Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня мы расскажем о большинстве популярных и не очень протоколах, которые используются для связи устройств в вашем настоящем, или будущем Умном доме. Мы надеемся, что данный текст поможет вам определиться с выбором девайсов, а возможно, даже прольет свет на некоторые проблемы, с которыми вы могли столкнуться. Большинство протоколов используется в готовых решениях, о которых мы рассказывали Вам ранее, поэтому многие слова уже будут для Вас знакомы.
Беспроводные
Самый популярный вид протоколов. В основном - из-за более простой установки оборудования, но важную роль имеет и отсутствие необходимости вмешательства в ваш ремонт. Не многие задумываются об Умных домах на этапе поклейки обоев и штроблении стен под проводку. Среди беспроводных алгоритмов передачи данных мы выделим шесть наиболее известных:
Один из самых популярных протоколов. Используется повсеместно из-за своей низкой цены на модули и высокого энергосбережения. Если вы сталкивались с устройствами для умного дома, то вы немного имеете представление о этом протоколе. Стандарт поддерживает Mesh сети, шифрование и прочие модные штуки. Был создан в далеком 2006 году, как замена протоколам Bluetooth и WiFi, в силу повышенной скорости "просыпания" датчиков и более долгой жизни от аккумулятора.
Есть у протокола и изъян в безопасности, о котором мы писали ранее. К минусам также можно отнести пресловутый "вендор лок", который не позволяет, например, датчик от Xiaomi подключить к шлюзу от Ikea. Эта проблема вас не коснется, если использовать USB стик, вроде Conbee или cc2531.
Так же как и предыдущий обозреваемый, данный протокол работает по беспроводу. И так же умеет строить Меш сети. Устройства с этим протоколом получаются заметно дороже чем зигби, по причине высокой стоимости лицензирования чипа. Надо понимать также, что вы можете столкнуться с невозможностью использования устройств для разных стран в совокупности. Это связано с разными частотами, лицензированными в разных странах. Если выберете этот путь - проще покупать все железки с евро частотой. Во-первых - их больше, а во-вторых - они дешевле. Считается более надежным и изученным протоколом, в отличие от зигби.
Это пожалуй самый неудачный протокол для девайсов среды умного дома. Во-первых, в большинстве случаев вы сможете получить доступ к своим железкам только находясь рядом с ними. Во-вторых, даже находясь дома, радиус действия сильно меньше того же WiFi и прочих радио. Нет, я не спорю, есть интересные решения, которые можно использовать, потому как альтернатива зачастую сильно дороже, но обычно это исключения из правил и их можно пересчитать по пальцам одной руки. У Xiaomi например появились умные BLE Mesh лампочки, которым в теории и отдаленность от хаба не помеха, но хаб все равно нужен.
IR
Еще более древняя технология, которую тащат в Умный дом исключительно для совместимости со старыми устройствами, не имеющими альтернативных каналов управления. К ним можно отнести кондиционеры, вентиляторы и некоторые люстры с пультом ДУ. Для интеграции этих, не особо умных устройств, используют так называемые ИК мосты. Делать свое жилище умным, используя эту технологию в чистом виде - сущее безумие и никто (мы надеемся) так не извращается. ИК, по сути, состоит из сплошных минусов: маленький радиус действия, большое количество непонятных визуально команд, необходимость считывать каждую команду руками, если у вас какое-то экзотическое устройство, ну и конечно же - пресловутое отсутствие обратной связи.
Очень популярное решение для устройств, постоянно подключенных к электропитанию. В принципе, вариант имеет шансы на жизнь, но надо понимать, что это, в основном, устройства на частоте 2,4 ГГц, а с помехами в этом диапазоне бодаться просто бесполезно. Вот такая картина, например, у меня в не самом густонаселенном районе:
Не удивляйтесь, что ваши устройства могут работать нестабильно, а если вы будете пользоваться этой сетью и для мобильных устройств - скорость будет далеко не самая высокая. Самым хорошим выходом в данной ситуации будет приобретение отдельной точки доступа для телефонов/планшетов/ноутбуков, причем крайне желательно, что бы она была 5Ггц, тем самым, вы разграничите по частотам важные устройства, и не привнесете дополнительных помех в систему умного дома.
