Sistemi pametnega doma potrebujejo radijsko povezavo za brezžično mreženje naprav. Vendar pa ni samo en, ampak veliko različnih radijskih standardov za avtomatizacijo stanovanj. Tu pojasnjujemo, zakaj je temu tako in kaj to pomeni za zasnovo pametnega doma.
ZigBee & Co.: Kaj morate vedeti o brezžičnih standardih Smart Home
- Brezžična povezava v pametnem domu mora podatke varno in hitro prenašati z nizko porabo energije.
- WLAN ponuja visoko hitrost prenosa, vendar zahteva veliko energije, zato se brezžični standard v pametnih domovih ni prijel.
- Akumulatorski senzorji, ki pošiljajo majhne količine podatkov, večinoma uporabljajo varčne protokole, kot so ZigBee, Z-Wave ali EnOcean, ki so tako kot WLAN prosto dostopni vsem proizvajalcem.
- Poleg odprtih radijskih standardov obstajajo tudi zasebni, kot je Homematic IP, ki pripadajo podjetju. Naprave so nato združljive samo v vašem sistemu pametnega doma ali s sistemi, ki jih je razvil proizvajalec. Ti radijski standardi se imenujejo tudi "lastniški".
Zakaj so radijski standardi pomembni?
Kdor je kdaj obupano poskušal brskati po internetu sredi gozda ali na avtocesti, ve, kako pomembne so stabilne radijske povezave. Enako velja tudi za pametne domače naprave, ki bi morale biti sposobne komunicirati med seboj v hiši brez motenj. Ker tako kot pametni telefoni tudi radijski sistemi pametnih domov komunicirajo z uporabo elektromagnetnih valov.
Radijski standardi, kot so ZigBee, Z-Wave, WLAN ali EnOcean, na splošno temeljijo na modulaciji radia in mikrovalov, ki spadajo v nizkofrekvenčni del elektromagnetnega spektra. Val se spremeni tako, da lahko prenaša informacije (slike, jezik, glasba, besedilo). V Nemčiji zvezna omrežna agencija izdaja frekvence za radijski promet. Številni protokoli na področju pametnega domačega radia uporabljajo tako imenovani pas ISM (industrijski, znanstveni in medicinski pas) med 2,4 in 2,5 GHz ali SRD (naprava kratkega dosega) med 863 in 870 MHz.
Brezžični standardi pametnega doma se gibljejo med radijskimi in infrardečimi valovi.
Da bi lahko pametne domače naprave upravljali s pametnim telefonom ali tabličnim računalnikom, je treba radijsko frekvenco pametnega doma prevesti v signal WLAN. Zato večina pametnih hišnih sistemov zahteva radijski most (tudi prehod ali nadzorni center). Doma je povezan z usmerjevalnikom WLAN.
V čem se razlikujejo ZigBee, Z-Wave, WLAN & Co.
Brezžične povezave bi morale podatke prenašati varno, hitro in brez motenj. Vendar se zahteve spreminjajo glede na področje uporabe. Pri sistemih za videokonference morajo na primer prenašati ogromno podatkov. Po drugi strani pa senzorji temperature ali gibanja v pametnih domovih pošiljajo le majhne podatkovne pakete. Tu bi moral brezžični standard delovati predvsem ekonomično, tako da baterije zdržijo čim dlje.
Pasovna širina
Radijski standard uporablja določeno frekvenčno območje. Pasovna širina prikazuje razdaljo med zgornjo in spodnjo frekvenco tega območja. Na primer, večina brezžičnih usmerjevalnikov uporablja frekvenčno območje od 2,4 do 2,4835 GHz. Pasovna širina je v tem primeru 83,5 MHz. Večja kot je pasovna širina, več podatkov je mogoče prenesti.
kanalov
Da bi se izognili motnjam, mora obstajati vrzel med enim in naslednjim kanalom. Za omrežja WLAN v frekvenčnem pasu 2,4 GHz so na voljo štirje kanali, ki se ne prekrivajo, s širino kanala 20 MHz in razmikom 5 MHz. Hitrost
prenosa
Hitrost prenosa je za brezžični internet zelo pomembna. Zaradi tega se je WLAN uveljavil kot brezžični standard za prenosnike, osebne računalnike in pametne telefone. Usmerjevalniki s standardnim Wifi 5 (802.11 ac) upravljajo do 1.300 Mbit / s. To je dovolj za udobno predvajanje serij. Brezžični standard Z-Wave Smart Home je v primerjavi s hitrostjo 9,6 Kbit / s. To je dovolj za pošiljanje ukazov med stikali in senzorji.
