Джоан ЭНГЕБРЕТСОН
Развитие растущего рынка управления домом возможно благодаря применению целого ряда стандартов беспроводной связи, которые предоставляют охранным системам возможность контролировать термостаты, видеокамеры, дверные замки и другие устройства. В настоящее время эти стандарты включают в себя Z-Wave, ZigBee, Bluetooth и WiFi. Производители встраивают в свои продукты тот вариант обеспечения связи, какой они считают наилучшим для выполнения конкретной задачи.
Это неплохая идея, помогающая дилерам понять основы того, как работают различные коммуникационные технологии. Дилеры также хотят получить информацию о некоторых дополнительных опциях, которые находятся в стадии разработки, в том числе о новых версиях стандартов WiFi и Bluetooth, а также новом стандарте, известном под наименованием Thread.
Задачи определяют выбор требований
Для разных элементов системы управления домом необходимы разные коммуникационные варианты. Для видео, например, нужна высокая пропускная способность, а когда требуется высокая пропускная способность, производители обычно используют вариант связи через WiFi. WiFi является более дорогостоящим видом связи в сравнении с другими коммуникационными технологиями, однако для большинства других систем управления домом пропускная способность WiFi не требуется.
«В общем и целом, когда речь заходит об управлении и автоматизации, требуется относительно небольшая полезная нагрузка, – объясняет Дэйв Педиго, главный директор по обучению и новейшим технологиям Ассоциации электронного проектирования и установки под заказ (CEDIA), г. Индианаполис. – Для большинства приложений требования к пропускной способности выражаются в килобитах в секунду. Для сравнения можно отметить, что требования к пропускной способности видеотракта могут быть выражены в мегабитах в секунду».
Стандарты Z-Wave и ZigBee были разработаны для приложений с низкой пропускной способностью. Важным требованием при управлении домом является длительное время автономной работы – обе технологии были разработаны с учетом этого требования. По информации, полученной из компетентных источников, стандартное устройство для «умного дома» может работать в течение нескольких лет без замены аккумуляторной батареи.
Обе указанные технологии также обеспечивают диапазон работы в пределах примерно 50 футов. Вместе с тем этот диапазон может быть многократно расширен при использовании ячеистой сети, встроенной в обе технологии. Технология ячеистой сети позволяет устройствам в сети работать в качестве ретрансляторов для других сетевых устройств. «Ширина диапазона не столь важна, если устройства находятся в диапазоне действия других устройств», – объясняет Педиго.
Технология Bluetooth изначально была разработана для таких приложений, как наушники и принтеры. Эти устройства имеют высокие требования по пропускной способности, но им не требуется диапазон или время автономной работы по стандартам управления домом. Вместе с тем совсем недавно была разработана новая версия стандарта управления домом и других приложений интернета вещей (IOT). Этот стандарт, известный под официальным наименованием «Bluetooth с низкоэнергетической функциональностью», или Bluetooth 4.0, часто называют просто BLE .
В сравнении с изначальным стандартом Bluetooth BLE предлагает меньшую пропускную способность, но больший диапазон и больший срок службы аккумуляторной батареи. В настоящее время BLE не имеет возможности работы с ячеистой сети. При этом, однако, по словам Стива Хегендорфера, директора по разработке программ для специальной группы (SIG) по проблемам Bluetooth, отвечающего за стандарты Bluetooth, к середине 2016 г. ожидается выход на рынок продуктов, поддерживающих новую версию стандарта, которая включает в себя возможность работы с ячеистой сетью.
Главной отличительной особенностью Bluetooth является то, что эта технология встроена в современные смартфоны и производители устройств для управления домом начинают встраивать Bluetooth в такие устройства, поэтому домовладельцы, к примеру, могут открывать дверь или включать свет с помощью собственных смартфонов.
Кто определяет стандарты?
Спросите любые заинтересованные стороны о различиях между стандартами, такими как ZigBee и Z-Wave, и разговор быстро перейдет на тему о том, кто определяет стандарты.
