Большой обзор протоколов Zigbee, Z-Wave, Matter и Thread

Данил Гаращенко на своем канале Rozetked рассказал подробно про умный дом, протоколы, и что они из себя представляют в 2024 году

Мы сегодня говорим про умный дом. Понимаю тема гиковская. Вам оно не по карману, делать вы не собираетесь. И вообще, зачем оно надо? И я тоже не хочу рассказывать про очередную умную лампочку, поэтому вы пришли по адресу. Улица Академика Королёва, дом 12.

О чем поговорим

Мы сегодня говорим о протоколах, разбираемся c Zigbee, Matter и Thread, а параллельно с этим поговорим о Wi-Fi, Bluetooth и Z-Wave, чтоб даже, если вы не собираетесь себе ставить и строить умный дом всё равно понимали, о чём все вокруг постоянно шепчутся. Постараюсь максимально кратко и чтоб максимум понятно было, начнём с простого.

Есть ли у меня умный дом

У меня умного дома нет, потому что умный дом должен идеально работать. Ты приходишь домой, всё по сценарию зажигается, тут зажигается, там чайник включается и так далее. Ну, типа заходишь домой, у тебя сразу включается в коридоре свет, в ванную переходишь, там и свет и вытяжка уже. Заходишь, я не знаю, в комнату, там включается кондиционер. И вот этих сценариев должно быть много. Их нужно настраивать, читать гайды и в целом в этом разбираться. А чаще всего это попросту всё либо глючит, либо отваливается, либо не работает так, как должно, проходили уже это. А ещё всё это недёшево, потому что умный дом — это не только лампочка, умная розетка, это много чего. Но в будущем это решится, станет дешевле. И вот здесь начинается рассказ о протоколах и экосистемах.

Что такое протокол

Протокол — это основа умного дома, можно даже сказать, это язык на котором общаются все умные устройства и передают друг другу команды. Экосистема же — это то, что объединяет все ваши умные устройства с разными протоколами вместе, позволяя автоматизировать работу дома и создавать сценарии. Существует Apple HomeKit, Google Home, Умный дом Сбер и ещё куча других. Сразу скажу, что собрать умный дом на одном лишь протоколе, конечно, можно, но очень сложно. Вряд ли вы захотите использовать один протокол для всех гаджетов или одного и того же производителя. Просто некоторые датчики не сочетаются друг с другом, они не поддерживают все протоколы, они бывают не совместимы между собой. Один работает на старых протоколах, другой на новых, для каких-то вещей, например, для обработки и передачи больших массивов видео нужен Wi-Fi, и эти гаджеты работают только на Wi-Fi. Другие производители вообще упариваются по Bluetooth Low Energy, и рынок сейчас разрозненный. Даже при выборе лампочки, простая вещь, но нужно выяснять работает ли она с вашей колонкой. Плюс не забываем, что некоторые устройства работают через интернет, через сервера, другие поддерживают локальность. И да, придётся ковыряться и изучать. Сейчас без этого никуда.

Виды протоколов

На данный момент есть несколько популярных протоколов Zigbee, Z-Wave, по сути, то же самое, но на других частотах, Bluetooth и Wi-Fi. Большинство умных устройств из коробки поддерживают разные технологии за исключением, пожалуй, только камер, они работают исключительно по Wi-Fi. Всё остальное, пожалуйста, хоть Zigbee, хоть Bluetooth. А самое прикольное скрывается за словом Thread, работает он на той же частоте, что и Zigbee, это позволяет устройствам общаться друг с другом напрямую. Или вот есть Matter вообще новый язык умного дома, в котором постарались учесть все проблемные точки и этот протокол, скорее всего, заменит все существующие. Запутались? Отлично! Давайте по порядку.

Wi-Fi

Начнём мы с Wi-Fi. Здесь всё просто. Точка доступа есть у каждого в доме, протокол поддерживают даже чайники, бери, подключай напрямую и пользуйся, и без всяких дополнительных контроллеров. Твой роутер — это главный хаб. Второй плюс Wi-Fi — это высокая скорость передачи данных. Особенно это актуально для камер. Хочешь на диск заливай, хочешь на сервер, хочешь напрямую стримь себе в телефон. Ну и конечно Wi-Fi — это про универсальность. Лампочки, розетки, светодиодные ленты, всё это чаще всего работает именно через Wi-Fi. При этом данные гаджеты поддерживают множество экосистем.

Что мы используем

И именно лампочки, наверное, первое умное устройство у всех. В зависимости от модели, они умеют регулировать яркость, температуру и цвет, а ещё имитировать эффекты. Можно организовать сценарий здорового человека, утром похолоднее для бодрости, вечером приглушённые оттенки, а перед самым отходом ко сну минимальная яркость.

