Sustavi pametne kuće trebaju radio vezu za bežično umrežavanje uređaja. Međutim, ne postoji samo jedan, već mnogo različitih radio standarda za kućnu automatizaciju. Ovdje objašnjavamo zašto je to tako i što to znači za dizajn pametne kuće.
ZigBee & Co.: Što biste trebali znati o bežičnim standardima pametne kuće
- Bežična veza u pametnoj kući mora prenositi podatke sigurno i brzo uz malu potrošnju energije.
- WLAN nudi visoku brzinu prijenosa, ali zahtjeva puno energije, zbog čega se bežični standard nije uhvatio u pametnim kućama.
- Senzori na baterije koji šalju male količine podataka uglavnom koriste ekonomične protokole poput ZigBee, Z-Wave ili EnOcean, koji su, poput WLAN-a, slobodno dostupni svim proizvođačima.
- Osim otvorenih radio standarda, postoje i privatni poput Homematic IP-a koji pripadaju tvrtki. Uređaji su tada kompatibilni samo u vašem vlastitom sustavu pametne kuće ili sa sustavima koje je zajedno razvio proizvođač. Ti se radio standardi također nazivaju "vlasničkim".
Zašto su radijski standardi važni?
Svatko tko je ikada očajnički pokušao surfati Internetom usred šume ili na autocesti, zna koliko su važne stabilne radio veze. Isto se odnosi i na pametne kućne uređaje koji bi trebali međusobno razmjenjivati informacije u kući bez smetnji. Jer baš kao i pametni telefoni, pametni kućni sustavi temeljeni na radiju komuniciraju pomoću elektromagnetskih valova.
Radio standardi poput ZigBee, Z-Wave, WLAN ili EnOcean uglavnom se temelje na modulaciji radija i mikrovalnih pećnica, koje pripadaju niskofrekventnom dijelu elektromagnetskog spektra. Da bi se to učinilo, val se promijeni na takav način da može prenositi informacije (slike, jezik, glazbu, tekst). U Njemačkoj Savezna mrežna agencija izdaje frekvencije za radijski promet. Mnogi protokoli na polju pametnog kućnog radija koriste ili takozvani ISM opseg (industrijski, znanstveni i medicinski opseg) između 2,4 i 2,5 GHz ili SRD opseg (uređaj kratkog dometa) između 863 i 870 MHz.
Bežični standardi za pametni dom kreću se između radio valova i infracrvene veze.
Da bi se pametnim kućnim uređajima moglo upravljati pametnim telefonom ili tabletom, radio frekvencija pametnog doma mora se prevesti u WLAN signal. Zbog toga je za većinu pametnih kućnih sustava neophodan radio most (također pristupnik ili kontrolni centar). Povezan je s WLAN usmjerivačem kod kuće.
Kako se razlikuju ZigBee, Z-Wave, WLAN & Co.
Radio veze trebaju prenositi podatke sigurno, brzo i bez smetnji. Međutim, zahtjevi se mijenjaju ovisno o području primjene. Na primjer, sa sustavima video konferencija moraju prenijeti ogromne količine podataka. S druge strane, senzori temperature ili pokreta u pametnim kućama šalju samo male podatkovne pakete. Ovdje bi bežični standard prvenstveno trebao raditi ekonomično kako bi baterije trajale što dulje.
Širina pojasa
Radio standard koristi određeni raspon frekvencija. Propusnost pokazuje udaljenost između gornje i donje frekvencije ovog raspona. Na primjer, većina bežičnih usmjerivača koristi frekvencijski raspon od 2,4 do 2,4835 GHz. Propusnost u ovom slučaju iznosi 83,5 MHz. Što je veća širina pojasa, može se prenijeti više podataka.
kanali
Da bi se izbjegle smetnje, između jednog i sljedećeg kanala mora postojati jaz. Za WLAN mreže u frekvencijskom opsegu 2,4 GHz dostupna su četiri kanala koji se ne preklapaju sa širinom kanala 20 MHz i razmakom 5 MHz. Brzina
prijenosa
Brzina prijenosa je vrlo važna u bežičnom internetu. Iz tog se razloga WLAN etablirao kao bežični standard za prijenosna računala, računala i pametne telefone. Usmjerivači sa standardnim Wifi 5 (802.11 ac) upravljaju do 1.300 Mbit / s. To je dovoljno za ugodno emitiranje serija. Z-Wave Smart Home bežični standard u usporedbi dolazi s brzinom od 9,6 Kbit / s. To je dovoljno za slanje naredbi između prekidača i senzora.
