1997. Doi ani mai târziu, WiFi Alliance a fost fondată cu scopul de a certifica dispozitivele WLAN și de a dezvolta în continuare tehnologia.
Soneria inteligentă a inelului comunică cu un dispozitiv Alexa prin WiFi.
funcționalitate
- Rețelele WiFi actuale se bazează pe standardele radio IEEE-802.11n și 802.11ac (WiFi 4 și WiFi 5).
- Ratele teoretice de transfer sunt de 600 Mbit / s sau 1500 Mbit / s. În practică, însă, rata de date este mai mică, deoarece multe routere nu pot primi mai multe fluxuri de date în paralel.
- Routerele WLAN utilizează banda de frecvență de 2,4 GHz cu patru canale care nu se suprapun, modelele mai noi folosesc și banda de frecvență de 5 GHz cu 19 canale.
beneficii
- desigur
- rata de transfer mare
dezavantaj
- consumatoare de energie
- Interferențe frecvente datorate numărului mare de utilizatori, în special în banda de 2,4 GHZ
- în intervalul inferior de 5 GHz datorită frecvenței ridicate
Aplicații
În ciuda foametei sale de energie, standardul radio WLAN joacă un rol major în înființarea unei case inteligente:
- în comunicarea dintre Smart Home Hub și router
- pentru dispozitive precum televizoare inteligente și camere care transmit cantități mari de date (videoclipuri)
Sisteme de casă inteligente cu WLAN
- Belkin WeMo
- D-Link
- Tado
- Google Home
- Netatmo Smart Home
- Sună (sonerii video inteligente)
2. Bluetooth cu energie redusă (BLE, 5.0)
În 1998, Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba și Intel au dezvoltat standardul Bluetooth. În 1999, Grupul de interes special Bluetooth (BT SIG) a publicat specificațiile pentru primul protocol Bluetooth. În anii care au urmat, Bluetooth a devenit unul dintre cele mai importante standarde radio pentru transmisia fără fir între telefoanele mobile și PC-uri sau pentru căștile Bluetooth. Începând cu versiunea 4.0, folosește mult mai puțină energie, de unde și denumirea Low Energy (Bluetooth LE).
Datorită autonomiei reduse, Bluetooth este mai puțin potrivit pentru casa inteligentă. Standardul radio este mai potrivit pentru a asculta muzică prin căști fără fir.
Funcționalitate
Standardul fără fir Bluetooth utilizează, cum ar fi banda ISM fără fir de la 2.402 la 2.480 GHz.
- Dispozitivul transmițător (master) se sincronizează cu dispozitivul receptor (slave). Ambele dispozitive trebuie să autorizeze conexiunea pentru aceasta.
- Expeditorul și receptorul stabilesc o conexiune punct-la-punct într-o așa-numită rețea pico. Fiecare dispozitiv are o adresă de 48 de biți care îl identifică.
- Transmițătorul schimbă frecvența în banda de frecvență de 1.600 de ori pe secundă (proces de salt de frecvență). Receptorul sondează semnalele de la transmițător la fiecare 2 secunde până la stabilirea conexiunii.
beneficii
- utilizate pe scară largă, deci compatibilitate ridicată
- energie slaba
dezavantaj
- raza scurta
- slaba stabilitate
Aplicații
În domeniile automatizării și securității casei, puțini producători se bazează pe Bluetooth, dar este unul dintre cele mai importante standarde wireless pentru articole portabile și electronice de divertisment. Aplicațiile utile din zona Smart Home includ încuietori electronice ale ușilor sau deschizători de uși de garaj inteligente.
3. ZigBee
În 2002, diferite companii au fondat Alianța ZigBee. Standardul radio este destinat să permită transmiterea datelor în rețele cu volume reduse de date și consum minim de energie. În anii care au urmat, ZigBee s-a impus ca tehnologie de vârf în automatizarea industrială, în special pentru controlul comutatoarelor și senzorilor.
ZigBee este predestinat pentru casa inteligentă datorită susceptibilității sale scăzute la eșec. Printre altele, Philips Hue se bazează pe ZigBee ca lumină inteligentă.
funcționalitate
- La fel ca Bluetooth, ZigBee folosește standardul IEEE 802.15.4 și extinde protocolul cu trei straturi.
- Într-o rețea mesh, dispozitivele individuale de acasă nu primesc neapărat doar mesaje de la gateway-ul central. Fiecare dispozitiv devine mult mai mult un nod de rețea și poate transmite informații. De exemplu, lămpile și senzorii de temperatură conectați la butuc comunică, de asemenea, între ei.
