В этой статье: цели разработки беспроводной связи ZigBee; области применения радиосети ZigBee; какие устройства входят в эту сеть; преимущества Радио ZigBee; сценарии управления умным домом.
Более века человечество пользуется различными бытовыми электроприборами, электрический свет стал для нас привычным и обыденным, ведь электроэнергия поступает сегодня практически в каждый дом. Однако бытовыми электроприборами и устройствами нужно как-то управлять, что вынуждает домовладельцев решать не только проблему с фактическим построением системы проводного электропитания, но и тщательно планировать точки размещения выключателей, пультов управления различными системами умного дома. Причем точно учесть позиции для всех необходимых выключателей не возможно, а штробить стены под новые точки утомительно и чревато затратным капитальным ремонтом. Полностью разрешить эту проблему и не только ее позволяет система на основе Радио ZigBee.
Беспроводная сеть для умного дома
За два последних десятилетия беспроводные коммуникационные сети, как Bluetooth и wi-fi, широко распространены и хорошо нам известны. Они подходят для сетей интернет, однако недостаточно удобны для использования в системах управления умным домом по причинам узкой ограниченности в числе подключаемых к таким сетям приборов, высоким энергопотреблением, относительно медленным откликом (к примеру, у Bluetooth он составляет 3 секунды) и, что немаловажно, качество связи зависит от конструкционных препятствий между внутрисетевыми устройствами. Сети, построенные на протоколе ZigBee, превосходят прочие сетевые аналоги во всех описанных выше пунктах.
Разработка сетей на основе Радио ZigBee была начата в 1998 году по инициативе концерна Philips, после безуспешных попыток инженеров ряда ведущих компаний по производству бытовой и медицинской электроники использовать Bluetooth и wi-fi в своих приложениях. В состав ZigBee Alliance, осуществляющего разработку соответствующей цифровой радиосети, входят сегодня представители нескольких сотен мировых компаний, заинтересованных в этом продукте.
Умный дом — область использования приложений с протоколами Радио ZigBee:
- бытовая техника, предназначенная для развлечения домочадцев (музыкальное и кинооборудование);
- контроллеры, управляющие осветительными приборами, температурными режимами, охранным оборудованием;
- контроллеры оповещения, отвечающие за мониторинг расхода электроэнергии, воды, газа, системы пожарозащиты и задымления, управляющие доступом в здание и т.д.
Беспроводные сенсорные сети ZigBee используются как в бытовой, так и в промышленной сфере, энергопотребление составляющих их устройств крайне низко, что позволяет устройствам исправно работать в течение двух лет без зарядки или замены аккумуляторов. Скорость отклика в таких сетях составляет 0,015 секунд, т.е. превышает аналогичные параметры сетей Bluetooth в 200 раз.
Устройства, образующие радиосеть ZigBee, подразделяются на три типа — координатор, маршрутизатор и конечное устройство.
Координационное устройство отвечает за формирование сетевого дерева и связь между другими сетями, в каждой сети Радио ZigBee имеется как минимум один такой прибор, запускающий сеть в работу. Одновременно координатор выполняет функции обеспечения безопасности сети и настройки подключенных к ней устройств. В его базе данных хранится информация о сетевом дереве и всех устройствах, включенных в эту сеть — обнаружив новое устройство, координатор определяет его допуск и синхронизирует работу сети с учетом этого устройства.
Маршрутизатор выполняет транспортировку пакетов данных между сетевыми устройствами, запускает приложения в работу. Общее число маршрутизаторов в данной сети зависит от количества конечных устройств, обслуживаемых каждым таким прибором — максимально к одному маршрутизатору можно подключить 32 мобильных или спящих узла. Поскольку работа этих приборов связана с постоянной отправкой и приемом сетевых данных, они подключаются к стационарному источнику питания.
Конечное устройство (мобильный или спящий узел) способно получать и передавать информацию только одному узлу (либо маршрутизатору, либо координатору), передачей данных между устройствами этот прибор не занимается и призван снизить нагрузку на сетевые узлы, что позволяет свести к минимуму их энергопотребление. В основном конечными устройствами являются различные исполнительные контроллеры и датчики.
Как можно использовать радиосеть ZigBee
Одним из популярных направлений использования электроустановочных изделий, в которых применена технология ZigBee — программирование сценарных действий, реализуемых системой управления умного дома в ответ на некое событие. Таким событием может быть касание определенной клавиши выключателя, сигнал одного из датчиков (к примеру, уровня освещенности, задымления, влажности, температуры, движения и т.д.) или таймера.
Таким образом, за нажатием единственной клавиши последует ряд действий, которые определяет сценарий — отключатся одни группы светильников и активируются другие, изменят свое положение роллеты, изменится температурный режим отопительных приборов, режим работы системы безопасности и т.д.
Нажатие кнопок и включение запрограммированных на это нажатие сценариев сопровождается световой индикацией возле клавиши — красный свет светодиода означает активацию данного сценария, зеленый сообщает о наличии электропитания (переключается на красный свет при нажатии клавиши). Управлять сценариями можно и дистанционно — с помощью пульта ДУ или по GSM-каналу, со смартфона.
Разумеется, построить необходимые сети и запрограммировать их на определенные сценарии можно с помощью классической проводной разводки, однако для этого понадобятся десятки метров кабеля, многометровые штробы в стенах, потребуется значительный объем работы и большое количество времени, не говоря уже о неизбежном капитальном ремонте. И потом — удастся ли предусмотреть все будущие потребности домочадцев в ходе таких работ, ведь через некоторое время эти нужды изменятся, захочется что-то изменить, к примеру, дополнить существующую систему новыми сетевыми приборами, что будет означать новый капитальный ремонт и новые расходы?
Между тем радиофицирование сетей в умном доме не потребует прокладки новых линий электропитания и смены точек размещения выключателей — существуют решения для традиционной проводки, позволяющие совместить ее с беспроводной сетью при условии замены прежних выключателей на новые, оснащенные радиоблоком.
Решения для традиционной проводки
Неоспоримое преимущество сетей на базе Радио ZigBee — в возможности расширения числа сетевых участников до 65000 устройств, отправка и прием пакетов внутри сети со скоростью 250 Кбит/с, отсутствие потребности в нейтрали (заземлении), самостоятельном восстановлении и настройке. В случае выхода из строя одного из сетевых устройств-маршрутизаторов связь между командным и исполнительным устройством не будет нарушена, т.к. каждое исполнительное устройство при необходимости способно ретранслировать радиосигналы команд по своим каналам к устройствам внутри сети.
Размер радиоблока ZigBee не превышает 25 мм, поэтому оснащенные им электроустановочные изделия допускают установку в монтажные отверстия стандартных размеров, а отсутствие потребностей в электропроводке позволяет разместить такой выключатель на любой поверхности в комнате путем наклеивания на нее. И если раньше приходилось вставать и следовать к точке размещения устройства, чтобы изменить интенсивность освещения, оценить посетителя у двери, снизить или повысить температуру в помещении и т.д., то с устройствами Радио ZigBee это не понадобится — нужно лишь повернуться к прибору, расположенному в любом удобном для домочадцев месте, к примеру, возле любимого кресла или рабочего стола.
Степень комфортабельности наших домов и квартир состоит из многих составляющих — каких-то 30–40 лет назад основными критериями было наличие раздельного санузла, мусоропровода и газовой плиты, близость к дому автобусной остановки или станции метрополитена. Сегодня уровень комфорта напрямую зависит от полноценного отдыха после трудовых будней, возможности расслабиться, не чередуя рабочие и домашние проблемы между собой. И системы на базе Радио ZigBee разработаны именно с этой целью.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
