Протоколы умного дома: чем различа­ются Wi⁠-⁠Fi, Zigbee, Thread и Matter

Один из важнейших параметров умного дома — протокол для обмена данными.

Он определяет, как гаджеты общаются друг с другом и с пользователем. От выбранной технологии зависит, насколько стабильным и быстрым будет соединение, как вырастет энергопотребление домохозяйства и понадобится ли докупать связующее устройство — хаб.

Расскажу, почему протокол — основополагающий параметр домашней экосистемы и чем различаются самые популярные технологии.

В чем фишка: высокая скорость работы и много доступных устройств
Офлайн-режим: не на всех гаджетах
Нужен ли хаб: нет

Как правило, с этого протокола пользователи начинают строить умный дом. У него масса преимуществ: протоколу Wi-Fi нужен только обычный интернет-роутер, а в продаже много совместимых лампочек, розеток, выключателей и прочих гаджетов, причем по доступным ценам относительно других технологий.

Еще одна фишка Wi-Fi — высокая пропускная способность. Это полезно для умных камер, которым необходимо выгружать видеопоток в облачное хранилище. Для передачи команд на большинство других девайсов высокая скорость не требуется.

Но и минусов у этого протокола немало. Wi-Fi версии 4 потребляет в пять раз больше электроэнергии, чем Zigbee. Вряд ли это сильно скажется на счетах за электричество, но батарейки в беспроводных гаджетах придется менять намного чаще.

Кроме того, почти все устройства умного дома на базе Wi-Fi используют диапазон частот 2,4 ГГц. В многоквартирных домах эта полоса зачастую сильно перегружена, что приводит к помехам. К тому же у протокола есть ограничение по радиусу действия интернет-маршрутизатора.

Некоторые вайфай-гаджеты не умеют работать по локальной сети. То есть когда вы нажимаете кнопку «Включить лампочку» в приложении, команда отправляется со смартфона на сервер производителя устройства, а уже с него — на лампочку.

Облако часто находится в другой стране, поэтому весь процесс может занять несколько секунд. А если на сервере случится сбой, весь умный дом вообще перестанет работать. Такое случалось, например, с экосистемой «Яндекса». То же самое произойдет, если вы забудете оплатить интернет или его отключат по другой причине.

Впрочем, во многих актуальных устройствах все-таки есть локальный режим. Обычно его необходимо включить вручную в настройках приложения.

В чем фишка: стабильная работа и большой ассортимент устройств
Офлайн-режим: есть
Нужен ли хаб: да

Эта спецификация существенно отличается от Wi-Fi. Две главные особенности — минимальное энергопотребление и поддержка ячеистой сети.

Радиус действия между двумя Zigbee-устройствами меньше, чем у Wi-Fi. Но этот недостаток нивелируется тем, что все участники сети передают команды не только через маршрутизатор, но и друг через друга. А если один из таких посредников сломается, система сама найдет другой путь через соседние модули. Правда, ретрансляцию сообщений поддерживают только те устройства, которые постоянно подсоединены к электросети.

При этом Zigbee-сети необходим шлюз, который связывает экосистему с пользователем: его смартфоном, умной колонкой или облаком. Так как команды передаются самими устройствами, доступ в интернет для работы уже созданных сценариев не нужен. Создание новых автоматизаций в большинстве экосистем происходит при участии сервера производителя.

Скорость передачи данных через Zigbee-сеть не превышает 250 Кбит/с. Этого более чем достаточно, чтобы отправлять команды и получать данные с датчиков. Зато устройство на базе этого протокола способно проработать от батарейки до двух лет. Например, можно купить беспроводной выключатель и разместить его где удобно — даже если поблизости нет электропроводки.

Ассортимент совместимых с Zigbee модулей не такой широкий, как в случае с Wi-Fi. Дело в том, что разработчик технологии, организация Zigbee Alliance, требует покупать лицензию для коммерческого использования стандарта. Но в последние годы ситуация начала меняться. Продукты на базе Zigbee сейчас выпускают в том числе крупные российские игроки — «Яндекс» и «Сбер».