Za video klepete so potrebne visoke stopnje prenosa. WLAN je tukaj zelo primeren kot radijski standard.
Proizvajalci obsega pogosto določijo domet na prostem za brezžično povezavo. V zaprtih prostorih pa ovire upočasnjujejo prenos elektromagnetnih valov. Zlasti lahki gradbeni elementi iz mavčnih plošč, stene z jeklenimi elementi in vodovodne cevi motijo radijski prenos. Teoretični domet omrežja WLAN je 300 metrov - v praksi pa se raven signala po nekaj metrih zmanjša. Ključna je tudi frekvenca radijskega signala: večja je, krajši je doseg.
Varnostni standard
Brezžični prenos je še posebej nagnjen k kraji podatkov. Zato imajo vsi brezžični standardi pametnega doma Wireless varnostni protokol, ki šifrira podatke. Kljub temu noben brezžični standard ni stoodstotno varen pred hekerskimi napadi. Preberite naš članek o tem: Kako varen je pameten dom?
Zakaj ne bi takoj uporabili WiFi za vse pametne domače naprave?
95 odstotkov vseh Nemcev ima internetno povezavo, večina z usmerjevalnikom WLAN. Zakaj torej WLAN ne bi uporabili kot standard za sisteme pametnega doma? Za to obstaja več razlogov:
Velika poraba energije
V primerjavi z drugimi brezžičnimi povezavami ima WLAN visoko hitrost prenosa. To tudi pomeni, da naprave WiFi porabijo veliko energije. To je še posebej neugodno za naprave na baterije. Visoka pasovna širina in velika hitrost nista potrebna za majhne senzorje, ki prenašajo le kratka sporočila.
Prekrivanja
Predvsem v stanovanjskih stavbah pride do motenj, kadar preveč naprav v sosednjih omrežjih WLAN uporablja frekvenčno območje 2,4 GHz.
Omejen obseg
Motnje signala drugih naprav, ki uporabljajo enak frekvenčni pas, prav tako zmanjšujejo domet radijske povezave.
Kakšna je razlika med odprtimi in lastniškimi brezžičnimi standardi?
- Z odprtimi radijskimi standardi, kot sta ZigBee in Bluetooth, je tehnologija na voljo vsem proizvajalcem. Pogosto več podjetij razvije protokole v krovni organizaciji. Prednost je visoka stopnja združljivosti tudi z različnimi sistemi pametnega doma. Homee je dober primer popolnoma odprtega sistema pametnega doma, na katerega je mogoče priključiti vse naprave, ki uporabljajo odprte radijske standarde.
- Z lastniškimi (zaprtimi) radijskimi standardi, kot je Homematic IP, proizvajalec razvije svoj protokol. To zagotavlja večjo varnost med prenosom podatkov. Naprave pametnega doma lahko povežete samo z napravami istega proizvajalca. To oviro je mogoče izogniti z ustrezno združljivostjo z uporabo "aplikacij za lepilo", kot je IFTTT ali aplikacija Alexa.
- V primeru odprtih radijskih standardov je koda protokola odprtokodna. To pomeni, da lahko kateri koli proizvajalec izvede spremembe. Naprave z enakim radijskim standardom torej niso nujno združljive med seboj. Ker si mnogi proizvajalci želijo, da bi lahko njihove izdelke priklopili na čim več različnih sistemov, je verjetnost združljivosti velika.
V primerjavi s standardi pametnega domačega radia
|
Max. |
Široki doseg |
frekvenčno |
Poraba |
aplikacijo |
Proizvajalec |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
BREZŽIČNI DOSTOP DO INTERNETA |
1.000–1.300 |
50 m |
2,4-2,48 GHz |
visoko |
Brezžični |
Belkin WeMo DLink Tado Google Home Pametni dom Netatmo prstan |
|
Bluetooth 5.0 z |
1-3 Mbit / s |
10 m |
2,40-2,48 MHz |
nizko |
Pametne domače naprave | |
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
nizko |
Avtomatizacija stavb |
Philips Hue Ikea Tradfri Osram Xiaomi Samsung Pametni dom Homee |
|
Z-val |
9,6-40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
nizko |
Avtomatizacija stavb |
Fibaro Honeywell Neo Samsung SmartThings Pametni dom Homee Devolo Merten |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
zelo nizko |
Senzorji temperature , |
Siemens Mediola Pametni dom Homee Somfy Wago |
|
Homematic |
9,6 kbit / s |
20-30 m |
868-869,52 MHz |
nizko |
Upravljanje z energijo , |
HomeMatic Max! Qivicon / Magenta Innogy |
|
DectULE |
1,1 Mbit / s |
30-50 m |
1,89-1,90 MHz |
nizko |
Avtomatizacija stavb |
Magenta pametni dom AVM Gigaset |
Radijski standardi: na kratko prednosti in slabosti
1. WLAN
Že v sedemdesetih letih so poskušali izumiti radijske povezave za hiter prenos podatkov. Leta 1971 je omrežje ALOHAnet s pomočjo radijskega protokola Aloha povezalo sedem računalnikov na štirih različnih havajskih otokih. Radijski protokol IEEE 802.11, ki se danes uporablja povsod, obstaja že od leta 1997. Dve leti kasneje je bila ustanovljena zveza WiFi z namenom certificiranja naprav WLAN in nadaljnjega razvoja tehnologije.
