Чем отличаются протоколы умного дома и какой выбрать

Чтобы все устройства экосистемы умного дома быстро откликались на команды и стабильно обменивались данными, нужен общий язык, на котором они будут общаться. Такой язык называется протоколом взаимодействия. Разбираемся, какие протоколы существуют и чем они отличаются друг от друга.

Почему подключение по Wi-Fi и Bluetooth — не лучшее решение

Wi-Fi. Самый популярный способ связать между собой устройства умного дома — это Wi-Fi. Они подключаются напрямую к существующей сети без необходимости создания сложных конфигураций. Универсальность протокола Wi-Fi позволяет подключать по нему лампочки, розетки, светодиодные ленты и многое другое. Правда, у такого решения есть не только достоинства, но и недостатки.

Подключение по Wi-Fi быстрое, но недостаточно надежное

Плюсы:

• Высокая скорость передачи данных, что особенно актуально для видеокамер.
• Простота: интеллектуальные устройства с поддержкой Wi-Fi обычно требуют минимальной настройки.
• Доступность: благодаря Wi-Fi можно удаленно управлять своими устройствами из любого места, где есть подключение к интернету.
• Универсальность: устройства с поддержкой Wi-Fi совместимы с любым роутером, который поддерживает беспроводные сети.
• Масштабируемость: к сети Wi-Fi легко добавлять дополнительные устройства.

Минусы:

• Если Wi-Fi перестанет работать, перестанут работать и сами устройства. А еще сеть и роутер могут перегружаться из-за большого количества подключенных к ним гаджетов, что скажется на скорости и стабильности интернета.
• При подключении по Wi-Fi сетевое соединение должно быть всегда активно, чтобы гаджеты могли работать нормально. Это уменьшает время работы устройств с батарейками.
• Уязвимость сетей Wi-Fi для взлома и кибератак.

Камерой видеонаблюдения IP Xiaomi Smart Camera C300 можно управлять со смартфона, подключенного к интернету или сети Wi-Fi

Bluetooth. Этот протокол предназначен для обмена данными между устройствами на расстояниях до 10 метров. Таким устройством может быть, например, датчик температуры и влажности с bluetooth-модулем. Но небольшой радиус действия этого протокола не позволяет размещать устройства друг от друга слишком далеко. Иначе они не смогут эффективно работать.

Плюсы:

• Низкое энергопотребление: Bluetooth не требует много энергии, и устройства умного дома могут долго работать от аккумулятора.
• Простая настройка и прямая связь: устройства взаимодействуют друг с другом без подключения к интернету и сети Wi-Fi.
• Более высокий уровень безопасности по сравнению с Wi-Fi.

Минусы:

• Ограниченный диапазон действия — не более 10 метров.
• Помехи со стороны других электронных устройств, работающих в том же диапазоне частот.
• Ограниченная пропускная способность и низкая скорость передачи данных по сравнению с Wi-Fi.

Протокол ZigBee: структура пчелиных сот

Сети, образованные по протоколу ZigBee называют ячеистыми — по аналогии со структурой пчелиных сот. Одно из его главных преимуществ заключается в том, что подключенные устройства могут взаимодействовать не только через интернет, но и напрямую друг с другом внутри своей локальной сети. Так команды обрабатываются быстрее и не зависят от качества доступа в интернет. Кроме того, если какой-то из узлов сети вдруг «пропал», то соседи рядом смогут принять сигнал и отослать его дальше. Правда, нюанс в том, что передавать данные по цепочке умеют не все устройства, а только те, у кого встроена функция маршрутизации и есть внешнее питание — например, розетки или лампы.

С Wi-Fi команды обрабатываются через интернет-сервер. С ZigBee это происходит напрямую

Плюсы:

• Низкое электропотребление, что делает протокол идеальным для устройств с батарейным питанием, таких как датчики и термостаты.
• Надежность: если отключится роутер и перестанет работать интернет, гаджеты все равно смогут обмениваться данными.
• ZigBee – это открытый стандарт, поэтому устройства разных производителей могут взаимодействовать в одной сети.
• При подключении умного дома через ZigBee снижается нагрузка на сеть Wi-Fi.
• Можно виртуально распределять гаджеты по группам: например, собрать лампочки в одну «команду», чтобы потом их выключить одним нажатием кнопки.

Минусы:

• ZigBee не идеален в ситуациях, когда требуется высокая скорость передачи данных, например, потоковая передача видео с камеры наблюдения.
• Большинству устройств ZigBee необходим центральный концентратор для подключения и связи друг с другом. Этот хаб действует как координатор, управляя сетью и переводя сигналы между устройствами. Дополнительный концентратор увеличивает стоимость и сложность вашей системы умного дома. Если центральный координатор выйдет из строя (контроллер или хаб), вся сеть окажется под угрозой.
• Настройка сети ZigBee может быть более сложной по сравнению с Wi-Fi и Bluetooth.

Протокол Z-Wave: проникающая способность

Это аналог протокола ZigBee, только на других частотах. Если ZigBee работает в диапазоне 2,4 ГГц (как Wi-Fi и Bluetooth), то Z-Wave — на низких частотах в диапазоне 800-900 МГц, где меньше помех от бытовых устройств. Это обеспечивает надежность Z-Wave и снижает вероятность потери сигнала. Протокол идеально подходит для маломощных устройств — термостатов, выключателей света, датчиков, дверных замков, устройств открывания гаражных ворот

Долгое время Z-Wave был закрытым стандартом, поэтому все устройства с его поддержкой, вне зависимости от того, кто их производил, базируются на беспроводных модулях компании Sigma Designs, разработавшей протокол. Как следствие, все устройства совместимы друг с другом, но для них выпущено меньше программного и аппаратного обеспечения, чем для ZigBee.

