Izvēloties bezvadu protokolu mājas automatizācijai

A Writer at Work / The Legend of Annie Christmas / When the Mountain Fell (Maijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Izvēloties bezvadu protokolu mājas automatizācijai


Kāds bezvadu protokols būtu jāizmanto mājas automatizācijas ierīces projektēšanā?

Tā kā lietiskais internets sāk izplatīt mūsu personīgo un profesionālo pasauli, viena no pirmajām vietām, uz kurām tā attiecas, ir bijusi mūsu mājās. Bezvadu tīklu, viedtālruņu un mākoņa savienojamības visuresamība ir radījusi bagātīgas iespējas, ka ierīču veidotāji, pateicoties gudrākam, pieslēgtām sadzīves ierīcēm, pievienosies mūsu mājām.

Tomēr ar iespēju ir konkurence, un bezvadu mājas automatizācijas telpā ir pārsteidzošs konkurējošo protokolu skaits. Aiz neskaidrības, ir metode, lai madness; šodien nav neviena vienota protokola, kas būtu optimāls katram lietošanas gadījumam, bet daudzi no šiem protokoliem ir izcilāki par konkrētiem lietojumiem IoT telpā. Apskatīsim top bezvadu protokolus, kas tiek izmantoti viedās mājas automatizācijas lietošanai šodien, kā arī daudzsološs jauns standarts, kas cer apvienot tos visus.

Z-viļņa

Ar vairāk kā tūkstošām ierīcēm un vairāk nekā simts uzņēmumu, kas ražo saderīgus produktus, Z-Wave pašlaik ir vispopulārākais bezvadu sakaru protokols mājas automatizācijai, un tajā nav redzamas palēnināšanās pazīmes. Z-Wave ir patentēts bezvadu protokols mājas automatizācijai, kas izstrādāts zemo jaudas, zemo frekvenču joslas platumu prasībām.

Z-Wave izmanto fizisko radio standartu IEEE 802.15.4 un izmanto tīkla tīklus, lai palielinātu darbības diapazonu un palielinātu tīkla stabilitāti. Atšķirībā no Bluetooth un ZigBee, kas darbojas 2, 4 GHz diapazonā, Z-Wave darbojas Eiropā ar 868MHz un Ziemeļamerikā - 915MHz. Darbojoties zem 1GHz frekvencēm, Z-Wave ir Bluetooth vai Wi-Fi tīkliem necaurlaidīgs signāls. Zemākā frekvence arī nodrošina Z-Wave augstāko diapazonu, ļaujot to darboties aptuveni trīs reizes tālāk nekā ZigBee.

Z-viļņu tīkla topoloģija ir acs, un katrs mezgls darbojas kā atkārtotājs, palielinot darbības diapazonu un ļaujot tīklam darboties, ja viens mezgls nedarbojas. Katram Z-Wave tīklam ir vismaz viens kontrolieris, parasti Wi-Fi pieslēgts mezgls, kurš komandā izsniedz tīklu un bieži darbojas arī kā vārteja uz internetu.

Kā patentētu protokolu visiem Z-Wave ierīču veidotājiem jāizmanto viena no Sigma Designs licencētajām SoC mikroshēmām (PDF). SoC pieeja ļauj lielākajai daļai dizainparaugu ieviest radio mikroshēmā bez ārēju MCU, vienkāršojot aparatūras izstrādi. Programmatūras izstrāde tiek veikta, izmantojot Sigma standarta SDK. Jaunākas 500 sērijas Z-Wave SoC piedāvā lielāku diapazonu līdz 150 m, 50% akumulatora darbības laiku un 250% lielāku joslas platumu, bet saglabā saderību ar visām iepriekšējās paaudzes Z-Wave ierīcēm. Pēc izstrādes produktiem jābūt sertificētiem, pirms tie var uzlikt Z-Wave logotipu.

