Наверное, все представляют что такое Wi-Fi сеть, которая есть почти в каждой квартире. Есть устройство передатчик (роутер) и приемники (телефон, ноутбук и другие устройства), их связывает единая сеть, которая создается на уровне роутера. Схематично это выглядит так:
Такой тип сети называется "Звезда", из-за визуального сходства (Центральное устройство и лучи отходящее от него). Тут все кажется довольно просто.
Как вы можете заметить, на схеме присутствуют устройства из системы "Умный дом" от Xiaomi. Получается, что на протоколе Wi-Fi можно построить свою систему автоматизации? Ответ - да, можно.
А зачем тогда что-то придумывать?
Если вы обратите внимание на схему, то заметите, что все устройства либо подключаются к розетке, либо требуют частой зарядки. Тут во всей красе предстает главный минус Wi-Fi сети, а именно высокое энергопотребление. И если для устройств питающихся от розетки это не страшно, то для устройств и датчиков работающих от батарейки - это смертельно. Согласитесь, зачем нужен датчик, в котором нужно каждый день заряжать аккумулятор?
Но ведь есть протокол передачи данных, с низким энергопотреблением, который нам давно известен и до сих пор активно используется. Вспомните фразу: "включи блютуз, я тебе перекину фотки.". Да, именно Bluetooth, который раньше использовался для передачи данных, а сейчас занял нишу подключения беспроводных аудио-устройств и гаджетов, так же применяется в системе "Умный дом". Чаще конечно идет в пару с Wi-Fi, но есть и устройства только с bluetooth, например чайник Mi Smart Kettle.
Но и тут все не так гладко, как хотелось бы. Как и Wi-Fi, Bluetooth использует топологию "Звезда". А что в этом страшного? Ответ прост, малая дальность действия и низкая отказоустойчивость. Основное устройство необходимо размещать максимально по центру помещения, чтобы обеспечить связь со всеми устройствами. И если для квартиры это не так критично, то в частном доме просто не получится обеспечить постоянную связь между устройствами, находящимися на заметном удалении друг от друга. Для решения этой проблемы были внедрены Bluetooth шлюзы. И постепенно развивается система Mesh, для которой выпустили специальные лампочки.
ZigBee
Логично, что нужен был протокол передачи данных с низким энергопотреблением и надежностью соединения. Поэтому еще в 2003 году была ратифицирована спецификация ZigBee. Основное отличие от Bluetooth - это топология "Mesh".
В ней подразумевается наличие 3 типов устройств:
- Координатор - головное устройство, которое создает сеть. В умном доме сяоми эту роль выполняет один из шлюзов.
- Роутер - устройство, которое имеет постоянное питание. Эту роль берут на себя выключатели и розетки.
- Конечные устройства - датчики и гаджеты работающие от батарейки.
На схеме умного дома Xiaomi протокол будет выглядеть так:
Ничего не понятно? Давайте попробуем разобраться.
У нас на схеме есть шлюз Gateway 2, он выполняет роль координатора. К нему, в приложении MiHome мы подключаем все остальные устройства. Как и в Wi-Fi и Bluetooth, только стрелочек тут заметно больше. Все это потому, что розетки и выключатели выполняют роль "Роутера", они принимают сигнал от головного устройства и транслируют его дальше по сети до конечных датчиков. Это позволяет масштабировать сети до уровня дома или даже большого производственного здания. А выход из строя одного из устройств-роутеров не скажется на работоспособности всей сети.
Сравнительная таблица характеристик этих протоколов связи:
Технология |
Wi-Fi |
Bluetooth |
ZigBee |
Стандарт связи |
IEEE 802.11 |
IEEE 802.15.4 |
IEEE 802.15.4 |
Скорость передачи данных |
300+ Мбит/с |
до 3 Мбит/с |
250 Кбит/с |
Энергопотребление |
Высокое |
Низкое |
Низкое |
Частотный диапазон |
2.4 Ггц |
2.4 Ггц |
2.4 Ггц |
Поддержка IP |
+ |
- |
- |
Топология |
"звезда" "mesh" |
"звезда", "mesh" |
"звезда", "mesh" |
Из минусов можно отметить низкую скорость передачи данных - до 250 кбит/сек. Ради низкого энергопотребления, приходится чем то жертвовать, но это не критично для задач домашней автоматизации.
Обратите внимание, если в вашей системе 2 шлюза, то это будет 2 разных, независимых ZigBee сети только в случае недосягаемости. А так второй и последующий шлюз подхватывает сеть первого. Но если вдруг один из шлюзов умрет, то датчики можно переподключить к другому.
Значимость ZigBee в системе умного дома Xiaomi
На конец 2017 года, в системе Xiaomi 22 устройства, которые используют ZigBee протокол. Wi-Fi используют около 80, а блютуз около 25.
Да, самая маленькая доля устройств, но стоит отметить, что ZigBee устройства предназначены именно для автоматизации жилища, и их доля в вашей системе скорее будет доминировать.