Visoke stope prijenosa potrebne su za video razgovore. WLAN je ovdje vrlo pogodan kao radio standard.
Proizvođači raspona često određuju domet na otvorenom za bežičnu vezu. U zatvorenim sobama, međutim, prepreke usporavaju prijenos elektromagnetskih valova. Lagani građevinski elementi izrađeni od gips ploče, zidovi s čeličnim elementima i cijevi za vodu ometaju radio prijenos. WLAN ima teoretski domet od 300 metara - međutim, u praksi se razina signala smanjuje nakon samo nekoliko metara. Frekvencija radio signala je također presudna: što je veća, to je kraći domet.
Sigurnosni standard
Bežični prijenos posebno je sklon krađi podataka. Iz tog razloga svi bežični standardi u bežičnoj mreži Smart Home imaju sigurnosni protokol koji šifrira podatke. Ipak, niti jedan bežični standard nije sto posto siguran od hakerskih napada. Pročitajte naš članak o tome: Koliko je pametna kuća sigurna?
Zašto ne odmah koristiti WiFi za sve pametne kućanske uređaje?
95 posto svih Nijemaca ima internetsku vezu, većina ih ima WLAN usmjerivač. Pa zašto ne koristiti WLAN kao standard za pametne kućne sustave? Za to postoje višestruki razlozi:
Velika potrošnja energije
U usporedbi s drugim bežičnim vezama, WLAN ima visoku brzinu prijenosa. To također znači da WiFi uređaji troše puno energije. To je posebno nepovoljno za uređaje na baterije. Velika širina pojasa i velika brzina nisu potrebni za male senzore koji prenose samo kratke poruke.
Preklapanja
Iznad svega u stambenim zgradama dolazi do smetnji kada previše uređaja u susjednim WLAN mrežama koristi frekvencijski raspon 2,4 GHz.
Ograničeni domet
Ometanje signala s drugih uređaja koji koriste isti frekvencijski opseg također smanjuje domet radio veze.
Koja je razlika između otvorenih i zaštićenih bežičnih standarda?
- S otvorenim radio standardima kao što su ZigBee i Bluetooth, tehnologija je besplatno dostupna svim proizvođačima. Često nekoliko tvrtki razvija protokole u krovnoj organizaciji. Prednost je visoka razina kompatibilnosti čak i s različitim sustavima pametnih kuća. Homee je dobar primjer potpuno otvorenog sustava pametne kuće na koji se mogu povezati svi uređaji koji koriste otvorene radio standarde.
- Sa zaštićenim (zatvorenim) radio standardima kao što je Homematic IP, proizvođač razvija vlastiti protokol. To osigurava veću sigurnost tijekom prijenosa podataka. Uređaji pametne kuće mogu se povezati samo s uređajima istog proizvođača. Ovu se prepreku može zaobići odgovarajućom kompatibilnošću pomoću "ljepljivih aplikacija" poput IFTTT-a ili aplikacije Alexa.
- U slučaju otvorenih radio standarda, kôd protokola je otvoreni izvor. To znači da bilo koji proizvođač može unijeti promjene. Uređaji s istim radio standardom stoga nisu nužno međusobno kompatibilni. Međutim, budući da mnogi proizvođači žele da njihovi proizvodi mogu biti spojeni na što više različitih sustava, kompatibilnost je izgledna.
Usporedba s bežičnim standardima pametne kuće
|
Maksimalna brzina |
Doseg u |
frekvencijski |
Potrošnja |
primjena |
Proizvođač |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
BEŽIČNI PRISTUP INTERNETU |
1.000-1.300 |
50 m |
2,4-2,48 GHz |
visoko |
Bežični |
Belkin WeMo DLink Tado Google početna Netatmo prsten |
|
Bluetooth 5.0 s |
1-3 Mbit / s |
10 m |
2,40-2,48 MHz |
niska |
Pametni kućni uređaji | |
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
niska |
Automatizacija zgrada |
Philips Hue Ikea Tradfri Osram Xiaomi Samsung Pametna kuća Homee |
|
Z-val |
9,6-40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
niska |
Automatizacija zgrada |
Fibaro Honeywell Neo Samsung SmartThings Pametna kuća Homee Devolo Merten |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
vrlo nisko |
Senzori temperature , |
Siemens Mediola Pametna kuća Homee Somfy Vagona |
|
Homematic |
9,6 kbit / s |
20-30 m |
868-869,52 MHz |
niska |
Upravljanje energijom , |
HomeMatic Max! Qivicon / Magenta Innogy |
|
DEKTULA |
1,1 Mbit / s |
30-50 m |
1,89-1,90 MHz |
niska |
Automatizacija zgrada |
Magenta pametna kuća AVM Gigaset |
Radio standardi: ukratko prednosti i nedostaci
1. WLAN
Već 1970-ih pokušavalo se izmisliti radio veze za brzi prijenos podataka. 1971. mreža ALOHAnet povezala je sedam računala na četiri različita havajska otoka koristeći radio protokol Aloha. Radio protokol IEEE 802.11, koji se danas koristi svugdje, postoji od 1997. Dvije godine kasnije uspostavljen je WiFi Alliance s ciljem certificiranja WLAN uređaja i daljnjeg razvoja tehnologije.