Ringov pametni zvonec komunicira z napravo Alexa prek WiFi-ja.
funkcionalnost
- Trenutna omrežja WiFi temeljijo na radijskih standardih IEEE-802.11n in 802.11ac (WiFi 4 in WiFi 5).
- Teoretične hitrosti prenosa so 600 Mbit / s ali 1500 Mbit / s. V praksi pa je hitrost prenosa podatkov nižja, ker veliko usmerjevalnikov ne more vzporedno sprejemati več podatkovnih tokov.
- Usmerjevalniki WLAN uporabljajo frekvenčni pas 2,4 GHz s štirimi kanali, ki se ne prekrivajo, novejši modeli uporabljajo tudi frekvenčni pas 5 GHz z 19 kanali.
koristi
- zagotovo
- visoka hitrost prenosa
pomanjkljivost
- energetsko intenzivno
- Pogoste motnje zaradi velikega števila uporabnikov, zlasti v pasu 2,4 GHZ
- v 5GHz nižjem območju zaradi visoke frekvence
Aplikacije
Kljub svoji lakoti po energiji ima radijski standard WLAN pomembno vlogo pri postavitvi pametnega doma:
- v komunikaciji med Smart Home Hub in usmerjevalnikom
- za naprave, kot so pametni televizorji in kamere, ki prenašajo velike količine podatkov (video posnetki)
Sistemi pametnega doma z omrežjem WLAN
- Belkin WeMo
- D-Link
- Tado
- Google Home
- Pametni dom Netatmo
- Prstan (pametni video zvonci)
2. Bluetooth z nizko porabo energije (BLE, 5.0)
Leta 1998 so Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba in Intel razvili standard Bluetooth. Leta 1999 je skupina Bluetooth Special Interest Group (BT SIG) objavila specifikacije za prvi protokol Bluetooth. V naslednjih letih je Bluetooth postal eden najpomembnejših radijskih standardov za brezžični prenos med mobilnimi telefoni in osebnimi računalniki ali za slušalke Bluetooth. Od različice 4.0 naprej porablja bistveno manj energije, od tod tudi ime Low Energy (Bluetooth LE).
Zaradi kratkega dosega je Bluetooth manj primeren za pametni dom. Radijski standard je bolj primeren za poslušanje glasbe prek brezžičnih slušalk.
Funkcionalnost
Brezžični standard Bluetooth uporablja na primer brezžični pas ISM od 2.402 do 2.480 GHz.
- Oddajna naprava (master) se sinhronizira s sprejemno napravo (slave). Za to morata obe napravi odobriti povezavo.
- Pošiljatelj in prejemnik vzpostavita povezavo od točke do točke v tako imenovanem piko omrežju. Vsaka naprava ima 48-bitni naslov, ki jo identificira.
- Oddajnik spreminja frekvenco v frekvenčnem pasu 1.600 krat na sekundo (postopek preskakovanja frekvence). Sprejemnik išče signale oddajnika vsaki 2 sekundi, dokler se povezava ne vzpostavi.
koristi
- široko uporabljena, zato visoka združljivost
- nizkoenergijska
pomanjkljivost
- kratkega dosega
- slaba stabilnost
Aplikacije
Na področju avtomatizacije in varnosti doma se malo proizvajalcev zanaša na Bluetooth, vendar je to eden vodilnih brezžičnih standardov za nosljivo in zabavno elektroniko. Uporabne aplikacije na področju pametnega doma vključujejo elektronske ključavnice in pametne odpirače garažnih vrat.
3. ZigBee
Leta 2002 so različna podjetja ustanovila ZigBee Alliance. Radijski standard naj bi omogočil prenos podatkov v omrežjih z majhno količino podatkov in minimalno porabo energije. V naslednjih letih se je ZigBee uveljavil kot vodilna tehnologija v industrijski avtomatizaciji, zlasti za nadzor stikal in senzorjev.