Умная розетка тоже база. Вот, например, такой вариант от SberDevices. Мы используем подобную в офисе для отключения холодильника на время съёмок, потому что он очень громкий. Можно на удлинитель такой повесить с кучей устройств, в случае перегрева автоматически отрубается, спасает вас от пожара, и при этом через приложение можно смотреть статистику по электропотреблению. И естественно экосистемы разных компаний не ограничены только собственными устройствами. Можно спокойно подключать увлажнители, кондиционеры, список там огромный. Самое главное, что необходимо связать гаджет иного производителя с тем гаджетом, чью экосистему вы используете. В данном случае у нас Сбер, нам нужно связать с облаком Сбера, либо отдельный хаб производителя с облаком Сбера, чтобы тот уже по Zigbee передавал данные на другие устройства. А управлять всем этим зоопарком можно через приложение в нашем случае Салют или же через веб-сервис. Зачем Web? Ну, это если у вас iPhone, но можно в качестве центра умного дома использовать, либо SberBoom, либо Сбер портал и управлять уже через Ассистента Салют.

Вернёмся к Wi-Fi

Минусы есть? Есть. Wi-Fi потребляет много энергии. Те же устройства от Zigbee в режиме ожидания потребляют где-то раз в пять меньше. Поэтому без постоянного питания с Wi-Fi не выжить. Да и роутер не то чтобы рад, сеть на 2,4 ГГц итак самая подыхающая всегда, а ты тут 15 лампочек умных купил, вот тебе плюс 15 гаджетов в копилку. Не дело. Тупо постоянное обращение к роутеру и обратно уже подводит подплеть стабильности соединения, конечно, существуют офисные решения, где там и по 200 гаджетов могут работать, но это же не в каждой квартире и вообще дурно роутеру станет, если все команды экосистемы проходят не локально, а через серверы, через облако. Отключили интернет, забыли вы оплатить там, или перебой у провайдера, всё прощай умный дом, в этом весь Wi-Fi. Хотя не всё так плохо, в Matter система умеет работать оффлайн. Но к этому мы ещё вернёмся, но если говорить прямо, то использовать умные гаджеты, которые работают исключительно по Wi-Fi в наше время это ну прямо мавитон, это плохо. Лучше оставьте интернет для стабильного соединения плойки, компа, телевизора и колонки.

Zigbee

Переходим к Zigbee— это прям Old в наших протоколах, потому что появился он в 2003 году, и тогда никаких умных домов и в помине не было, но нужна была автоматизация и управление производствами. Вот там Zigbee и пригодился, просто в случае с дорогим и энергозатратным Wi-Fi, у вас есть шлюз, это роутер. И тогда Wi-Fi стоил дорого. Опять-таки интернет накрылся и всё. Ну, я только что про это рассказывал. А вот когда используем Zigbee — это уже Mesh сеть, где устройства с питанием умеют расширять сеть автоматически. И если какой-то из таких девайсов вдруг умер, то остальные соседи по цепочке могут принять сигнал и передать его дальше. Чем больше такая сеть, тем она по сути надёжнее, но нюанс в том, что данные ретранслировать умеют только устройства роутеры, а это обычно те, что с питанием, то есть розетки или лампы. И то только в том случае, если производитель закодил эту функциональность. Такую систему просто масштабировать, но опять же, если сдох центральный контроллер хаб, то ляжет и вся сеть. Но из этой особенности следует ещё одна фишка Zigbee, неважно, куда вы ставите хаб, если у вас достаточно устройств роутеров это реле, лампочки, розетки, вот по всему дому они есть. Это прекрасно. Они и так будут передавать друг другу команды. А ещё с этим протоколом можно сделать так, чтобы команды и исполнялись, и даже передавались в оффлайн режиме без интернета. Собака перегрызла Ethernet, ничего, свет можно будет включить. Так на самом деле можно сделать и с Wi-Fi, но куда сложнее. Но такой фишки пока что даже у Сбера нет. Все команды передаются на серверы, но они находятся в России, поэтому задержки там будут минимальные. Платформу умного дома Сбер даже в реестр российского ПО внесли, так как она полностью своя и со своей инфраструктурой, и поддержка локальности это вопрос времени. Она появится. Я спросил. То есть в будущем, когда ты соединяешь хаб, в нашем случае это Сбер портал, с Zigbee устройствами, всё это работает даже в оффлайн режиме и вот тогда будет топ. Так что умный дом Сбера с перспективой. Это мы покупаем. И наученные насмотренные люди скажут, что в Matter тоже есть поддержка локальности, даже в некоторых Wi-Fi устройствах, но в это уже углубляться мы не будем. И вернёмся к Zigbee. Что касается энергоэффективности таких устройств? Я уже сказал, что кушают они мало, на батарейках там работают годами, поэтому по всей квартире, по всему дому можно лепить вообще, куда ни попадя, естественно без всяких проводов и розеток. Но без минусов не обошлось и здесь, хотя и минусом это не назовёшь, скорее особенность, чтобы управлять умным домом со смартфона, нужно как-то подключить его к протоколу Zigbee . А из коробки этого сделать нельзя, поэтому понадобится хаб. Он умеет общаться и по Wi-Fi с вашим роутером и по Zigbee с умными датчиками. Также через такой хаб можно подключить глупые устройства, запрограммировав их через инфракрасный датчик. Телевизор, например, или старый кондей. Иногда хабы — это не отдельное устройство, а допустим та же умная колонка с поддержкой Zigbee, удобно. А ещё, конечно, нужно смотреть на совместимость. Не получится накупить Zigbee датчиков от разных производителей. Не ну купить-то, конечно получится, но вот, чтобы они друг другу команды передавали, вообще не факт. А потому, если хочется заморочиться, сначала покупаете нужную вам умную колонку или умный экран, и уже вокруг неё выстраиваете экосистему, желательно с тем же брендом.