Ringovo pametno zvono na vratima komunicira s Alexa uređajem putem Wi-Fi-ja.
funkcionalnost
- Trenutne WiFi mreže temelje se na radio standardima IEEE-802.11n i 802.11ac (WiFi 4 i WiFi 5).
- Teoretske brzine prijenosa su 600 Mbit / s ili 1500 Mbit / s. Međutim, u praksi je brzina prijenosa podataka niža jer mnogi usmjerivači ne mogu paralelno primati više tokova podataka.
- WLAN usmjerivači koriste frekvencijski opseg 2,4 GHz s četiri kanala koji se ne preklapaju, noviji modeli također koriste frekvencijski opseg 5 GHz s 19 kanala.
koristi
- zasigurno
- visoka brzina prijenosa
hendikep
- energetski intenzivno
- Česte smetnje zbog velikog broja korisnika, posebno u opsegu 2,4 GHz
- u 5GHz nižem opsegu zbog visoke frekvencije
Aplikacije
Unatoč svojoj gladi za energijom, WLAN radio standard igra glavnu ulogu u postavljanju pametnog doma:
- u komunikaciji između Smart Home Hub-a i usmjerivača
- za uređaje poput pametnih televizora i fotoaparata koji prenose velike količine podataka (videozapisi)
Sustavi pametne kuće s WLAN-om
- Belkin WeMo
- D-Link
- Tado
- Google početna
- Netatmo pametna kuća
- Prsten (pametna video zvona)
2. Bluetooth niska potrošnja energije (BLE, 5.0)
Godine 1998. Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba i Intel razvili su Bluetooth standard. Godine 1999. Bluetooth Special Interest Group (BT SIG) objavila je specifikacije za prvi Bluetooth protokol. U godinama koje su slijedile Bluetooth je postao jedan od najvažnijih radio standarda za bežični prijenos između mobitela i računala ili za Bluetooth slušalice. Od verzije 4.0 nadalje koristi znatno manje energije, pa otuda i naziv Low Energy (Bluetooth LE).
Zbog kratkog dometa Bluetooth je manje prikladan za pametnu kuću. Radio standard je prikladniji za slušanje glazbe putem bežičnih slušalica.
Funkcionalnost
Bluetooth bežični standard koristi poput bežičnog ISM opsega od 2.402 do 2.480 GHz.
- Uređaj odašiljača (master) sinkronizira se s prijemnikom (slave). Oba uređaja moraju odobriti vezu za to.
- Pošiljatelj i primatelj uspostavljaju vezu od točke do točke u takozvanoj piko mreži. Svaki uređaj ima 48-bitnu adresu koja ga identificira.
- Odašiljač mijenja frekvenciju unutar frekvencijskog pojasa 1.600 puta u sekundi (postupak skakanja frekvencije). Prijemnik sondira signale s odašiljača svake 2 sekunde dok se veza ne uspostavi.
koristi
- široko korištena, dakle visoka kompatibilnost
- niska energija
hendikep
- kratak domet
- loša stabilnost
Primjene
U području automatizacije i sigurnosti kuće, malo se proizvođača oslanja na Bluetooth, ali to je jedan od vodećih bežičnih standarda za nosivu i zabavnu elektroniku. Korisne aplikacije na području pametnog doma uključuju elektroničke brave za vrata ili pametne otvarače za garažna vrata.
3. ZigBee
2002. godine razne su tvrtke osnovale ZigBee Alliance. Radijski standard namijenjen je omogućavanju prijenosa podataka u mrežama s malim količinama podataka i minimalnom potrošnjom energije. U godinama koje su slijedile ZigBee se nametnuo kao vodeća tehnologija u industrijskoj automatizaciji, posebno za upravljanje prekidačima i senzorima.