Протоколы ZigBee и Z-Wave надежнее Wi-Fi за счет ячеистой структуры

Плюсы:

• Надежность и стабильность благодаря архитектуре ячеистой сети: если устройство отключается от сети, появляются альтернативные маршруты связи.
• Большая дальность связи между устройствами, обычно достигающая до 100 метров на открытом воздухе.
• Надежное шифрование для защиты данных умного дома.

Минусы:

• Как и ZigBee, Z-Wave не идеален для ситуаций, требующих быстрой передачи данных.
• При обмене данными между устройствами могут возникать небольшие временные задержки, хотя для большинства приложений умного дома это не является серьезной проблемой.
• Устройства с технологией Z-Wave обычно стоят дороже устройств, использующих более простые протоколы.
• Ассортимент совместимых устройств ниже, чем у других протоколов

Протокол Thread: лучшее от ZigBee и Wi-Fi

Протокол Thread сочетает сильные стороны ZigBee и Wi-Fi. От первого он взял ячеистый принцип построения сети и низкое энергопотребление. Thread также поддерживает интернет-протокол IPv6 — это дает возможность для каждого устройства иметь уникальный адрес, что важно для растущего числа гаджетов умного дома. Важный нюанс:

для взаимодействия со смартфоном владельца и внешней сетью устройствам, работающим протоколу Thread, нужен хаб, который называют пограничным роутером.

Поэтому, сеть устройств Thread включает в себя два вида устройств — с подключением к постоянному питанию (ретрансляторы, маршрутизаторы, умные колонки, экраны и так далее) и те, что работают автономно, от аккумуляторов и батареек — например, умные видеозвонки. Автономные устройства могут только отправлять сообщения о событии, а подключенные постоянно могут и принимать сообщения, и передавать команды. Например, при изменении температуры на улице датчик отправляет сообщение на хаб, и хаб уже определяет, где и как отобразить это изменение.

Плюсы:

• Надежность и безопасность благодаря ячеистой сети.
• Низкое энергопотребление, что благоприятно сказывается на сроке службы батареи устройств.
• Плавная интеграция с существующими сетями и облачными сервисами.
• Простота использования и удобство настроек.

Потенциальный минус:

• По сравнению с ZigBee и Z-Wave с их более крупными экосистемами, Thread — относительно новая технология. Устройств с его поддержкой представлено меньше, хотя их количество растет.

Протокол Matter: поддержка всех устройств

Многообразие протоколов для устройств умного дома заставило разработчиков и производителей подумать о создании универсального стандарта. В итоге появился новый протокол Matter. В нем реализована поддержка Bluetooth, чтобы быстро и привычным образом подключать новые устройства (поэтому радиус действия соединения небольшой). Поддержка сетей Wi-Fi в протоколе тоже есть, как и протокола Thread.

А еще в Matter реализованы специальные модули, которые позволяют подключать устройства с поддержкой других протоколов, называемыми «мостами». Эти «мосты» действуют как интерпретаторы, позволяя Matter взаимодействовать с устройствами, используя другие протоколы

Плюсы:

• Большая гибкость при выборе устройств для умного дома, можно не ограничивать себя конкретными брендами или протоколами.
• Акцент на безопасность и защиту экосистемы умного дома.
• Matter спроектирован так, что его можно адаптировать и развивать: в него будет просто интегрировать возможность работы с новыми протоколами, которые появятся в будущем.

Минусы:

• Поддержка «мостов» Matter зависит от производителя и конкретного устройства. Чтобы устройства с протоколами ZigBee или Z-Wave могли работать в сети протокола Matter, нужно чтобы в хабе был соответствующий «мост».
• Сертификацию Matter прошли больше тысячи продуктов, и многие из них уже в продаже, но среди них нет, например, роботов-пылесосов и камер видеонаблюдения. Поддержку этих устройств планируется запустить в ближайшее время.

Какой протокол выбрать для умного дома?

Планируя экосистему умного дома, учитывайте требования и характеристики ваших гаджетов. Обратите внимание на:

• дальность действия
• энергопотребление
• совместимость устройств между собой

Zigbee и Z-Wave

На данный момент — самый распространенный вариант, для которого легко найти совместимые устройства. Если нужно связать между собой устройства умного освещения (лампочки, умные светильники, светодиодные ленты), а также подобрать протокол для датчиков, розеток и бытовой техники, которыми можно удаленно управлять на большом расстоянии, стоит присмотреться к ZigBee.

При акценте на надежность и шифрование (умные дверные замки, гаражные ворота, сигнализация, детекторы движения) подойдет Z-Wave. Только стоит учитывать, что из-за закрытости прокола, ассортимент совместимых устройств ниже чем у альтернатив.

Thread и Matter

Новые протоколы, и в этом их плюс и минус. Главное достоинство — они надежны, современны, могут соединить между собой фактически любые устройства. Они подходят для широкого спектра гаджетов: от ламп и датчиков до бытовой техники и развлекательных систем. Наиболее перспективным выглядит универсальный Matter, и если вы только начинаете собирать экосистему умного дома, стоит обратить внимание именно на него.