«ZigBee – это настоящий альянс, – комментирует Марк Уолтерс, вице-президент по стратегическому развитию организации ZigBee Alliance, находящейся в г. Дэвисе, штат Калифорния, и отвечающей за технические требования ZigBee. – Мы разрабатываем стандарты, предлагаем их рынку и отходим в сторону. При этом стандарт должен быть разработан достаточно четко, чтобы два производителя могли ему следовать и их устройства были совместимыми».
В случае с Z-Wave ситуация несколько иная. Недоброжелатели могут сказать, что чипы Z-Wave доступны только от одного производителя, в частности, компании Sigma Designs, хотя Митчелл Клейн, исполнительный директор Z-Wave Alliance, отмечает, что уже существует и другой источник.
Члены Z-Wave Alliance действительно могут влиять на формирование технических требований. Клейн упоминает об организации из г. Фримонта, штат Калифорния. При этом, однако, он добавляет, что комиссия не ожидает получения чистой выгоды от технологии Z-Wave в случае быстрого внедрения новых версий.
По словам Клейна, еще одним преимуществом Z-Wave перед ZigBee является существование единой спецификации для популярных приложений, таких как дверные замки или термостаты, а новые версии разрабатываются с учетом обратной совместимости.
Уолтерс признает, что ранее у ZigBee имелось множество экосистем. Например, существовала экосистема системы освещения, которая функционировала отдельно от экосистемы управления домом, и элементы управления освещением, предназначенные для экосистемы системы освещения, были разработаны в соответствии с другими техническими условиями по сравнению с элементами управления, предназначенными для экосистемы управления домом. При этом, однако, последнее время ZigBee, по словам Уолтерса, использует новый подход под названием ZigBee 3.0, который предполагает установление единых технических требований для ключевых приложений.
По словам Уолтерса, Bluetooth в настоящее время вообще не имеет технических условий для некоторых приложений. Хегенфендер этим весьма озабочен. «У нас есть собственная инфраструктура приложений для общих атрибутов, или GAT, – объясняет он. – Эта инфраструктура определяет то, как нужно описывать приложения, такие как датчики движения, и включает в себя модели вариантов использования». Он отмечает также, что разработчики могут моделировать варианты использования с применением GAT.
В качестве альтернативы библиотекам приложений, которые имеются у ZigBee и Z-Wave, – говорит Хегенфендер, – Bluetooth предлагает нечто похожее, то, что называется «воспринятыми профилями». Такой подход, по его словам, облегчает разработчикам создание продуктов, которые совместимы с другими Bluetooth-устройствами и которые помимо прочего включают предлагаемый самим разработчиком «специальный соус, чтобы приготовить что-то особенное».
Новые стандарты
На рынке устройств управления домом вот-вот появится еще один стандарт связи. Этот новый стандарт известен как Thread, и по информации, полученной от Скипа Эштона, вице-президента по технологиям компании Thread Group из г. Сан-Рамона, штат Калифорния, использует интернет-протокол (IP) и предназначен для того, чтобы сделать устройства управления домом похожими на устройства, подключенные к интернету.
До появления технологии Thread, утверждает Эштон, подключение к IP было недоступным для устройств с малым энергопотреблением, малой памятью и малой стоимостью. Если устройства управления домом предназначены для связи вне дома, для чего многие из них и используются, сегодня им требуется шлюз для перевода IP-коммуникаций со смартфона или компьютера, который удаленно управляет системой. Как заявляет Эштон, эти шлюзы могут быть уязвимы в плане взлома систем безопасности, особенно с учетом того, что они не могут часто получать обновления программного обеспечения.