ZigBee je predodređen za pametnu kuću zbog svoje male osjetljivosti na neuspjeh. Između ostalog, Philips Hue temelji se na ZigBeeu kao pametnom svjetlu.
funkcionalnost
- Kao i Bluetooth, ZigBee koristi IEEE standard 802.15.4 i proširuje protokol za tri sloja.
- U mrežastoj mreži pojedinačni pametni kućni uređaji ne primaju nužno samo poruke sa središnjeg prolaza. Svaki uređaj postaje mnogo više mrežni čvor i može prenositi informacije. Na primjer, svjetiljke i temperaturni senzori povezani na glavčinu također međusobno komuniciraju.
- Ako glavčina ne uspije, žarulja i dalje prima naredbu "Nastavi žarulju" od osjetnika temperature. U velikim stanovima i kućama s nekoliko soba veza obično radi bez ometanja unatoč zidovima.
Primjene
Uređaji pametne kuće u automatizaciji kuće, poput pametne kontrole grijanja, senzora za prozore i vrata ili svjetla, najviše koriste ZigBee.
koristi
- mala potrošnja energije
- mala osjetljivost na neuspjeh
- velika distribucija, otuda i velik izbor proizvođača
hendikep
- nijedna
Sustavi pametne kuće sa ZigBee
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Pametna kuća Homee
- Bosch
4. Z-val
Danska tvrtka Zensys 1999. godine razvila je Z-Wave radio standard kao vlasničku tehnologiju. 2005. su razni proizvođači osnovali Z-Wave Alliance koji ima članove kao što su Huawei i Fibaro. Tehnološka tvrtka "Silicon Labs" sada posjeduje prava na tehnologiju. Krajem 2019. godine Silicon Labs objavili su da žele Z-Wave učiniti otvorenim bežičnim standardom.
Z-Wave je vrlo popularan među proizvođačima pametnih kućnih uređaja. Pametni senzor tvrtke Fibaro mjeri kretanje, temperaturu i svjetlost, a zasnovan je na Z-Waveu kao bežičnom standardu.
funkcionalnost
- Podaci se prenose u frekvencijskom opsegu 868 MHz uz pomak frekvencije od 20 kHz.
- Z-Wave uređaji čine mrežu koja ima jedinstveni ID. Svaki uređaj u mreži ima ID koji je definiran u ugrađenom čipu.
- Kao i kod ZigBeea, uređaji međusobno komuniciraju u mrežnoj mreži sličnoj mrežnim repetitorima. Bežična mreža radi glatko što su uređaji na električni pogon integrirani u pametnu kuću.
- Primatelj mora potvrditi svaku poruku.
koristi
- Niske smetnje zahvaljujući upotrebi frekvencijskog pojasa od 868 MHz
- mala potrošnja energije
- velika distribucija, otuda i velik izbor proizvođača
- može se povezati do 232 uređaja
hendikep
- niska brzina prijenosa, ali dovoljna za male senzore
Sustavi pametne kuće sa Z-Waveom
- Fibaro
- Honeywell
- Neo
- Samsung SmartThings
- Pametna kuća Homee
- Devolo
- Merten
- Vivint pametna kuća
5. EnOcean
2001. godine Siemens je osnovao EnOcean GmbH s ciljem razvoja protokola za bežičnu komunikaciju u industriji. Savez EnOcean, osnovan 2008. godine, uključuje preko 400 tvrtki, uključujući Honeywell, IBM i Microsoft.
Uređaji Enocean stvaraju vlastite potrebe za električnom energijom samo pritiskom na gumb. Pametni dom iz Homeea jedan je od načina korištenja bežičnog standarda.
Kako to radi
EnOcean bežični standard koristi princip prikupljanja energije. Senzorima nije potrebna baterija.
- Pretvarač energije stvara električnu energiju iz pokreta poput pritiska prekidača za svjetlo.
- Na primjer, mini solarne ćelije se napajaju električnom energijom iz izvora svjetlosti.