Slēgtā sistēma nozīmē nedaudz augstākas cenas, bet tas arī nozīmē, ka Z-Wave produkti ir viegli savstarpēji savietojami.

Z-Wave robustā bez traucējumiem signalizācija un labāka savietojamība ar vairāk nekā tūkstošiem citu Z-Wave produktu tirgū padara to par spēcīgu izvēli IOT ierīcēm mājas automatizācijas telpā.

ZigBee

Kā atklāts standarts, kas tika izveidots 2005. gadā, izmantojot fizisko slāni IEEE 802.15.4, ZigBee bija pirmais lielākais bezvadu protokols, kas īpaši izstrādāts IoT. Tāpat kā Z-Wave, tā piedāvā mazjaudas darbību un tīkla tīklu.

Lai gan ZigBee ierīces ir pieejamas līdz pat 100 m brīvā dabā, tās bieži vien ir daudz mazākas, nekā tas, ka radio tiek pielāgots jaudas efektivitātei, nevis darbības diapazonam. Tomēr ZigBee tīklu veidošana ļauj veidot lielus tīklus, kas var iziet ārpus atsevišķas ZigBee ierīces diapazona. Acu tīkls ļauj tīklam darboties ārpus redzamības līnijas, ap stūriem, pagātnes šķēršļiem vai dažādos ēkas slāņos.

ZigBee nākotne ir neskaidra. Tās jaudas efektivitāti ir pārspējis Bluetooth Low Energy un vairāki jauni vai topošie protokoli, kuriem ir arī acu tīkls, ieskaitot jauno BLE versiju.

Lētu, labi kvalificētu ZigBee moduļu pieejamība līdz šim ir saglabājusi savu popularitāti, un tā padara par saprātīgu izvēli slēgtā tīkla IoT projektiem, taču tā sliktā savietojamība apgrūtina to uzskatīt par nozīmīgu mājas automatizācijas protokolu nākotnē.

Vītne

Izlaists 2015. gada jūlijā Thread ir ļoti daudzsološs jauns IP balstīts bezvadu mājas automatizācijas protokols, ko izveidoja Google Nest sadarbībā ar nozares vadītājiem, tostarp Samsung, Freescale un ARM.

Tēmas mērķis ir apvienot mājas automatizācijas produktus saskaņā ar vienu progresīvu protokolu, kas var darboties esošajā aparatūrā. Atšķirībā no Z-Wave un ZigBee, vītņu ierīces pēc būtības ir IP adresētas, izmantojot 6LowPAN tīkla slānī, lai katrai pavediena ierīcei piešķirtu savu IPv6 adresi. Tādējādi ir ļoti viegli sasaistīt Thread tīklus ar internetu un ievērojami vienkāršo integrāciju ar mākoņa lietojumprogrammām.

Tā vietā, lai ieviestu jaunu fizisko slāni, Thread izmanto 802.15.4 tāpat kā ZigBee un Z-Wave. Vītnes radio moduļi (PDF) jau ir pieejami tirgū, un daudzus esošos ZigBee radio moduļus var atjaunināt, lai atbalstītu Vītni. Tas arī nozīmē, ka daži pašreizējie ZigBee produkti var viegli pievienot Thread support.

Vītne atbalsta ļoti īsas ziņojumapmaiņas un "miegainas" ierīces, lai samazinātu enerģijas patēriņu. Tāpat kā ZigBee un Z-Wave, Thread atbalsta tīklu veidošanu spēcīgām tīkla arhitektūrām.

Vītņu kaudze Vēsmas grupas pieklājība

Svarīgi, ka Thread saka definē fizisko un tīkla slāņus, bet atstāj lietojumprogrammas slāni gaisā.

Līdz šim tikai Nest Weave izmanto Thread kā vietējo tīkla slāni. ZigBee Cluster Library (ZCL) arī paziņoja par saderību ar jauno protokolu, kas nozīmē, ka ZCL izstrādātas lietojumprogrammas tagad var darboties Thread tīklos.

