Zigbee pret Z-Wave: Viedās mājas savienojamības galveno protokolu izzināšana

Mūsdienu viedā māja ir savstarpēji savienotu ierīču simfonija, kur katra ierīce sazinās bezvadu režīmā, lai radītu ērtību, drošības un efektivitātes vidi. Šī sarežģītā tīkla pamatā ir sakaru protokoli, kas nosaka, kā šīs ierīces mijiedarbojas. Starp izplatītākajiem un ietekmīgākajiem ir Zigbee un Z-Wave. Ikvienam, kas vēlas izveidot patiesi integrētu viedo māju, ir būtiski izprast šo divu pamattehnoloģiju nianses. Šī visaptverošā rokasgrāmata ir paredzēta, lai demistificētu Zigbee un Z-Wave, sniedzot globālu skatījumu uz to arhitektūru, veiktspēju un piemērotību dažādiem viedās mājas lietojumiem.

Izpratne par viedās mājas komunikācijas pīlāriem

Pirms ķerties pie tieša salīdzinājuma, ir svarīgi aptvert pamatjēdzienus, kas saistīti ar bezvadu komunikāciju Lietu interneta (IoT) vidē. Viedās mājas ierīces izmanto bezvadu protokolus, lai nosūtītu un saņemtu datus, nodrošinot tālvadību, automatizāciju un sensoru atgriezenisko saiti. Šie protokoli nosaka tādus aspektus kā:

• Frekvenču joslas: Radio frekvences, ko izmanto saziņai, ietekmējot darbības rādiusu un traucējumus.
• Tīkla topoloģija: Kā ierīces ir sakārtotas un sazinās viena ar otru (piemēram, zvaigznes, tīklveida).
• Datu pārsūtīšanas ātrums: Ātrums, ar kādu var pārraidīt informāciju.
• Enerģijas patēriņš: Būtisks ar baterijām darbināmām ierīcēm.
• Sadarbspēja: Dažādu ražotāju ierīču spēja strādāt kopā.
• Drošība: Pasākumi datu aizsardzībai un neatļautas piekļuves novēršanai.

Lai gan Zigbee un Z-Wave abi ir paredzēti mazjaudīgiem, zema datu pārraides ātruma lietojumiem, piemēram, mājas automatizācijai, tie šiem aspektiem pieiet ar atšķirīgām filozofijām un tehniskām realizācijām. Tas noved pie dažādām priekšrocībām un trūkumiem, padarot vienu potenciāli piemērotāku par otru atkarībā no konkrētām vajadzībām un prioritātēm.

Zigbee: Atvērtais standarts plašai sadarbspējai

Zigbee ir uz IEEE 802.15.4 balstīta bezvadu tehnoloģija, kas pazīstama ar savu atvērto standartu un plašo pielietojumu dažādu ražotāju vidū. Zigbee, ko pārvalda Connectivity Standards Alliance (agrāk Zigbee Alliance), ir izstrādāts tā, lai būtu ļoti elastīgs un mērogojams, atbalstot plašu lietojumu klāstu no vienkāršiem sensoru tīkliem līdz sarežģītām mājas automatizācijas sistēmām.

Galvenās Zigbee īpašības:

• Frekvence: Galvenokārt darbojas 2,4 GHz ISM joslā visā pasaulē. Lai gan šo joslu izmanto arī Wi-Fi un Bluetooth, Zigbee izmanto progresīvas kanālu lēciena un traucējumu mazināšanas metodes. Dažos reģionos tiek izmantotas citas frekvenču joslas (piemēram, 915 MHz Ziemeļamerikā un Austrālijā, 868 MHz Eiropā), bet 2,4 GHz josla ir visizplatītākā viedās mājas lietojumiem.
• Tīkla topoloģija: Zigbee izceļas ar vairāku tīkla topoloģiju atbalstu, īpaši tīklveida tīklu (mesh networking). Zigbee tīklveida tīklā ierīces var sazināties viena ar otru, pārsūtot signālus no vienas ierīces uz otru. Tas ievērojami paplašina tīkla darbības rādiusu un uzticamību, jo dati var atrast alternatīvus ceļus, ja tiešs savienojums nav pieejams. Ierīces Zigbee tīklā var būt maršrutētāji (kas paplašina tīklu), gala ierīces (kas patērē minimālu enerģiju un sazinās tikai tad, kad ir aktīvas) vai koordinatori (kas pārvalda tīklu).
• Datu pārraides ātrums: Parasti piedāvā datu pārraides ātrumu līdz 250 kbps 2,4 GHz joslā. Tas ir vairāk nekā pietiekami mazām datu paketēm, ko apmainās viedās mājas ierīces, piemēram, sensori, slēdži un termostati.
• Enerģijas patēriņš: Izstrādāts īpaši zemam enerģijas patēriņam, padarot to ideāli piemērotu ar baterijām darbināmām ierīcēm, piemēram, kustību sensoriem, durvju/logu sensoriem un viedajām slēdzenēm.
• Sadarbspēja: Kā atvērts standarts, Zigbee veicina augstu sadarbspējas līmeni starp dažādu ražotāju ierīcēm, ja tās atbilst Zigbee specifikācijām un profiliem (piemēram, Zigbee Home Automation - ZHA, Zigbee Light Link). Tas var vienkāršot neviendabīgas viedās mājas ekosistēmas izveides procesu.
• Drošība: Zigbee ietver spēcīgas drošības funkcijas, ieskaitot AES-128 šifrēšanu, nodrošinot, ka saziņa starp ierīcēm ir aizsargāta.

Zigbee priekšrocības:

• Atvērts standarts: Veicina lielāku sadarbspēju un plašāku ierīču izvēli.
• Tīklveida tīkls: Nodrošina izcilu darbības rādiusu, uzticamību un redundanci.
• Zems enerģijas patēriņš: Ideāli piemērots ar baterijām darbināmām ierīcēm.
• Mērogojamība: Var atbalstīt lielu skaitu ierīču tīklā.
• Nobriedusi ekosistēma: Labi izveidots standarts ar plašu saderīgu ierīču klāstu.

Zigbee trūkumi:

• Iespējamie traucējumi: Darbība pārslogotajā 2,4 GHz joslā var izraisīt traucējumus ar Wi-Fi un Bluetooth ierīcēm.
• Sarežģītība iesācējiem: Zigbee tīkla iestatīšanai un pārvaldībai var būt nepieciešams īpašs centrmezgls vai vārteja.
• Ierobežots natīvais IP atbalsts: Zigbee ierīces pašas par sevi tieši nesazinās internetā (IP balstītos tīklos) bez vārtejas.

Z-Wave: Patentētais standarts īpašai savienojamībai

Z-Wave, ko izstrādāja Sigma Designs (tagad pieder Silicon Labs), ir patentēts bezvadu sakaru protokols, kas īpaši paredzēts mājas automatizācijai. Tas darbojas citā frekvenču joslā nekā Zigbee, kas ir galvenā atšķirība. Z-Wave koncentrēšanās uz īpašu radiofrekvenci un strukturētu ekosistēmu ir veicinājusi tā reputāciju uzticamības un lietošanas ērtuma ziņā.

Galvenās Z-Wave īpašības:

• Frekvence: Z-Wave darbojas sub-gigahercu radiofrekvenču joslās, kas atšķiras atkarībā no reģiona. Piemēram, Ziemeļamerikā tas izmanto 908,42 MHz, bet Eiropā - 868,42 MHz. Tā ir būtiska priekšrocība, jo tiek izvairīts no pārslogotās 2,4 GHz joslas, samazinot traucējumu iespējamību no Wi-Fi un Bluetooth ierīcēm.
• Tīkla topoloģija: Z-Wave arī izmanto tīklveida tīkla topoloģiju. Līdzīgi kā Zigbee, Z-Wave ierīces var darboties kā retranslatori, paplašinot tīkla darbības rādiusu un nodrošinot, ka signāli var atrast ceļu uz galamērķi. Maksimālais lēcienu skaits Z-Wave tīklveida tīklā parasti ir septiņi.
• Datu pārraides ātrums: Piedāvā zemāku datu pārraides ātrumu nekā Zigbee, parasti ap 9,6, 40 vai 100 kbps. Viedās mājas lietojumiem šie ātrumi ir vairāk nekā pietiekami, lai nosūtītu komandas un saņemtu statusa atjauninājumus.
• Enerģijas patēriņš: Z-Wave ir arī izstrādāts zemam enerģijas patēriņam, padarot to piemērotu ar baterijām darbināmām ierīcēm.
• Sadarbspēja: Lai gan Z-Wave ir patentēts, Z-Wave alianse nodrošina augstu sadarbspējas līmeni Z-Wave ekosistēmā. Ierīces, kas sertificētas kā "Z-Wave Plus" vai "Z-Wave Certified", ir izstrādātas, lai nevainojami darbotos ar citām sertificētām Z-Wave ierīcēm un centrmezgliem. Šī kontrolētā vide var nodrošināt paredzamāku un stabilāku lietotāja pieredzi.
• Drošība: Z-Wave ir ieviesis savus drošības standartus, un Z-Wave Plus piedāvā uzlabotas drošības funkcijas, piemēram, AES-128 šifrēšanu (S2 Security ietvars), kas tiek uzskatīta par ļoti drošu viedās mājas lietojumiem.

Z-Wave priekšrocības:

• Samazināti traucējumi: Darbojas īpašā sub-gigahercu frekvenču joslā, samazinot traucējumus no citām bezvadu ierīcēm.
• Uzticamība: Patentētā daba un stingrais sertifikācijas process var nodrošināt augstāku ierīču uzticamību un mazāk sadarbspējas problēmu Z-Wave ekosistēmā.
• Lietošanas ērtums: Bieži tiek slavēts par vienkāršu iestatīšanu un uzticamu darbību.
• Īpaša ekosistēma: Labi definēta ekosistēma, ko pārvalda Z-Wave alianse.

Z-Wave trūkumi:

• Patentētā daba: Var radīt augstākas ierīču izmaksas un ierobežotāku izvēli salīdzinājumā ar atvērtiem standartiem.
• Zemāks datu pārraides ātrums: Lai gan pietiekams viedās mājas uzdevumiem, tas nav piemērots liela joslas platuma lietojumiem.
• Reģionālās frekvenču atšķirības: Z-Wave ierīces ir specifiskas reģionam atšķirīgo frekvenču piešķīrumu dēļ, kas nozīmē, ka Ziemeļamerikā iegādāta Z-Wave ierīce nedarbosies Eiropā un otrādi.
• Ierobežots natīvais IP atbalsts: Tāpat kā Zigbee, Z-Wave nepieciešama vārteja, lai izveidotu savienojumu ar IP balstītiem tīkliem.

Zigbee pret Z-Wave: Tiešs salīdzinājums

Lai labāk ilustrētu atšķirības un palīdzētu jums pieņemt pamatotu lēmumu, salīdzināsim Zigbee un Z-Wave pēc galvenajiem parametriem:

Īpašība	Zigbee	Z-Wave
Protokola standarts	IEEE 802.15.4 (atvērts standarts)	Patentēts
Frekvenču josla	Galvenokārt 2,4 GHz (globāli); arī 915 MHz (ZA/AU), 868 MHz (ES)	Sub-gigahercu (piem., 908,42 MHz ZA, 868,42 MHz ES)
Traucējumu potenciāls	Augstāks (dala 2,4 GHz ar Wi-Fi/Bluetooth)	Zemāks (īpaša frekvence)
Tīkla topoloģija	Tīklveida, Zvaigznes, Koka	Tīklveida
Maksimālais ierīču skaits tīklā	65 000+ (teorētiski)	232 ierīces vienā tīklā
Datu pārraides ātrums	Līdz 250 kbps	9,6, 40 vai 100 kbps
Enerģijas patēriņš	Īpaši zems	Zems
Sadarbspēja	Augsta (starp ražotājiem, kas ievēro standartus)	Augsta (Z-Wave sertificētā ekosistēmā)
Drošība	AES-128 šifrēšana	AES-128 šifrēšana (S2 Security)
Darbības rādiuss (tipisks iekštelpās)	30-100 pēdas (9-30 metri)	30-100 pēdas (9-30 metri)
Ierīces izmaksas	Parasti zemākas	Parasti augstākas

Kad izvēlēties Zigbee:

Zigbee ir lieliska izvēle viedās mājas entuziastiem, kuriem prioritāte ir:

• Maksimāla ierīču izvēle: Ja vēlaties piekļuvi visplašākajam viedās mājas produktu klāstam no dažādiem zīmoliem, Zigbee atvērtā standarta daba ir būtiska priekšrocība.
• Liela un robusta tīkla izveide: Tīklveida tīkla iespējas un teorētiskais atbalsts milzīgam ierīču skaitam padara Zigbee ideāli piemērotu lielākām mājām vai sarežģītām automatizācijas sistēmām.
• Izmaksu efektivitāte: Zigbee ierīces bieži ir lētākas, pateicoties atvērtajam standartam un plašākai konkurencei.
• Viedais apgaismojums: Zigbee ir īpaši populārs viedā apgaismojuma sistēmās, un daudzi lieli zīmoli, piemēram, Philips Hue un IKEA Trådfri, to izmanto.

Globāls piemērs: Eiropā, kur viedais apgaismojums ir plaši izplatīts, mājas īpašnieks varētu izvēlēties uz Zigbee balstītu apgaismojuma sistēmu tās vieglās paplašināšanas un pieejamo spuldžu un slēdžu no dažādiem ražotājiem dēļ.

Kad izvēlēties Z-Wave:

Z-Wave ir priekšroka protokols lietotājiem, kuri novērtē:

• Uzticamību un minimālus traucējumus: Ja jūsu mājās ir daudz Wi-Fi ierīču vai tā atrodas blīvi apdzīvotā vietā, kur 2,4 GHz traucējumi ir problēma, Z-Wave īpašā frekvence piedāvā stabilāku savienojumu.
• Vienkāršību un iestatīšanas ērtumu: Vienkāršotais sertifikācijas process bieži nodrošina paredzamāku un lietotājam draudzīgāku pieredzi, īpaši tiem, kas ir jauni viedās mājas tehnoloģiju jomā.
• Īpašu viedās mājas ekosistēmu: Z-Wave patentētā daba nozīmē, ka ekosistēma tiek stingri kontrolēta, kas bieži noved pie mazāk saderības problēmām Z-Wave standarta ietvaros.
• Viedās drošības ierīces: Z-Wave bieži tiek izmantots viedajām slēdzenēm, sensoriem un drošības sistēmām tā uzticamības dēļ.

Globāls piemērs: Metropoles zonā, piemēram, Singapūrā, kur Wi-Fi pārslodze var būt liela, iedzīvotājs varētu izvēlēties Z-Wave sistēmu savām viedajām durvju slēdzenēm un logu sensoriem, lai nodrošinātu uzticamu darbību bez traucējumiem no kaimiņu tīkliem.