Речь в данном разделе пойдет как об устройствах работающих на 433 частоте, так и на 868, в принципе работы которых, по сути, больше различий и нет. Это относительно старая технология, использовавшаяся, в основном, для управления светом и некоторыми беспроводными датчиками. Минус ее в том, что в большинстве случаев работают эти устройства без обратной связи. То есть принцип примерно как в пультах от телевизора - вы отправляете команду на включение, и надеетесь, что ничего не заглючит, все будет окей и устройство ее примет. Строить УД на этой радиотехнологии сейчас точно не стоит.
Однако несколько исключений из данного правила все-таки можно назвать. Это девайсы компании Noolite, предлагающей пользователям умные выключатели и датчики. А также термоголовки фирмы MAX!, работающие на частоте 868. Ну и наши партнеры Gidrolock и DeLumo также работают на частоте 868 МГц.
Что в итоге по беспроводу?
А в итоге у нас вполне жизнеспособные решения, за редким исключением. В зависимости от поставленных перед вами задач, определенного бюджета, или технических мировозрений, можно использовать соответствующие устройства. Также никто не мешает вам совмещать одно с другим и комбинировать, например, Zigbee и WiFi, добавив к этому капельку Z-Wave. А кое-где, без комбинаций никак не обойтись. Zigbee шлюз от Xiaomi, например, общается с вашим телефоном и внешним миром через WiFi точку доступа. Термоголовки от MAX!, которые работают на 868 частоте, также требуют для полноценной работы WiFi/Ethernet шлюз. А еще, при использовании совместно WiFi, Zigbee и Bluetooth, вы можете столкнуться с таким замечательным явлением, как "Интерференция". Протоколы работают на близких радиочастотах, и их волны могут накладываться друг на друга, образуя помехи:
Не стоит этого бояться, так происходит не у всех, но надо помнить данный факт при построении своей сети умных устройств. Ну и пожалуй, все вы наверняка знаете главного врага ваших беспроводных девайсов - батарейки. Да, к сожалению технологию, которая позволит питаться от одного элемента десятилетиями еще не изобрели, поэтому помните про своевременную замену элементов питания!
Проводные
В дальнейшем речь пойдет про интерфейсы связи, вокруг которых разные вендоры могут строить свои обвязки, поэтому для упрощения понимания мы тоже будем называть их "протоколами". Протоколы этого же типа используются в быту рядовыми пользователями гораздо реже, в силу того, что провод, висящий посреди стены, толком никуда не спрячешь. Да и заранее все предусмотреть не у всех получается. Но огромным плюсом проводов, несомненно, является как более стабильная работа устройств, так и независимость от встроенной батарейки, которые периодически все же придется менять. Пару из таких протоколов можно встретить в SprutHub и Wirenboard. Итак, среди проводных протоколов можно выявить 5 наиболее часто используемых:
Наверное, самый популярный стандарт в проводных устройствах Умного дома. Протокол Modbus использует именно его как основу. Для связи приемника и передатчика используется одна витая пара, по которой передаются только данные. Питание как на приемник, так и на передатчик, необходимо подавать отдельно. Общение в данной сети осуществляется путем передачи от передатчика к приемнику разницы напряжений на концах сигнальных проводов. Максимально возможное количество устройств, сидящих на одной линии, с учетом использования усилителей - 256, а максимальная длина кабеля может достигать 1200 метров. В силу принципа работы протокола, необходимо обеспечить отсутствие наводок на дата кабель, поэтому на больших расстояниях очень желательно использовать экранированную витую пару. По сути, у стандарта нет привязки к определенному вендору, и с тем же Wirenboard можно использовать и датчики других проиводителей, работающих по протоколу modbus.
С этим протоколом сталкивался практически каждый, кто пользуется домофонным ключом в виде таблетки:
Для связи устройства с приемником необходимо всего два контакта: дата и земля. В передатчике, обычно, устанавливается небольшой конденсатор, который, заряжаясь от данных контактов, дает питательную энергию самому чипу 1-wire. Кроме домофонных ключей, сложно найти применение данной технологии для ее нарочитого использования, однако ее можно встретить повсеместно - в аккумуляторах сотовых телефонов и ноутбуков. Используются они, в основном, для передачи несложных данных, в виде потребляемого тока, температуры и прочего.