В чем фишка: стабильный, надежный, пусть и не очень популярный
Офлайн-режим: есть
Нужен ли хаб: да

Стандарт, разработанный по инициативе Google, во многом похож на Zigbee. Сеть устроена так, чтобы устройства могли «общаться» между собой и с интернетом без хабов и интернет-подключения. Однако Thread-концентратор все же нужен — чтобы подключаться к смартфону или облаку. Такой концентратор еще называют пограничным роутером.

Сеть на базе этого протокола отличается небольшим временем отклика. Скорость передачи данных в ней сопоставима с Zigbee. Главный недостаток Thread — очень ограниченный выбор устройств. Стандарт появился только в 2014 году и был вынужден конкурировать с Wi-Fi и Zigbee на уже устоявшемся рынке, не предлагая особых преимуществ.

Протокол в основном известен в США и Европе, где более распространены роутеры Google Nest, колонки Apple HomePod и приставки Apple TV. Эти устройства служат пограничными роутерами в сети Thread, поэтому их владельцам не нужно покупать дополнительный хаб. В России Thread-совместимые гаджеты есть у Aqara и Tuya.

В чем фишка: обеспечивает совместимость между гаджетами разных брендов
Офлайн-режим: есть
Нужен ли хаб: в некоторых случаях

Основная проблема протоколов связи в том, что часто производители не следуют спецификациям дословно и добавляют собственные оптимизации и улучшения. Это приводит к несовместимости устройств разных брендов.

В 2019 году ключевые игроки рынка умных устройств — Google, Apple, Amazon, Samsung и другие — объединили усилия для создания универсального и открытого стандарта Matter. По задумке, гаджеты на базе этой технологии должны работать в любой экосистеме без лишних манипуляций.

Технически Matter использует существующие сетевые протоколы Wi-Fi, Thread и Bluetooth. Сочетание нескольких технологий позволяет использовать преимущества каждой:

• Wi-Fi используется для устройств, требующих высокой пропускной способности, например для камер наблюдения;
• Thread подходит для датчиков и устройств с низким энергопотреблением;
• Bluetooth применяется для начальной настройки устройств.

Первая версия стандарта Matter вышла в конце 2022 года. Хотя выбор совместимых устройств пока ограничен, рынок стремительно развивается. К тому же некоторые компании добавляют поддержку Matter через обновление прошивки для уже вышедших моделей. Например, с Matter на базе Wi-Fi совместимы все умные колонки «Яндекса», кроме самой первой «Станции».

Несмотря на заявления создателей об универсальности протокола, проблемы все же есть. Если приобрести устройство Matter over Thread, то есть работающее по сетевому протоколу Thread, его не получится подключить к хабу, который совместим только с Matter over Wi-Fi. Такой проблемы нет с Thread-шлюзами: к хабам Matter over Thread почти всегда можно подключить и устройства на Wi-Fi, и устройства, работающие по протоколу Thread.

Есть еще несколько технологий. Они не получили большого распространения в российских домохозяйствах, но популярны в других странах или используются для автоматизации производственных помещений.

KNX. Это универсальный стандарт для автоматизации зданий. Он поддерживает как проводное, так и беспроводное соединение. Хорошо масштабируется, но требует профессиональных знаний для настройки. Оборудование стоит дорого.

Insteon. Комбинированный протокол с ячеистой топологией. Использует как проводное, так и беспроводное соединение. Минус протокола — мало совместимой техники.

Z-Wave. Беспроводной протокол с ячеистой сетью, низким энергопотреблением и хорошей стабильностью. В разных странах технология использует разные частоты, что ограничивает выбор устройств. Зато все они хорошо работают друг с другом благодаря строгой стандартизации.

X10. Старый протокол для автоматизации. Для передачи сигнала он использует электросеть 220 В. Прост в установке, но страдает от помех и ограниченной скорости передачи данных.