ZigBee je zaradi pametne hiše vnaprej določen zaradi nizke dovzetnosti za okvare. Philips Hue med drugim temelji na ZigBee kot pametni lučki.
funkcionalnost
- Tako kot Bluetooth, tudi ZigBee uporablja standard IEEE 802.15.4 in protokol širi za tri plasti.
- V mrežastem omrežju posamezne naprave pametnega doma niso nujno le, da prejemajo sporočila z osrednjega prehoda. Vsaka naprava postane veliko bolj omrežno vozlišče in lahko posreduje informacije. Na primer, svetilke in temperaturni senzorji, priključeni na pesto, med seboj komunicirajo.
- Če pesta odpove, svetilka še vedno prejme ukaz "Lučka vklopljena" od temperaturnega senzorja. V velikih stanovanjih in hišah z več sobami povezava običajno deluje brez motenj kljub stenam.
Aplikacije
Pametne domače naprave v avtomatizaciji doma, kot so pametno upravljanje ogrevanja, senzorji oken in vrat ali luči, najbolj uporabljajo ZigBee.
koristi
- nizka poraba energije
- nizka dovzetnost za neuspeh
- visoka distribucija, zato velika izbira proizvajalcev
pomanjkljivost
- nobenega
Sistemi pametnega doma z ZigBee
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Pametni dom Homee
- Bosch
4. Z-val
Leta 1999 je dansko podjetje Zensys razvilo radijski standard Z-Wave kot lastniško tehnologijo. Leta 2005 so različni proizvajalci ustanovili Z-Wave Alliance, ki ima člana, kot sta Huawei in Fibaro. Tehnično podjetje "Silicon Labs" je zdaj lastnik pravic za tehnologijo. Konec leta 2019 je Silicon Labs objavil, da želi Z-Wave narediti odprt brezžični standard.
Z-Wave je zelo priljubljen pri proizvajalcih pametnih domačih naprav. Pametni senzor podjetja Fibaro meri gibanje, temperaturo in svetlobo in temelji na Z-Wave kot brezžičnem standardu.
funkcionalnost
- Podatki se prenašajo v frekvenčnem območju 868 MHz s frekvenčnim premikom 20 kHz.
- Naprave Z-Wave tvorijo omrežje z edinstvenim ID-jem. Vsaka naprava v omrežju ima ID, ki je določen v vgrajenem čipu.
- Tako kot pri ZigBee, tudi naprave komunicirajo med seboj v mrežastem omrežju, podobno kot mrežasti repetitorji. Brezžično omrežje deluje bolj gladko, več naprav z električno energijo je integriranih v pametni dom.
- Prejemnik mora potrditi vsako sporočilo.
koristi
- Nizke motnje zaradi uporabe frekvenčnega pasu 868 MHz
- nizka poraba energije
- visoka distribucija, zato velika izbira proizvajalcev
- lahko je povezanih do 232 naprav
pomanjkljivost
- nizka hitrost prenosa, vendar zadostuje za majhne senzorje
Sistemi pametnega doma z Z-Wave
- Fibaro
- Honeywell
- Neo
- Samsung SmartThings
- Pametni dom Homee
- Devolo
- Merten
- Pametni dom Vivint
5. EnOcean
Leta 2001 je Siemens ustanovil EnOcean GmbH z namenom razviti protokol za brezžično komunikacijo v industriji. Zavezništvo EnOcean, ustanovljeno leta 2008, vključuje več kot 400 podjetij, med njimi Honeywell, IBM in Microsoft.
Naprave Enocean s pritiskom na gumb ustvarijo lastne potrebe po električni energiji. Smart Home Homee je eden od načinov uporabe brezžičnega standarda.
Kako deluje
Brezžični standard EnOcean uporablja načelo pridobivanja energije. Senzorji ne potrebujejo baterije.
- Pretvornik energije proizvaja elektriko iz gibanja, kot je pritisk na stikalo za luč.
- Mini sončne celice se na primer napajajo z električno energijo iz svetlobnih virov.