Примеры

На примере покажу, как это выглядит в экосистеме того же Сбера. Есть колонка, скажем, SberBoom она умеет Wi-Fi и Bluetooth, так что для Zigbee нужен ещё хаб. Такой у Сбера тоже есть, так и называется «хаб», а потом мы набираем девайсов под потребности, лампочки, светодиодные ленты, розетки, датчики, кнопки и так далее или сразу набором так тупо дешевле. В текущей линейки Сбера умный свет и розетки работают по Wi-Fi, а датчики и кнопки по Zigbee. Но так как мы уже купили и колонку и хаб, всё у нас заработает и свяжется, пусть и по разным протоколам, но ничего страшного. Датчиков три — движение, открытие дверей и окон, а также температуры и влажности. Проверить закрыли ли вы дверь можно удалённо со смартфона и уведомления о движении, конечно, тоже придёт. Можно потом на это подвязать и сценарий включения света, например. А если нужны какие-то устройства от других производителей ищите стикер Салют Умный дом. Например, такая пометка есть у умного карниза от Yeelight, крутая штука, которая опускает и поднимает шторы в заданное время. Собственно всё это актуально и для других экосистем умного дома, в общем-то, смотрите на наклейки. И хотя сама по себе Zigbee сеть — это единая и взаимосвязанное целое, можно виртуально объединять некоторые устройства по группам. Например, те же лампочки можно объединить в одну комнату, чтобы одним нажатием их вырубить. Всё это делается уже через упомянутые приложения. Ну и говоря про Zigbee нельзя не упомянуть про Z-Wave.

Что за Z-Wave

Это по сути тот же самый протокол, только на немного других частотах, и если Zigbee работает в диапазоне примерно 2,4 ГГц, там же где Wi-Fi, Bluetooth и микроволновки, то Z-Wave работает ниже 1 ГГц, где помех нет вообще. Но вот беда Z-Wave — это закрытый стандарт. А значит устройств с его поддержкой не так и много. Идею добивает еще тот момент, что в каждом регионе используются свои чуть отличающиеся частоты, поэтому американские или даже европейские умные лампочки и розетки могут попросту не работать в России, у нас своя частота. И в общем-то Zigbee хоть и старый, но до сих пор актуальный. Запомни это твой Бро, главное не перепутать Z-Wave.

Thread

Смотрим дальше, модный и молодёжный протокол Thread, который кстати придумали в Google, которому меньше 10 лет и он вмещает в себя всё самое лучшее от Zigbee и Wi-Fi и получился этот протокол неплохим, по крайней мере на бумаге. Устройство объединяются в Thread сеть по ячеистой топологии, проще говоря каждый с каждым, а ещё Thread отличается низким энергопотреблением и низкой задержкой. А что тогда у этого стандарта от Wi-Fi? Кайф в том, что он построен на интернет протоколе ipv6, но для работы Thread сети нужен так называемый пограничный роутер, он-то и умеет разговаривать с интернетом, точнее с локальной сетью. Без пограничного роутера устройства умного дома не смогут общаться со смартфонами и внешним миром, и очень прекрасно, что пограничный роутер может выступать мостиком между Thread, а также протоколом Matter, о котором мы поговорим дальше. И если вообще не понятно о чём я говорю, то это, например, колонка HomePod второго поколения, либо Google Nest Hub Max умный дисплей. И на самом деле Thread сеть включает в себя два вида устройств, те устройства, которые подключены к питанию, те же ретрансляторы, роутеры, умные колонки, экраны и так далее. Они могут команды и принимать и передавать, те же что работают от батареек, кнопки всякие умные, они могут команды только отправлять. То есть поменялась температура, датчик отправил команду на хаб, пользователь нажал кнопку, пыщ, команда улетела. При этом Thread стандарт открытый, но устройств под него не то, чтобы много. Дело в том, что протокол взаимодействия умных устройств Matter, в котором есть чёткое применение Thread, для взаимодействия умных устройств между собой представили меньше года назад. И вот тут мы переходим к самому интересному.