- Peltierovi elementi generiraju električnu energiju kroz temperaturne razlike, na primjer između radijatora i okoline. Dovoljna je temperaturna razlika od dva stupnja.
koristi
- gotovo nikakva potrošnja energije
hendikep
- prikladno samo za male senzore i male količine podataka
Aplikacije
Vrlo niskoenergijski radio standard koriste pametni kućni uređaji koji šalju kratke poruke ili naredbe. Ovi su:
- Senzori pokreta ili detektori pokreta
- Senzori temperature
- CO2 senzori
Sustavi pametne kuće s EnOceanom
- Siemens
- Mediola
- Pametna kuća Homee
- Somfy
- Vagona
- Eltako (sigurnosna tehnologija)
- NodOn (detektor pokreta)
6. Homematic IP (BidCoS)
Iza robne marke Homematic IP stoji vlasnički radio standard BidCoS (Bidirectional Communication Standard). Izumitelj je njemačka tehnološka tvrtka eQ-3, osnovana 2007. godine, koja koristi svoj Homematic IP standard za vlastite sustave pametnih kuća (Max!, Homematic), ali ga također čini dostupnim svojim suradničkim partnerima Innogy i Qivicon. Qivicon je velika platforma pametnog doma koja je ujedno i osnova za Qivicon / Magenta SmartHome, na primjer.
Homematic IP vlasnički je radio, uređaji rade u suradnji, ali također s Magenta i Innogy.
funkcionalnost
- BidCoS je dvosmjerni protokol. To znači da primatelj uvijek mora potvrditi poruku.
- Radio standard prenosi podatke s AES autentifikacijom i 128-bitnom enkripcijom.
koristi
- visoka sigurnost
hendikep
- nije kompatibilan s drugim sustavima pametne kuće (osim za suradnike)
Sustavi pametne kuće s Homematic IP / BidCoS
- HomeMatic
- Max!
- Qivicon / Magenta SmartHome
- Innogy
7. Dect ULE
Radio standard DECT (za digitalnu poboljšanu bežičnu komunikaciju) proširio se već 1990-ih pojavom bežičnih telefona. Varijanta protokola DECT ultra niske energije (ULE) optimizirana je za malu potrošnju energije.
Uređajima Dect Ule možete upravljati izravno putem Fritz! Boxa. Na primjer, pametna utičnica tvrtke AVM.
funkcionalnost
- DECT ULE ne znači jedan protokol, već mnoge protokole različitih proizvođača u opsegu od 1.890-1.900 MHz.
- Da bi međusobno komunicirali, pametni kućni uređaji koji koriste DECT ULE protokol trebaju pristupnik kao središte za dolazne i odlazne poruke.
Primjena
Radio standard ne koristi se samo za telefone i usmjerivače, već i za pametne svjetiljke i senzore.
koristi
- Niske smetnje zahvaljujući vlastitom frekvencijskom opsegu
hendikep
- koristi se relativno rijetko
Sustavi pametne kuće s Dect ULE
- Magenta pametna kuća (Telekom)
- AVM (Fritz! Kutija)
- Pametna kuća Gigaset Elements
Kombinirajući različite standarde
Otvoreno dizajnirani pametni kućni sustavi nude mogućnost kombiniranja različitih bežičnih standarda. Širok spektar standarda pametne kuće integriran je u kontrolne centre sustava kao što su Magenta ili Homee.
"Ljepljive aplikacije" poput IFTTT, iHaus, Apple HomeKit, Google Assistant ili Amazon Alexa djeluju i kao most između pametnih kućnih uređaja s različitim bežičnim standardima. U principu, informacije iz različitih aplikacija procjenjuju se u središnjoj aplikaciji. Na primjer, senzor D-Link šalje zvučni signal kad Arlo senzor detektira kretanje. Preduvjet je da su pojedinačni uređaji kompatibilni s odabranom aplikacijom ljepila.
KNX-RF: Proširite sabirnički sustav radio uređajima
Za nove zgrade ili naknadnu instalaciju pametnog doma u staroj zgradi, vlasnici mogu razmisliti žele li upravljati pametnim domom putem kabelske instalacije umjesto radija. Ili se kabel za napajanje može koristiti kao element veze (sustav dalekovoda) ili kao zasebni sustav sabirnice koji prolazi kao drugi vod pored dalekovoda (sustav KNX). KNX sabirnica omogućuje integraciju pametnih kućnih uređaja različitih proizvođača i može se kombinirati s Powerlineom i Ethernetom.
Za KNX sustav sada postoji i hibridno rješenje koje se sastoji od žičnih i radio-zasnovanih uređaja kojima se može upravljati putem istog korisničkog sučelja. Ovo je korisno, na primjer, za proširenje žičane pametne kuće s dodatnim funkcijama. Odgovarajući radio standard naziva se KNX-RF. Čista bežična pametna kuća također se može implementirati pomoću ove tehnologije, što je također moguće s bežičnim standardima u gornjoj usporedbi. Budući da su veza i programiranje relativno složeni, KNX-RF je usmjeren više na KNX stručnjake i vlasnike koji žele kombinirati KNX i KNX-RF.