- Dacă butucul eșuează, lampa primește în continuare comanda „Continuă lampa” de la senzorul de temperatură. În apartamente mari și case cu mai multe camere, conexiunea funcționează de obicei fără interferențe, în ciuda pereților.
Aplicații
Dispozitivele inteligente pentru casă în automatizarea locuințelor, cum ar fi controlul inteligent al încălzirii, senzorii de ferestre și uși sau luminile folosesc cel mai mult ZigBee.
beneficii
- consum redus de energie
- susceptibilitate scăzută la eșec
- distribuție ridicată, deci o mare selecție de producători
dezavantaj
- nici unul
Sisteme de casă inteligente cu ZigBee
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Bosch
4. Z-Wave
În 1999, compania daneză Zensys a dezvoltat standardul radio Z-Wave ca tehnologie proprietară. În 2005, diferiți producători au fondat Z-Wave Alliance, care are membri precum Huawei și Fibaro. Compania de tehnologie „Silicon Labs” deține acum drepturile pentru tehnologie. La sfârșitul anului 2019, Silicon Labs a anunțat că dorește să facă din Z-Wave un standard wireless deschis.
Z-Wave este foarte popular printre producătorii de dispozitive pentru casă inteligentă. Senzorul inteligent de la Fibaro măsoară mișcarea, temperatura și lumina și se bazează pe Z-Wave ca standard wireless.
funcționalitate
- Datele sunt transmise în domeniul de frecvență 868 MHz cu o schimbare de frecvență de 20 kHz.
- Dispozitivele Z-Wave formează o rețea care are un ID unic. Fiecare dispozitiv din rețea are un ID care este definit în cipul încorporat.
- La fel ca în cazul ZigBee, dispozitivele comunică între ele într-o rețea mesh similară cu repetatoarele mesh. Rețeaua wireless funcționează mai ușor, cu cât dispozitivele cu energie electrică sunt integrate în casa inteligentă.
- Destinatarul trebuie să confirme fiecare mesaj.
beneficii
- Interferență redusă datorită utilizării benzii de frecvență de 868 MHz
- consum redus de energie
- distribuție ridicată, deci o mare selecție de producători
- până la 232 de dispozitive pot fi conectate între ele
dezavantaj
- rata de transfer redusă, dar suficientă pentru senzorii mici
Sisteme de casă inteligente cu Z-Wave
- Fibaro
- Honeywell
- Neo
- Samsung SmartThings
- Homee Smart Home
- Devolo
- Merten
- Vivint Smart Home
5. EnOcean
În 2001, Siemens a fondat EnOcean GmbH cu scopul de a dezvolta un protocol pentru comunicații fără fir în industrie. Alianța EnOcean, înființată în 2008, include peste 400 de companii, inclusiv Honeywell, IBM și Microsoft.
Dispozitivele Enocean își generează propriile cerințe de energie electrică prin simpla apăsare a unui buton. Casa inteligentă a lui Homee este o modalitate de a utiliza standardul wireless.
Cum funcționează
Standardul wireless EnOcean folosește principiul recoltării energiei. Senzorii nu au nevoie de baterie.
- Un convertor de energie generează electricitate dintr-o mișcare, cum ar fi apăsarea unui întrerupător de lumină.
- Mini celulele solare sunt alimentate de electricitate din surse de lumină, de exemplu.
- Elementele Peltier generează electricitate prin diferențe de temperatură, de exemplu între radiator și mediu. Este suficientă o diferență de temperatură de două grade.
beneficii
- cu greu consum de energie
dezavantaj
- potrivit numai pentru senzori mici și cantități mici de date
Aplicații
Standardul radio cu energie foarte redusă este utilizat de dispozitivele inteligente de acasă care trimit mesaje scurte sau comenzi. Acestea sunt:
- Senzori de mișcare sau detectoare de mișcare
- Senzori de temperatură
- Senzori de CO2
Sisteme de casă inteligente cu EnOcean
- Siemens
- Mediola
- Homee Smart Home
- Somfy
- Wago
- Eltako (tehnologie de securitate)
- NodOn (detector de mișcare)
6. IP homematic (BidCoS)
În spatele mărcii IP Homematic se află standardul radio proprietar BidCoS (Standard de comunicare bidirecțională). Inventatorul este compania germană de tehnologie eQ-3, înființată în 2007, care folosește standardul său homematic IP pentru propriile sisteme inteligente de casă (Max!, Homematic), dar îl pune la dispoziția partenerilor săi de cooperare Innogy și Qivicon. Qivicon este o platformă mare pentru casă inteligentă, care este, de asemenea, baza Qivicon / Magenta SmartHome, de exemplu.