Matter

Собрались как-то Apple, Google, Samsung, организация по разработке Zigbee обвели взглядом весь тот зоопарк протоколов, что существует и вдохновившись Apple HomeKit , решили сделать универсальный стандарт и имя ему Matter. Что ж, получается в этом зоопарке ещё больше протоколов теперь. Но объективности ради, получилось хорошо, перспективно, потому что там у нас всё самое лучшее из мира интернета вещей. Наследие Zigbee, протокол Thread внутри, Bluetooth и концепция HomeKit, и в целом идея отличная сделать супер универсальный единый стандарт умного дома. К разработке Matter присоединились больше 250 компаний, в том числе российские, те же SberDeviсes, например. Получился открытый стандарт, который снова смешал все предыдущие разработки, но чтобы получить шильдик на девайсе нужно пройти сертификацию.

Что интересного в Matter

Что вообще есть внутри Matter? Есть Bluetooth, он для удобства, чтобы подключать новые гаджеты, супер конечно, можно и умный дом на Bluetooth построить, но осторожно, потому что радиус действия очень маленький. Дальше, Wi-Fi тоже есть, он как раз для большого потока данных, для тех же камер. А ещё в Matter есть специальные мосты, через которые можно прокинуть устройство на других протоколах. И это если совсем кратко. Но получается, что в идеале вот те гаджеты, где будет написано совместимо с Matter, можно будет спокойно покупать от разных производителей и всё при этом будет слажено и хорошо работать. Это то, что вот сегодня мы хотели услышать.

Объясняем подробно

Matter — это-то чего мы ждали, и если Zigbee — это твой Бро, Thread — это тоже твой Бро, но с такими странными взглядами, и друг другу вы не подходите, и вообще он парень не особо ровный, то вот Matter — это самый чёткий пацан. И работает это примерно так, для подключения нового устройства используется Bluetooth, затем оно подключается по Wi-Fi или объединяется в Mеsh сеть через Thread, то есть устройство, которому нужна высокая скорость передачи данных будут использовать Wi-Fi, а всякие лампочки, датчики, будут использовать Thread, при этом и Wi-Fi и Thread смогут общаться между собой в одной сети, но нужны хабы, которые будут поддерживать обе технологии. То есть Matter контроль со встроенным пограничным роутером, их кстати, может быть несколько. Объясню подробнее. Сейчас вообще всё будет просто, существуют гаджеты контроллеры, которые называются Matter Over Thread, допустим это колонка HomePod 2, либо HomePod Mini, которая сразу умеет работать и Thread и Matter, и умеет объединять в одну экосистему, в одну сеть, и то и другое. Более того, сюда можно подцепить и Zigbee гаджеты, только нужно иметь специальный Zigbee хаб, который ты подцепляешь к колонке, и она уже переводит всё на язык Matter. Понятно? Понимаю, звучит запутанно, но если говорить чуть проще, то существуют старые датчики, какие-нибудь Zigbee гаджеты, вы их соединяется со специальным хабом, который в свою очередь подключён к контроллеру в виде HomePod. И вот этот хаб переводит всё это на язык Matter, и HomePod его понимает, и работает это также в обратную сторону.

Есть ли недостатки

И тут опять беда, первая версия стандарта Matter вышла только в октябре прошлого года, пока он описывает работу освещения, розеток, телевизоров, некоторых других датчиков и контроллеров, а вот с умными пылесосами или маршрутизаторами пока что не работает. Но радует, что производители подтягиваются те же Google Nest после обновления прошивки стали работать как пограничные роутеры для Matter. Да и в целом, ну вот наши российские производители тот же Сбер наверняка в будущем до этой технологии тоже доберётся вместе с Zigbee устройствами. И даже если у вас есть что-то из умного дома и оно работает с Thread или Zigbee, может быть так, что эти устройства подтянут до работы с Matter, то есть их нужно просто обновить и обновить там прошивку. А даже если нет, то придумают какие-то шлюзы. Плюсом — Android 13 уже и iOS 16 поддерживают протокол Matter, и вот тут мы наконец-то подходим к заключительной мысли.

Выводы

Будущее за Matter, а стабильность пока что за Zigbee. Поэтому, если вы строите умный дом, если на гаджете написано поддержка Zigbee, Thread или Matter уже хорошо, если производитель обещает такую поддержку, тоже неплохо. А вообще, надеюсь, уже через несколько лет этот обзор станет просто бессмысленным, потому что ты просто пойдёшь в магазин, купишь то, что тебе нравится, и это будет работать без нареканий, и самое главное оффлайн. К этому стремятся и наши отечественные разработчики.

Источник: Rozetked.