I²C - еще один представитель протоколов с двухпроводным соединением устройств. Распространен в DIY среде как простой способ взаимодействия между платами, не требующий большого количества приемников. На одной паре проводников может быть подключено до 128 устройств. Скорость передачи данных в данном протоколе - 100 Кбит/с, однако она может падать до 10 Кбит/с, в случае включения в общую шину медленных устройств. Именно этот протокол использует, например, контроллер Wirenboard для обмена данными с, подключаемыми непосредственно в стык к головному устройству, модулями. Также в пример можно привести взаимодействие в DIY проектах платы ESP с OLED дисплеем в прошивке ESPHome.
Дорого, престижно, надежно. Наверное лучше устройства с этим протоколом не охарактеризуешь. Считается своеобразным айфоном на рынке домашней автоматизации. Цены на продукцию, в основном, соответствующие. Как вам, например, двуклавишный выключатель от Schneider Electric за 22 тысячи деревянных? И это еще не самое дорогое решение. Ну и конечно же, для настройки и дальнейшего запуска своих девайсов, вам понадобится KNX контроллер, который весьма не дешев. Протокол сложен в настройке и подойдет для реализации далеко не каждому покупателю энтузиасту. В свою очередь, данный стандарт гарантирует стабильность и надежность работы системы в дальнейшем.
Некоторым нашим читателям данный протокол тоже знаком. Его часто используют в автомобилестроении для связи бортового компьютера с периферией машины. Интересной особенностью данного протокола является обратная зависимость скорости передачи данных от длины проводников. Чем больше длина кабеля, тем медленнее получится передавать по ним информацию:
1 Мбит/с40 м500 кбит/с100 м125 кбит/с500 м10 кбит/с5000 м
В Быту применяется, в основном, в климатическом оборудовании, вроде котлов и кондиционеров, для обмена данными с управляющего пульта до мозгов устройства. Некоторые, используя специальные платы преобразователи, перехватывают команды и получают управление техникой в своем умном доме. В простонародье же мало где можно встретить использование этого протокола, как основного.
Итого по проводам
Как можно заметить, некоторые протоколы очень похожи друг на друга, а некоторые - абсолютно разные. Какие-то встречаются чаще, какие-то - реже. Объединяет их всех, по сути, только использование кабеля, или кабелей для приема и передачи данных. Кое-что можно использовать и в быту самостоятельно при построении сети, а остальное - настолько редкое или дорогое, что о нем приходится только читать статьи или наблюдать за работой, не вмешиваясь.
Заключение
Какие можно сделать выводы из нашего сегодняшнего опуса? Хороши оба типа используемых протоколов. И если правильно и грамотно подходить к созданию своей автоматизированной системе умного дома, то можно использовать как провод, так и радиоэфир. Тяжело будет сделать незаметные проводные термоголовки для своих радиаторов, никто не будет спорить, что Z-Wave справится лучше. Так и в случае с только начавшимся ремонтом - проще протянуть провод до некоторых выключателей или датчиков. Не стоит зацикливаться только на одном типе протокола, они хорошо и в гармонии живут рядом друг с другом. И именно это может позволить вам выстроить свое жилище таким образом, что бы оно приносило вам счастье, от его использования долгие годы.
Забыл рассказать про проприетарные протоколы типа CresNet, QSLink итд. Они как правило основаны на 485ом.
Еще не нашел инфы про 232ой. Нету Ethernet-а. Нету ModBus, BacNet, DALI.
Спасибо за статью!