Homematic IP este un radio proprietar, dispozitivele funcționează prin cooperare, dar și cu Magenta și Innogy.
funcționalitate
- BidCoS este un protocol bidirecțional. Aceasta înseamnă că destinatarul trebuie să recunoască întotdeauna un mesaj.
- Standardul radio transmite datele cu autentificare AES și criptare pe 128 biți.
beneficii
- Securitate inalta
dezavantaj
- nu este compatibil cu alte sisteme inteligente de casă (cu excepția partenerilor de cooperare)
Sisteme de casă inteligente cu IP / BidCoS Homematic
- HomeMatic
- Max!
- Qivicon / Magenta SmartHome
- Innogie
7. Dect ULE
Standardul radio DECT (pentru comunicare digitală îmbunătățită fără fir) s-a răspândit încă din anii 1990 odată cu apariția telefoanelor fără fir. Varianta Ultra Low Energy (ULE) a protocolului DECT este optimizată pentru un consum redus de energie.
Dispozitivele Dect Ule pot fi controlate direct prin Fritz! Box. De exemplu, soclul inteligent de la AVM.
funcționalitate
- DECT ULE nu reprezintă un singur protocol, ci multe protocoale de la diferiți producători din banda 1.890-1.900 MHz.
- Pentru a comunica unii cu alții, dispozitivele inteligente de acasă care utilizează protocolul DECT ULE au nevoie de un gateway ca centru pentru mesajele de intrare și ieșire.
Aplicare
Standardul radio nu este utilizat doar pentru telefoane și routere, ci și pentru lămpi și senzori inteligenți.
beneficii
- Interferență redusă datorită propriei sale benzi de frecvență
dezavantaj
- folosit relativ rar
Sisteme de casă inteligente cu Dect ULE
- Magenta Smart Home (Telekom)
- AVM (Fritz! Box)
- Gigaset Elements Smart Home
Combinând diferite standarde
Sistemele inteligente de casă proiectate deschis oferă posibilitatea de a combina diferite standarde wireless. O gamă largă de standarde inteligente pentru casă sunt integrate în centrele de control ale sistemelor precum Magenta sau Homee.
„Aplicațiile adezive” precum IFTTT, iHaus, Apple HomeKit, Google Assistant sau Amazon Alexa acționează, de asemenea, ca o punte de legătură între dispozitivele inteligente de acasă cu diferite standarde wireless. În principiu, informațiile din diferite aplicații sunt evaluate într-o aplicație centrală. De exemplu, senzorul D-Link trimite un semnal sonor atunci când senzorul Arlo detectează mișcarea. Condiția prealabilă este ca dispozitivele individuale să fie compatibile cu aplicația adezivă selectată.
KNX-RF: Extindeți sistemul de autobuz cu dispozitive radio
În cazul clădirilor noi sau al unei instalări ulterioare a unei case inteligente într-o clădire veche, proprietarii pot lua în considerare dacă doresc să implementeze controlul Smart Home prin instalarea prin cablu în loc de radio. Fie cablul de alimentare poate fi utilizat ca element de conectare (sistem de alimentare), fie un sistem de magistrală separat care rulează ca a doua linie lângă linia de alimentare (sistem KNX). Autobuzul KNX permite integrarea dispozitivelor inteligente de acasă de la diferiți producători și poate fi combinat cu Powerline și Ethernet.
Pentru sistemul KNX, există acum și o soluție hibridă constând din dispozitive cu fir și radio care pot fi controlate prin aceeași interfață cu utilizatorul. Acest lucru este util, de exemplu, pentru a extinde o casă inteligentă cu fir cu funcții suplimentare. Standardul radio adecvat se numește KNX-RF. O casă inteligentă fără fir pură poate fi de asemenea implementată folosind această tehnologie, așa cum este posibil și cu standardele wireless din comparația de mai sus. Deoarece conexiunea și programarea sunt relativ complexe, KNX-RF se adresează mai mult specialiștilor și proprietarilor KNX care doresc să combine KNX și KNX-RF.