Kā ļoti jauns protokols, Thread vēl nav redzējis plaši pieņemts Z-Wave. Bet ar pārdomātu, IP adresējamo dizainu, spēcīgu nozares atbalstu un spēju strādāt ar esošo silīciju, tam ir daudz darāmā.

Vītne ir protokols, ka mūsdienu IoT ierīču veidotājiem ir jāapsver atbalsts.

Bluetooth zema enerģija

Bluetooth zemā enerģija (BLE) 2010. Gadā pārsteidza Bluetooth 4.0 specifikāciju. Ar Bluetooth integrētu Android un iOS operētājsistēmās, BLE atbalsts jau ir iebūvēts šodienas viedtālruņos, padarot to par ļoti pievilcīgu protokolu ar klientiem saskaras ierīcēm, ieskaitot mājas automatizāciju.

Lai gan ierīcēm, kuras izmanto citus IoT protokolus (pat Thread!), Ir jābūt piekļūti caur vārteju, BLE ierīcēm var piekļūt tieši no viedtālruņa vai planšetdatora.

Atšķirībā no tradicionālā Bluetooth, kas bija paredzēts datu straumēšanai, Bluetooth Low Energy tiek optimizēta zemā joslas platumā un retāk, pārsteidzoši sakari. Tas padara to piemērotu sensoru un kontroles informācijas pārsūtīšanai. BLE var būt ļoti energoefektīvs un BLE bezvadu sensoriem, kas optimizēti efektivitātei, var sasniegt akumulatora darbības laiku nedēļās, mēnešos vai pat gados.

Kapteinis-vergu tipa savienojumi ir vispopulārākā BLE topoloģija. Kapteinis-vergu topoloģijā viena BLE kapteiņa ierīce var pieslēgties vairākiem vergiem, bet vergs savienos tikai ar vienu master. Šī topoloģija ir noderīga maziem asimetriskiem tīkliem, piemēram, viedtālrunim un tā perifērijai, automašīnai un tā elektroniskajām sastāvdaļām, kā arī rūpnieciskajam datoram un sensoriem tuvumā esošajās iekārtās. No otras puses, master-slave topoloģija ir mazāk piemērota, lai savienotu lielu ierīču skaitu vietējā tīklā.

Bez master-slave savienojumiem, Bluetooth Low Energy ierīces arī var sazināties, pārraidot datus uz tuvumā esošām ierīcēm. Šajā režīmā viena BLE ierīce pārraida neierobežotu skaitu klausīšanās ierīču. Piemēram, termostats var izmantot šo režīmu, lai regulāri pārraidītu informāciju par temperatūru.

Kā ļoti populārs protokols, BLE mikroshēmas ir samazinājušies un tagad ir ļoti pieņemamām cenām. Daudzi BLE mikroshēmas ir iebūvēti SoC dizainā ar integrētu lietojumprogrammu procesoru, kas ļauj ietaupīt efektīvas IoT ierīces un sensorus viegli un viegli.

Bluetooth zemās enerģijas visuresamība viedtālruņos padara to ideāli piemērotu mājas automatizācijas ierīcēm, un tās jaudas efektivitāte padara to pievilcīgu arī M2M komunikācijai. Lai izvairītos no traucējumiem, tā izmanto adaptīvās frekvences lēcienus, tādēļ tā var pastāvēt līdzās citiem bezvadu protokoliem, piemēram, Wi-Fi. Tomēr jāatzīmē, ka BLE nav tīkla tīklu protokols, tāpēc BLE diapazons ir ļoti atkarīgs no radio jaudas un vides šķēršļiem.

Bezvadu internets

Wi-Fi nekad nav bijis domāts mājas automatizācijai, un tas nav energoefektīvs zemas joslas platuma lietojumprogrammām salīdzinājumā ar citiem protokoliem. Tomēr tas joprojām ir ārkārtīgi svarīgs mājas automatizācijas protokols, jo gandrīz katrā mājā ir bezvadu tīkls.

