Unul din lucrurile pe care trebuie sa le ai in vedere cand incepi automatizare casei este ce protocol de comunicare sa folosesti.

Continuand discutia din articolul Cum incepem sa facem casa inteligenta, in acest tutorial vom cerceta in detaliu fiecare protocol si iti vom prezenta cateva avantaje clare, dar si dezavantaje pentru fiecare din cele 3 cel mai des intalnite protocoale: ZigBee, Z-Wave si Wi-Fi.

Vom discuta despre

• Detalii tehnice
• Viteza de raspuns
• Acoperire si puterea semnalului
• Consumul de baterie
• Securitatea
• Interconectare

Tot articolul in cateva cuvinte (versiunea scurta)

• Frecventa Z-Wave este pentru EU: 868 MHz si pentru US: 908 MHz – nu cumpara dispozitive care nu functioneaza pe aceasi frecventa.
• Frecventa ZigBee si Wi-Fi (si Bluetooth) este 2.4 GHz – planifica si configureaza dispozitivele din casa ta inteligenta astfel incat sa nu se bruieze unul pe celalat.
• Viteza de raspuns este foarte mare, redusa doar la scenariile care se executa in cloud.
• Acoperirea Z-Wave si ZigBee este foarte buna daca folosesti becuri sau prize fixe, permanent conectate la curent electric. Retelele diferite nu extind semnalul decat fiecare pentru sine.
• Acoperirea Wi-Fi este conditionata de calitatea routerului si de eventualele repetoare instalate corect.
• Dispozitivele care functioneaza pe baterie au consumuri diferite in functie de tip si de cat de des sunt declansate. Butoanele si senzorii de inundatie au durata cea mai mare, senzorii de miscare au durata cea mai mica.
• Dispozitivele ZigBee si Z-Wave sunt cele mai securizate, deoarece formeaza reteaua proprie, alta decat reteaua Wi-Fi unde au acces si musafiri sau dispozitive de provenienta indoielnica.
• Recomandam ca dispozitivele Smart Home (mai ales camerele de supraveghere) sa fie conectate pe o retea Wi-Fi separata de cea pe care te joci pe laptop ori telefon, faci streaming la TV sau dai acces prietenilor.
• Dispozitivele ZigBee, Z-Wave si Wi-Fi pot fi combinate in automatizari de hub-uri care suporta toate cele trei tehnologii, cum este Samsung SmartThings, sau folosind solutii cloud-based cum este IFTTT.

Versiunea lunga

Sa incepem cu Detaliile tehnice
Frecventele de operare ne indica de obicei limitarile si viteza maxima cu care semnalul poate calatori.
Pentru Z-Wave, frecventa de lucru este cea reglementata pentru regiunile CEPT (Europa Centrala), de 868.4 MHz sau 869.85 MHz. Acest lucru este important pentru ca device-uri concepute pentru a fi folosite in USA nu vor functiona impreuna cu cele concepute pentru EU. Verifica atent inainte de a cumpara!

Pentru ZigBee si Wi-Fi, frecventa utilizata este de 2.4 GHz, asa ca singura posibila problema de compatibilitate este ca dispozitivul gazda sa nu ‘inteleaga’ mesajele trimise de dispozitivele remote.
In mai mare detaliu, frecventa de 2.4GHz poate fi impartita in sub-canale, si pe aceasi frecventa mai functioneaza si protocolul Bluetooth (BLE – Bluetooth Low Energy).
Imaginea urmatoare descrie concurenta intre dispozitivele Wi-Fi, BLE si Zigbee, unde sunt colorate cu: verde – canalele Wi-Fi, rosu – canalele de broadcast BLE (beacon-uri sau token-uri).