Спасибо, доступно все объяснено
Александр, в своей статье вы сравниваете тёплое с мягким. Z-Wave и ZigBee используют несколько уровней модели OSI, в то время как 868 и 433 МГц являются частотным диапазоном или физическим уровнем модели OSI. Иными словами, Z-Wave и ZigBee - это тоже 868 МГц (исключением является 2,4 ГГц у ZigBee). Протокол, сам по себе, не может работать только на физическом уровне, поэтому и в DeLUMO, и в Noolite есть абсолютно те же уровни, что в Z-Wave и ZigBee. Протоколы радиосвязи стоит сравнивать в разных контекстах. В одном случае будет хорош Z-Wave, в другом DeLUMO, в третьем Noolite. Физика едина для всех, её не обманешь. Всё остальное - труд разработчиков, нацеленный на решение конкретных задач. Каждый производитель балансирует на физическом уровне, делая упор на дальность, скорость или надёжность. Но улучшая одно, ухуджаешь другое. Здесь нет ракетной науки. Единственный способ выделиться в гонке технологий - это внедрить новую логику на условном "программном" уровне. Однако, усложняя алгоритмы, вы получите прирост в себестоимости и однозначно понизите надёжность. Надёжность, в свою очередь, можно сохранить, но только за счёт увеличения себестоимости. И это замкнутый круг. Проблема сейчас не в том, чтобы сделать круто. Проблема в том, чтобы сделать надёжно и не накладно по аппаратным ресурсам. И новые протоколы появляются не просто так. Создать универсальный протокол сейчас практически невозможно. На мой взгляд, в ближайшие 10 лет сохранится тенденция к разработке узкоспециализированных протоколов, решающих узкоспециализированные задачи.
Я сравниваю то, что у людей на слуху, и стптья написана для рядового пользователя, которому жэта техническая подноготная не особо то и интересна. Если вы обладаете достаточными познаниями, не откажусь увидеть ваши статьи по каждому конкретному протоколу. А рассказывать про модели ОСИ абстрактному Васе из урюпинска, который не понимает, что ему взять, Сяоми на Зигби, или Ноолайт, в разрезе этой статьи я не вижу смысла)
Неважно для кого написана статья, если она содержит серьёзные заблуждения.
Александр, я глубоко уважаю ваш опыт и вклад в сообщество, но вам следует полностью переписать блок про 433 и 868 МГц.
Важно, чтобы сообщество обладало верными и актуальными знаниями.
- 433 Изуродован китайскими поделками без обратной связи и шифрования, умный дом != открытый дом
- На сколько я знаю шифрования нет ни у Делюмо, ни у Ноолайта первой ревизии протокола
- Забитость эфира кучей поделок в магазинах, где вместо ИК производители начали совать 433/868
- внутри 433 полный разброд и шатание, по меньшей мере с 10-ток протоколов живут в данной песочнице
- на 868 всё ещё интереснее так каждый первый клепает свой протокол, и в 99% все эти творения закрыты. И естественно это всё работает только в рамках одного вендора. Ещё и уверяй что у нас протокол закрыт, поэтому мы его шифровать не будем 🤦♂️
- полное отсутствие хоть какой-то обратной совместимости между поделками на данных частотах
1. Объяснить что 868 и 433 - это не протоколы, а несущие частоты.
2. Реализация поверх 433/868 зависит от задач оборудования. Не всегда Z-Wave и ZigBee хороши как для пользователя, так и вендора. Стоит учитывать контекст использования.
3. Появление всё новых и новых протоколов связи говорит о том, что универсального протокола нет и правильнее подбирать/разрабатывать протокол под поставленные задачи. А ещё, Z-Wave и ZigBee - это раскрученные бренды, дерущие кучу денег с производителей, не обладающих опытом разработки радиоэлектроники. И вся эта куча, составляя себестоимость, в итоге оплачивается покупателем. Я за появление новых протоколов, но вместе с библиотеками и хорошей документацией!
4. Шифрование необходимо только в критичных инженерных системах. Его наличие сильно засоряет эфир, поскольку устройствам нужно посылать не менее 3 команд, вместо одной. При частом опросе множества устройств, пользователь может столкнуться с интерференцией. Именно поэтому долгое время никто не задавался вопросом шифрования, закрывая лишь простые задачи, вроде управления светом.
Подводя итог, хочу сказать, что очень важно объяснить сообществу, что такое зетвейв и зигбии, а что такое 868 и 433. Поскольку в первом случае - это протоколы, а во втором лишь частоты, на которых эти протоколы функционируют. Дело в том, что я уже не раз читал в чатике критику "протокола 433", хотя на деле такого протокола не существует. А ведь это накладывает тень на производителей устройств с поддержкой радиосвязи на частоте 433 МГц, что не очень справедливо.
1) вроде в статье - это русским по белому и написано "Речь в данном разделе пойдет как об устройствах работающих на 433 частоте, так и на 868, в принципе работы которых, по сути, больше различий и нет."