Wi-Fi ierīces var izmantot esošos tīklus, nevis iestatīt savus. Tas padara to par ļoti pievilcīgu protokolu mājas automatizācijas ierīcēm, kas var vienkārši pieslēgties esošajiem mājas tīkliem.

Ņemot vērā negatīvos aspektus, papildus energoefektivitātes problēmām, Wi-Fi ir arī samērā liels kaudze, kam nepieciešama lielāka atmiņas un skaitļošanas jauda nekā citiem protokoliem. Tomēr ierīcēm, kurām ir pieejami resursi, tomēr bezvadu tīklu vispārizīgums un to pamatā esošais raksturs padara Wi-Fi atbalstu par vienu no labākajiem veidiem, kā nodrošināt lietotājiem vieglu savienojumu un sadarbspēju.

Protokola apsvērumi

Kā redzējām, katram no top bezvadu mājas automatizācijas protokoliem ir savas stiprās un vājās puses, kas padara to piemērotāku konkrētām lietojumprogrammām nekā citiem.

Ja sadarbspēja ir svarīga, jāņem vērā Z-Wave. Pašlaik tā ir lielākā sadarbspējīgo ierīču ekosistēma. Z-viļņojumam ir laba jaudas efektivitāte un tīkla tīkls ar labāku diapazonu nekā ZigBee un spēcīgāks signāls, jo tā darbojas zem 1GHz frekvencēm.

Mākoņu savienojamībai un "drošībai nākotnē" salīdzinoši jauns Thread protokols ir ļoti pārdomāts, IP adresējams dizains un lielāko nozares dalībnieku atbalsts. Tā ir aprīkota ar mazu jaudu, tīkla tīklu un IPv6 adresēšanu, lai to viegli integrētu ar mākoņa lietojumprogrammām. Pat ja tas ir jauns protokols, to ir viegli atbalstīt, jo tas darbojas esošajās 802.15.4 radioierīcēs un var pastāvēt kopā ar ZigBee.

Attiecībā uz zemas jaudas lietojumprogrammām ar zemu enerģijas patēriņu Bluetooth Low Energy pašlaik ir zemākais enerģijas protokols tirgū, kā arī tas, kurš ir vieglākais kaudze. Tas padara to piemērotu mazām, lētām ierīcēm, kurām nepieciešams uzlādēt ilgstoši. Turklāt lietotāji var tieši piekļūt šīm ierīcēm, izmantojot viedtālruni vai planšetdatoru, bez nepieciešamības iet caur malu ierīci vai centrmezglu.

Visbeidzot, lai maksimāli izmantotu lietošanu, ir grūti strīdēties ar Wi-Fi. Tas būs vislabākais ierīcēm, kuras var pieslēgt strāvas padevei, jo Wi-Fi nav ļoti energoefektīvs, bet ar to nodrošina ātrumu. Wi-Fi izceļas ar lielas joslas platuma lietojumprogrammām, piemēram, drošības kamerām. Turklāt Wi-Fi tīklu visuresamība un tā raksturīgā IP adreses dēļ Wi-Fi ir pievilcīgs protokols jebkurai IoT ierīcei, kas spēj to atbalstīt.


Rūpniecības raksti ir satura veids, kas ļauj nozares partneriem dalīties ar noderīgām ziņām, vēstījumiem un tehnoloģijām, izmantojot lasītāju All About Circuits, tādā veidā, ka redakcionālais saturs nav piemērots. Visiem rūpniecības izstrādājumiem tiek piemērotas stingras redakcionālas vadlīnijas, kuru nolūks ir sniegt lasītājiem noderīgas ziņas, tehniskās zināšanas vai stāstus. Rūpniecības izstrādājumos izteiktie viedokļi un viedokļi ir partnera tieksme un viedokļi, bet ne obligāti viss par shēmām vai tā autoriem.