Sursa: https://www.researchgate.net/figure/Spectra-of-multiple-wireless-technologies-in-the-24-GHz-ISM-band-The-colors-indicate_fig4_326598630

Conform acestui grafic, daca vreti sa optimizati functionarea dispozitivelor care va permit sa adjustati banda de transmisie, alegeti canale non-conflictuale.
O posibila probleme care poate fi mai greu de rezolvat este cea a vecinilor, mai ales daca locuiti intr-un bloc de apartamente, daca acestia isi configureaza echipamentele pe aceleasi canale cu cele folosite in casa ta inteligenta.
O regula simpla este sa folosesti canale cat mai mici pentru Wi-Fi (0-8), medii pentru Bluetooth (9-23) si inalte pentru ZigBee (Wi-Fi 33-36 / ZigBee 25-26); daca aveti mult trafic ce nu poate fi evitat pe canalele ZigBee 25-26, schimbati setarea gateway-ului ZigBee pe canalul 15 si mutati traficul Wi-Fi pe 24-36, daca routerul wireless permite acest lucru.

Viteza de raspuns

In mod local, timpul de raspuns a tuturor dispozitivelor (indiferent de protocol) este foarte mic.
Singura diferenta sesizabila o face modul sleep (sau low power consumption) care este uneori integrat in anumite dispozitive, motiv pentru care primul raspuns dupa o pauza mai lunga de folosire este intarziat de nevoia ca dispozitivul sa revina intai in modul normal de functionare.
O mai mare problema in ce priveste viteza de raspuns este faptul ca deseori o mare parte a dispozitivelor depinde de servicii cloud pentru a functiona sau a executa scenarii complexe.
In acest caz, locatia fizica a serverului cloud este importanta, dar nu constiuie o limitare.
Spre exemplu, presupunand ca furnizorul de internet este unul din cei cu o reputatie buna de piata, latenta catre retelele majore de peering din Europa este de aproximativ 16ms, valoare care se dubleaza (dus + intors) pentru a calcula intarzierea maxima in executia unei comenzi (ignorand intarzierea cauzata de procesarea efectiva a comenzii, care este de obicei foarte mica), rezultand timp de executie in Europa de 32ms. La acelasi calcul dar pentru un server cloud gazduit in Asia cifra ceste la 160ms, iar pentru USA la 300ms.
Cum 300ms (0.3 secunde) este o intarziere foarte mica, aceasta este aproape insesizabila si se observa doar cand reteaua locala este supraincarcata (de Netflix/Youtube streaming 4K, gaming intensiv, etc) sau dispozitivele monitorizate sunt camere sau senzori de miscare.

Acoperire si puterea semnalului

Discutam separat de ZigBee si Z-Wave pe o parte, si Wi-Fi pe cealalta parte.
Pentru ZigBee si Z-Wave, dispozitivele formeaza singure o retea de tip MESH, fara sa fie nevoie de extra efort pentru configurare.
Atentie, nu toate dispozitivele sunt repetoare in reteaua MESH, ci doar cele conectate permanent la curent (care NU sunt alimentate de la baterie).
Pentru a avea o acoperire cat mai buna, profita de faptul ca becurile ZigBee sunt repetoare, la fel ca si prizele Z-Wave. Vei avea un timp de raspuns excelent peste tot in casa.
In ce priveste limitarile fiecarui protocol, o retea Z-Wave este limitata la 232 dispozitive, pe cand cea ZigBee la 65.000; deasemenea, pentru reteaua MESH, dispozitivele Z-Wave se vor configura pentru a atinge maxim 4 hop-uri pana la gateway (maxim 4 repetoare), aceasta limita neexistand in reteaua de tip ZigBee.
Atentie insa, daca aveti doua retele ZigBee (ex: Samsung SmartThings si Philips Hue), becurile din reteaua Hue NU vor aplifica semnalul dispozitivelor din reteaua SmartThings!