2) Ну как бы мы по домашке тут общаемся, приведи примеры когда 433/868 лучше стандартизированных решений пусть даже и работающих в том же частотном диапазоне ?
3) "Появление всё новых и новых протоколов связи говорит о том, что универсального протокола нет" или возможность производителя, запретить клиенты уходить к конкурентам =) купил нашу розетку на 868, вот теперь можешь только нашу лампу купить на 868....так как другого производителя уже работать не будет с наше розеткой =)
"правильнее подбирать/разрабатывать протокол под поставленные задачи." - адом попахивает, есть такая фраза хорошая "лучше плохой стандарт, чем его отсутствие"
"А ещё, Z-Wave и ZigBee - это раскрученные бренды, дерущие кучу денег с производителей, не обладающих опытом разработки радиоэлектроники. И вся эта куча, составляя себестоимость, в итоге оплачивается покупателем." - ну что-то пользователи не очень возмущены ценой сяоми, zonoff, Coolcam, икея и тд
"Я за появление новых протоколов, но вместе с библиотеками и хорошей документацией!" - нужно больше дичи =) можно и без документации так интереснее будет )
4) Очень смешно, пусть любой прохожий шатает мой дом, открывает мои замки и чекает в каких помещениях я бываю. Вайфай без шифрования тоже тема, там мы ж только в интернете сидим. Просто увы весь цивилизованный мир беспокоится за конфиденциальность частных данных, не говоря уж об информации такой частной как дом, а у нас и так сойдёт =) пока прецедента не было, делать ничего не будем.
Как мне кажется смысл статьи донести до пользователя что есть стандартизированные решения на протоколах зигбии и звейв, там есть свои болячки - но главное там есть СТАНДАРТ, 433/868 в целом помойка где каждый городит своё и лепит свой частный/локальный "стандарт" известный только ему, мы ведь не придумываем новый русский язык, потому что мне просто не удобно говорить на текущем - например слова слишком длинные, а дай-ка я новый язык придумаю где все слова из 3х букв....
конечно 433 сделал себе репутацию УГ, и если производитель его выбрал, то это только его выбор и ему нужно объяснять почему его решение которое работает на данной частоте - хорошее.
1. Фраза "это относительно старая технология" повергает меня в ступор, Олег, поскольку это не технология, а частота. Частота, которая повсеместно используется в современных протоколах радиосвязи.
2. Олег, или мы сравниваем частоты или мы сравниваем протоколы. 433/868 - это стандартизированные частоты! Причём здесь протокол???
3. Кроме Z-Wave нет ни одного протокола, который будет совместим со всеми устройствами и хабами (и то не всегда). А Z-Wave - это дорого и для производителя, и для покупателя. Стандартом, насколько я знаю, он не является. За стандарты отвечает IEEE, а не Z-Wave Alliance или ZigBee.
А насчет Сяоми... Я думаю, что они большинство товаров продают если не в минус, то ноль, поскольку даже при таких невероятных объемах, себестоимость устройств всё равно ояень высока. Возможно их субсидирует государство в обмен на персональные данные. Ответа на этот вопрос у меня нет. А теперь насчёт ЗигБи. ЗигБи - это протокол транспортного уровня (условно). Основная логика всё равно пишется производителем, поэтому у них и страдает совместимость. Говорю, поскольку общался на выставке с 2умя крупными производителями. Спросил их и они подтвердили мои догадки. Почему использует Икея мне не известно. Может быть, пробуют рынок. Всё-таки ЗигБи дешевле Z-Wave будет. Возможно, решили выбрать какой-никакой проверенный протокол, но цена сыграла роль.
Обрати внимание на количество языков программирования? Неужели нельзя остановиться на нескольких? Зачем так много? Вот то же самое с протоколами. Каждый закрывает свои задачи. Например мы в корне поменяли протокол, чтобы закрыть рынок охранных систем в будущем.
4. Та инфраструктура, о которой ты говоришь, требует обязательного шифрования. Я же тебе говорю про то, что шифровать управление светом в туалете нет необходимости, чтобы лишний раз не засорять эфир.
