ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ВЫБОРА И ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТОКОЛОВ СВЯЗИ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ДОМ»

Аннотация

В статье рассматривается SMART-технология, в частности умный дом и основные протоколы связи, используемые для обмена данными. Технология умного дома дополнительно носит название «домашняя автоматизация». Домашняя автоматизация в современных условиях позволяет пользователю или потребителю гибко управлять и самостоятельно настраивать систему в зависимости от требований пользователя. Одним из этапов настройки технологии умного дома является выбор протокола связи для обмена данными внутри системы умного дома.

Для реализации обмена данными в технологии умного дома необходимо правильно подойти к выбору протоколов связи. Технология умного дома использует несколько типов устройств: контроллеры, датчики, акустика. Поскольку не все устройства поддерживают существующие протоколы, существуют также уникальные устройства, поддерживающие несколько из существующих протоколов. Существует несколько протоколов, используемых в технологии умного дома: ZigBee, Z-Wave, Wi-Fi.

В данной статье проведен анализ двух основных беспроводных протоколов, работающих на высоких частотах, а именно ZigBee и Z-Wave. Правильно подобранные протоколы реализуют быструю передачу данных без потерь. Кроме того, появится возможность реализовать потребности пользователя или потребителя, которые заданы системой.

Введение

В период автоматизации всех сфер человеческой деятельности актуальными становятся вопросы управления бытовой техникой, обеспечивающей комфортное существование человека, что определяется как концепция «Умный дом». Эта концепция динамично развивается, так как технологии, обеспечивающие ее, не стоят на месте, появляются новые устройства, приборы и гаджеты для улучшения и комфорта жизни человека.

Концепция построения и развития технологии «Умный дом» предполагает совместную работу всех компонентов системы умного дома с использованием проводной или беспроводной связи [1, 2]. Управление устройствами, входящими в структуру «Умный дом», может быть реализовано с помощью различных устройств связи, в том числе портативных, например, смартфонов. В этом случае решающими будут не бренд устройств умного дома и их управляющих устройств, а протоколы между ними, потому что именно протоколы связи определяют качественные и количественные характеристики взаимодействия компонентов аппаратного и программного обеспечения умного дома.

Условия и методы исследования

Исходя из вышесказанного, правильно подобранный протокол взаимодействия дает возможность дополнить систему «Умный дом» продуктами различных производителей, например, системой безопасности Xiaomi и видеокамерой наблюдения Apple, и позволяет организовать их взаимодействие [3, 4]. Таким образом, многие умные устройства поддерживают несколько универсальных стандартов и протоколов, таких как Z-Wave и ZigBee. Эти протоколы разработаны специально для домашней автоматизации, они обеспечивают безопасность и универсальность [4].

Оба протокола относятся к категории сотовых сетей, что означает, что связь внутри них имеет возможность достижения пункта назначения несколькими путями. Они также снижают вероятность отказа и обеспечивают безопасность, гарантируя, что при повреждении хоста сообщение перенаправляется на ближайшее доступное устройство в сети. Этот сетевой алгоритм становится возможным благодаря организации сети, в которой каждое устройство подключено к нескольким другим устройствам.

Если рассматривать протоколы отдельно, то Z-Wave работает в частотном диапазоне до 1 ГГц, и это удобно, потому что потенциальные помехи в этом диапазоне значительно меньше, чем в диапазоне частот 2,4 ГГц, на котором работают Wi-Fi и Bluetooth. Дополнительным преимуществом протоколов являются небольшие временные задержки при прохождении коротких команд [5-8].

Протокол ZigBee, в отличие от Z-Wave, предоставляет возможность выбора алгоритма маршрутизации в зависимости от состояния сети и требований программы. Как и протокол Z-Wave, ZigBee обеспечивает повышенную безопасность и низкое энергопотребление, что означает длительную автономную работу сетевых устройств [9, 10].

Результаты исследования

Рассмотренные протоколы являются открытыми протоколами и все больше поддерживаются такими компаниями, как Xiaomi. Вокруг обоих протоколов уже сформировались альянсы, в которые входят производители систем умного дома. Список компаний чрезвычайно широк, его можно найти на официальных сайтах Z-Wave и ZigBee [4-9].

Беспроводные технологии передачи данных Z-Wave и ZigBee являются настоящей находкой не только для систем «умного дома», но и для современных умных устройств в целом. Решения для интеллектуальной домашней системы, объединенные через протоколы Z-Wave и ZigBee, предоставляют огромные возможности для современной квартиры или частного дома, так как индивидуальный проект системы «умный дом» позволяет создавать собственные правила взаимодействия между устройствами с уникальным программным обеспечением [4-10].

Обсуждение результатов исследования

Таким образом, можно сделать вывод, что описанные протоколы связи являются надежными и комфортными решениями не только для пользователей, но и разработчиков. Структура протокола обеспечивает достаточное покрытие для работы системы на больших площадях с идеальным качеством сигнала.

Заключение

В заключение хотелось бы сказать, что в последнее время появилось множество многопротокольных контроллеров, одновременно сочетающих несколько беспроводных технологий умного дома. Поэтому производители стараются гармонизировать конкурирующие протоколы и дать пользователям больше свободы для создания интеллектуальных домашних сетей. Наиболее популярной комбинацией является одновременная поддержка Z-Wave, Zigbee и Bluetooth Smart в одном устройстве. Сегодня рынок беспроводных технологий для умного дома меняется стремительно. Неизменными остаются только требования к энергопотреблению устройства, цифровой безопасности, отказоустойчивости сети, помехоустойчивости устройства, простоте подключения и совместимости продуктов одного стандарта связи. При выборе основы для умного дома необходимо тщательно взвесить все эти факторы.