Технология Thread предназначена для того, чтобы поддерживать соединения с ячеистой сетью. Она будет работать в той же полосе спектра 2,4 ГГц, которая используется устройствами ZigBee и WiFi, и будет использовать тот же протокол 802.15.4, который определяет беспроводное соединение, лежащее в основе протокола ZigBee. Это означает, что при ее использовании будут задействованы аналогичный диапазон и пропускная способность, а срок службы батареи останется тем же. Z-Wave задействует спектр диапазона 900 МГц, который, по словам Клейна, менее подвержен помехам, поскольку лишь немногие устройства используют данный диапазон.
Уолтерс приводит тот же контраргумент в отношении Thread, который он приводил и в отношении Bluetooth. «Уровень приложений не стандартизирован, – утверждает он. – Не существует технических требований для блокировки дверей, которым могут следовать производители». Эштон при этом утверждает, что приложения ZigBee могут быть адаптированы для работы со Thread.
Между тем специальная группа Bluetooth надеется завершить разработку технических требований для обновлений по стандарту BLE. По информации Хегендорфера, обновленная версия вдвое увеличит пропускную способность и расширит диапазон, который может задействовать стандарт. После того как разработка стандарта будет завершена, продукты, поддерживающие предложение, по мнению Хегендорфера, могут выйти на рынок уже через шесть месяцев.
Как отмечает Педиго, разрабатывается и новая версия WiFi, которая, несомненно, заинтересует покупателей на рынке устройств управления домом. Будучи совместным проектом IEEE и WiFi Alliance, стандарт 802.11ah значительно расширит возможности ячеистой сети.
Вовсе не является удивительным тот факт, что появилось так много стандартов управления домом, если учесть, что управление домом является одним из аспектов интернета вещей и анализ положения дел в отрасли позволяет спрогнозировать очень высокие темпы роста IoT. К счастью, при таком большом выборе технологий, сосредоточенных в данной области, должно произойти значительное обновление рынка средств управления домом.
Дополнительные протоколы
Поспевать за стандартами управления домом может стать еще сложнее, если два разрабатываемых дополнительных стандарта воплотятся в реальность.
Организация AllSeen Alliance отвечает за разработку технологии AllJoyn. По информации вебсайта AllSeen Alliance, эта организация является «межотраслевым консорциумом, призванным обеспечивать функциональную совместимость миллиардов устройств, услуг и приложений, которые входят в интернет вещей». Главными членами являются такие компании, как Qualcomm, Microsoft и другие тяжеловесы.
Консорциум Open Interconnect (OIC) представляет на своем веб-сайте весьма схожие цели, в частности, там утверждается, что организация «основана ведущими технологическими компаниями для определения требований к связанности и обеспечения совместимости миллиардов устройств, которые будут составлять развивающийся интернет вещей (IOT)». Эта группа компаний также имеет широкий круг спонсоров: Cisco, Intel и др.
Многоуровневые технические требования
Когда организации по стандартизации начинают рассуждать о различных уровнях стека протоколов, это может стать именно тем аспектом коммуникационных стандартов управления домом, который может изрядно запутать пользователей. ZigBee Alliance предлагает удобную схему, которая помогает разъяснить суть трех уровней стандарта ZigBee 3.0 и их функции. Подобные концепции также применимы и к другим стандартам управления домом.
Некоторые читатели, возможно, уже знакомы с моделью OSI, которая на протяжении десятилетий является определяющей для традиционных IT-сетей. Эта модель имеет семь уровней, которые обусловливают различные задачи, выполняемые сетями, и на этой модели основываются традиционные IT-стандарты, такие как WiFi.
Стандарты управления домом основаны на более простых моделях. ZigBee, например, сжимает два нижних уровня модели OSI в один уровень, определяющий технологические аспекты беспроводного подключения. Эту часть стандарта ZigBee называют стандартом 802.15.4
Четыре средних уровня модели OSI в ZigBee сжимаются в один уровень, который обусловливает сетевую функциональность или то, как устройство соединяется с другими устройствами. Подобно модели OSI ZigBee также имеет прикладной уровень в верхней части. Дверной замок или термостат могут служить примерами приложений для управления домом.
Источник: Журнал ТЗ № 4 2016