5. Объявляя 433/868 помойкой - ты объявляешь Z-Wave, ZigBee, LPWAN и т.п. "помойками". 433/868 - это диапазон. Это как диапазон 16-20000 Гц, в котором работают наши уши. Представь, что ты бы слушал и говорил в диапазоне 16-10000 Гц, а я в 10000-20000 Гц. Неужели ты или я от этого хуже разговаривали или потеряли свою грамотность?
На 433 тоже есть хорошие решения, я уверен. Волна на этой частоте, при прочих равных, будет лучше преодолевать препятствия.
У меня всё. Я вообще не против стандартов, только за. Но они должны быть открытыми, а не элитарными, как закрытые клубы. Иначе это не стандарт, а сочный кусок говна на лопате маркетолога.
Ох уж эти вендоры. Вы как понять то не можете, что люди оперируют "вот этой фигней на 433"
им вообще фиолетово на каком именно протоколе это работает. Их интересует с чем еще это будет работать. А лезть в вендор-онли конфигурацию, когда вендор может сказать "баста карапузики, мы прекращаем поддержку" - вообще нет смысла.
нет, люди, которым нужно решение конкретной задачи, прямо щас и им пофиг как это работает конечно есть. Но мы то говорим про концепт умного дома, в идеале масштабируемого. И все эти заморочки на тему чей протокол лучше и это вот протокол а это вот частота - это профдеформация. Людям пофиг, потребителю неинтересно и они хотят ориентироваться по известным им критериям. 868 увы уже как и 433 известен. И гонка за "угикальными протоколами" делает отношение к решениям на 868 частоте довольно негативным. Зачем покупать то что непонятно ? Лучше купить то что понятно. Zigbee или Z-wave понятны, и все протоколы описанные стандартами - понятны. А все остальное в итоге идет лесом с точки зрения потребителя.
либо развивайте бренд, узнаваемость и популярность, либо вас будут в итоге называть "какой то непонятной лорой, которая ни с чем не работает"
увы, это реальность
Насчёт лоры согласен полностью и твоя точка зрения мне понятна. Но я же выступаю за образование сообщества и считаю, что сравнивать 868 с Z-Wave некорректно, поскольку Z-Wave - это 868.
868 сейчас ассоциируется как "фигня для самоделок" или "лора которая ойейей". Это так же как интеграторы дорогих решений перестали использовать термин умный дом, потому что его опошлили и заказчики его боятся, так как у них неприятные ассоциации с практически DIY поделками на непонятно чем.
433 из той же оперы. И люди как раз оперируют не какими-то протоколами а именно этими цифрами. И видят они в статьях не протоколы а цифры. И тот же Z-Wave у них уже например не ассоциируется с 868 несмотря на то, что он на нем работает. Просто потому, что они правильно строят стратегию.
Вот смотри, пример. Шел я в супермаркете и увидел звонок дверной. Смотрю этикетку - написано "работает на частоте 433четатам". Думаю, а у меня же броадлинк есть, а там есть 433, дай куплю - будет у меня умная кнопка за 200 рублей. В итоге не взлетело. И точно так же люди покупают кучу барахла их китая, те же ленты с пультами, люстры, лампочки и много чего другого. И там оперируют не протоколами а частотами. Такая вот боль. И такая вот реальность.
Надо будет статью всё-таки написать по нашему протоколу, чтобы таких ассоциаций не было)
Помимо 433 MHz есть ещё 315. У меня два пульта света Elektrostandard и один китаец оказались именно на такой частоте. Готовых решений на этой непопулярной частоте нет. Пришлось самому делать мост на Arduino.
"Сегодня мы расскажем о большинстве популярных и не очень протоколах", я надеялся эта фраза обрежет такие вопросы)))
Это не вопрос, а дополнение. Elektrostandard московская фирма и не может считаться такой уж редкой на территории СНГ :)
ИМХО, попытка обозвать протоколами частоты, да и шины (я про RS485,1-Wire, I2C) по результату приведут в заблуждение не подготовленного читателя. Все же стоило разделить физический уровень (частота, шина) от протокола. Итогом получаешь споры типа что лучше 433 или
ZigBee, RS485 или CAN. Для корректировки потребуется добавить совсем не много текста, и не будет ложных упрощений.
Беспровод лучше, чем провод. Провод лучше, чем "плохой" беспровод.