- Peltierjevi elementi proizvajajo elektriko zaradi temperaturnih razlik, na primer med radiatorjem in okoljem. Zadostuje temperaturna razlika za dve stopinji.
koristi
- skorajda ne porabi energije
pomanjkljivost
- primeren samo za majhne senzorje in majhne količine podatkov
Aplikacije
Zelo nizkoenergijski radijski standard uporabljajo pametne domače naprave, ki pošiljajo kratka sporočila ali ukaze. To so:
- Senzorji gibanja ali detektorji gibanja
- Temperaturni senzorji
- Senzorji za CO2
Sistemi pametnega doma z EnOcean
- Siemens
- Mediola
- Pametni dom Homee
- Somfy
- Wago
- Eltako (varnostna tehnologija)
- NodOn (detektor gibanja)
6. Homematic IP (BidCoS)
Za blagovno znamko Homematic IP stoji lastniški radijski standard BidCoS (Bidirectional Communication Standard). Izumitelj je nemško tehnološko podjetje eQ-3, ustanovljeno leta 2007, ki uporablja svoj standard Homematic IP za lastne sisteme pametnih domov (Max!, Homematic), hkrati pa ga daje na voljo partnerjem za sodelovanje Innogy in Qivicon. Qivicon je velika platforma pametnega doma, ki je na primer tudi osnova za Qivicon / Magenta SmartHome.
Homematic IP je lastniški radio, naprave delujejo v sodelovanju, pa tudi z Magenta in Innogy.
funkcionalnost
- BidCoS je dvosmerni protokol. To pomeni, da mora prejemnik vedno potrditi sporočilo.
- Radijski standard prenaša podatke z avtentikacijo AES in 128-bitnim šifriranjem.
koristi
- visoka varnost
pomanjkljivost
- ni združljiv z drugimi sistemi pametnega doma (razen s partnerji za sodelovanje)
Sistemi pametnih domov z Homematic IP / BidCoS
- HomeMatic
- Max!
- Qivicon / Magenta SmartHome
- Innogy
7. Dect ULE
Radijski standard DECT (za digitalno izboljšano brezžično komunikacijo) se je razširil že v devetdesetih letih s pojavom brezžičnih telefonov. Različica protokola DECT z ultra nizko energijo (ULE) je optimizirana za nizko porabo energije.
Naprave Dect Ule lahko nadzorujete neposredno prek Fritz! Box. Na primer pametna vtičnica AVM.
funkcionalnost
- DECT ULE ne pomeni enega protokola, temveč številne protokole različnih proizvajalcev v pasu 1.890–1900 MHz.
- Za komunikacijo med seboj pametne domače naprave, ki uporabljajo protokol DECT ULE, potrebujejo prehod kot središče za dohodna in odhodna sporočila.
Uporaba
Radijski standard se ne uporablja samo za telefone in usmerjevalnike, temveč tudi za pametne svetilke in senzorje.
koristi
- Nizke motnje zaradi lastnega frekvenčnega pasu
pomanjkljivost
- uporablja sorazmerno redko
Sistemi pametnega doma z Dect ULE
- Magenta pametni dom (Telekom)
- AVM (Fritz! Box)
- Pametni dom Gigaset Elements
Združevanje različnih standardov
Odprto zasnovani pametni domači sistemi ponujajo možnost kombiniranja različnih brezžičnih standardov. V nadzorne centre sistemov, kot sta Magenta ali Homee, so vključeni številni standardi pametnega doma.
"Lepilne aplikacije", kot so IFTTT, iHaus, Apple HomeKit, Google Assistant ali Amazon Alexa, delujejo tudi kot most med napravami pametnega doma z različnimi brezžičnimi standardi. Informacije iz različnih aplikacij se načeloma ocenjujejo v centralni aplikaciji. Senzor D-Link na primer pošlje zvočni signal, ko senzor Arlo zazna gibanje. Predpogoj je, da so posamezne naprave združljive z izbrano aplikacijo lepila.
KNX-RF: Razširite sistem vodila z radijskimi napravami
Pri novih stavbah ali poznejši namestitvi pametnega doma v stari zgradbi lahko lastniki razmislijo, ali želijo nadzor pametnega doma izvesti s kabelsko namestitvijo namesto z radiem. Napajalni kabel lahko uporabite kot povezovalni element (sistem daljnovoda) ali ločen sistem vodila, ki poteka kot druga linija poleg daljnovoda (sistem KNX). Vodilo KNX omogoča integracijo pametnih domačih naprav različnih proizvajalcev in ga je mogoče kombinirati z Powerline in Ethernetom.
Za sistem KNX je zdaj na voljo tudi hibridna rešitev, ki jo sestavljajo žične in radijske naprave, ki jih je mogoče upravljati prek istega uporabniškega vmesnika. To je na primer koristno za razširitev žičnega pametnega doma z dodatnimi funkcijami. Ustrezen radijski standard se imenuje KNX-RF. Z uporabo te tehnologije je mogoče implementirati tudi čisto brezžični pametni dom, kar je mogoče tudi z brezžičnimi standardi v zgornji primerjavi. Ker sta povezava in programiranje razmeroma zapletena, je KNX-RF bolj namenjen strokovnjakom in lastnikom KNX, ki želijo kombinirati KNX in KNX-RF.