Pe partea Wi-Fi, alegeti un router bun! Acest lucru este cu atat mai important cu cat aveti fie un numar mare de dispozitive, fie consumatori de banda de amploare (camere, solutii streaming, etc).
Daca semnalul nu ajunge unde este nevoie, luati in calcul fie achizitia unui pachet de routere Wi-Fi care suport configuratie MESH, fie a cel putin unui repetor. Atentie insa, repetoarele Wi-Fi pot cauza neplaceri la trecerea dispozitivelor de la un parinte (router) la altul.
Separati intotdeauna reteaua Wi-Fi pentru casa inteligenta de cea pentru alte dispozitive sau cea destinata vizitatorilor, acest lucru este foarte important pentru a creste nivelul de securitate.

Consumul de baterie

Bateriile care alimenteaza dispozitivele wireless au durata de viata foarte diferita.
Pentru ZigBee, va puteti astepta ca un detector de inundatie sa functioneze pana la 24 de luni pe aceasi baterie CR2032, un buton care aprinde lumina in camere rar accesate – 18 luni, acelasi buton dar in living sau dormitor – 12 luni, un senzor de usa/geam in medie 12-16 luni, in functie de cat de des este actionat, pe cand unui senzor de miscare si iluminanta intr-o zona unde este multa miscare sa-i trebuiasca schimbata bateria CR2450 chiar si la 6 luni. Bateria CR123A pentru detectorul de fum Honeywell tine pana la 24 de luni, dar se recomanda sa o schimbati la 12 luni indiferent daca este consumata sau nu, pentru functionarea optima a detectorului. Senzorii comunica foarte putin atunci cand nu au nimic util de transmis si trimit doar update cu voltajul bateriei si cativa indicatori de conectivitate, consumul real fiind cauzat de transmiterea informatiilor utile cum este miscarea, deschiderea, apasarea, etc.

Pentru Z-Wave, durata de viata a bateriilor este cu 20-30% mai mica, dar de obicei dispozitivele vin echipate cu baterii de capacitate mai mare.

Folositi baterii de la producatori de incredere, cele mai calitative fiind Panasonic, Sony sau Maxell, si evitati produsele no-name.

Pentru Wi-Fi nu avem suficiente informatii deoarece dispozitivele Wi-Fi care functioneaza exclusiv pe baterie sunt rar intalnite, acestea fiind des alaturate unui incarcator solar, protocolul Wi-Fi este recunoscut ca fiind un consumator mai mare de curent datorita complexitatii sale.

Securitatea

Cele mai mari riscuri pe care trebuie sa vi le asumati daca securitatea casei inteligente este afectata sunt urmatorele:

• Daca folositi camere de supraveghere, puteti fi filmati in ipostaze nedorite,
• O persoana rau intentionata poate determina daca sunteti sau nu prezent acasa, si poate dezactiva sistemul de securitate.

Daca alegeti sa instalati si configurati singuri casa inteligenta, acordati atentie speciala aspectului de securitate!

• Folositi o retea separata pentru dispozitivele Smart Home,
• Folositi parole complexe, de minim 12 caractere,
• Verificati si instalati mereu cele mai noi versiuni de software,
• Configurati metode de securitate personalizate pe nevoile voastre, in plus fata de cele oferite de producatori.

Interconectare

Uneori dispozitivele care indeplinesc un anumit scop nu sunt disponibile pe tehnologia dorita si doua tehnologii trebuiesc combinate.
Solutiile sunt fie folosirea unui hub care suporta mai multe sau toate cele trei tehnologii, cum este Samsung SmartThings, folosirea unor solutii cloud-based cum este IFTTT sau a solutiilor de adaptare prin protocoale intermediare de comunicare, cum este MQTT instalat pe un mini-PC sau Raspberry PI.
In ordinea gradului de stabilitate, va recomandam sa folositi hardware dedicat pe cat posibil, pentru a reduce numarul de dispozitive ce trebuiesc intretinute.
Daca insa acest lucru nu este posibil si nu aveti skill-urile tehnice necesare pentru a instala si configura protocolul MQTT, solutia este IFTTT.
Desigur, daca dispuneti de timpul necesar si nu va sperie complexitatea, un Raspberry PI local poate fi cea mai eficienta solutie din punct de vedere al vitezei de raspuns si configurabilitatii.