Centrmezglu un vārteju loma

Gan Zigbee, gan Z-Wave nepieciešams centrālais centrmezgls vai vārteja, lai izveidotu savienojumu ar jūsu mājas Wi-Fi tīklu un internetu. Šis centrmezgls darbojas kā tulks, ļaujot jūsu viedtālrunim vai balss asistentam (piemēram, Amazon Alexa vai Google Assistant) sazināties ar Zigbee vai Z-Wave ierīcēm. Populāri centrmezgli ir SmartThings, Hubitat un Amazon Echo Plus (kuram ir iebūvēts Zigbee centrmezgls). Centrmezgla izvēle var arī ietekmēt jūsu lēmumu, jo dažiem centrmezgliem var būt labāks natīvais atbalsts vienam protokolam pār otru, vai arī tie var piedāvāt nevainojamu integrāciju starp abiem.

Nākotne: Matter un standartu konverģence

Ir svarīgi atzīt jaunā savienojamības standarta Matter parādīšanos, kura mērķis ir apvienot viedās mājas ekosistēmu. Matter ir veidots uz esošo IP balstīto protokolu, piemēram, Wi-Fi un Thread (kas ir saistīts ar Zigbee), pamata un ietver Bluetooth LE nodošanai ekspluatācijā. Lai gan Matter ir izstrādāts kā protokolu agnostisks, sagaidāms, ka daudzas esošās Zigbee ierīces iegūs Matter saderību, izmantojot programmaparatūras atjauninājumus vai pieslēdzoties Matter saderīgam tiltam, kas tulko to komandas. Arī Z-Wave pēta integrācijas ceļus ar Matter.

Šī attīstība liecina par nākotni, kurā atšķirības starp Zigbee un Z-Wave varētu kļūt mazāk kritiskas gala lietotājam, jo parādās kopīga valoda. Tomēr šobrīd to individuālo priekšrocību izpratne joprojām ir būtiska, lai izveidotu uzticamu un pielāgotu viedās mājas pieredzi.

Praktiski ieteikumi jūsu viedās mājas veidošanai

• Novērtējiet savas vajadzības: Vai jūsu prioritāte ir apgaismojuma automatizācija, drošība vai plašs ierīču klāsts? Tas palīdzēs izvēlēties protokolu.
• Pārbaudiet ierīču saderību: Pirms ierīču iegādes pārbaudiet, vai tās izmanto Zigbee vai Z-Wave un vai tās ir saderīgas ar jūsu izvēlēto centrmezglu.
• Apsveriet savu vidi: Ja jūsu mājās ir liela Wi-Fi satiksme, Z-Wave varētu piedāvāt stabilāku pieredzi.
• Sāciet ar mazumiņu: Sāciet ar dažām ierīcēm un saderīgu centrmezglu, lai iepazītos ar tehnoloģiju, pirms būtiski paplašināt savu viedo māju.
• Meklējiet sertifikātus: Z-Wave gadījumā meklējiet Z-Wave Plus sertificētas ierīces. Zigbee gadījumā pārliecinieties, ka ierīces atbilst izplatītiem profiliem, piemēram, ZHA.
• Esiet informēts: Sekojiet līdzi Matter attīstībai un tam, kā tas ietekmē jūsu esošās un nākotnes viedās mājas ierīces.

Secinājums

Gan Zigbee, gan Z-Wave ir nobrieduši, uzticami un mazjaudīgi bezvadu protokoli, kas veido lielākās daļas viedo māju sistēmu pamatu. Zigbee ar savu atvērto standartu piedāvā plašu sadarbspēju un milzīgu ierīču ekosistēmu, padarot to par izmaksu ziņā efektīvu izvēli plašai automatizācijai. No otras puses, Z-Wave nodrošina kontrolētāku, patentētu vidi, kas bieži noved pie augstākas uzticamības un samazinātiem traucējumiem, pateicoties tā īpašajai frekvenču joslai. Optimālā izvēle ir atkarīga no jūsu konkrētajām prioritātēm, esošās tīkla infrastruktūras un vēlamā viedo ierīču klāsta. Izprotot to atšķirīgās īpašības, jūs varat pārliecinoši izveidot viedo māju, kas ir gan inteliģenta, gan nevainojami savienota, neatkarīgi no jūsu ģeogrāfiskās atrašanās vietas.