9 minutes reading time (1768 words)

Домашняя автоматизация: беспроводное управление бытовой техникой по Wi-Fi и Bluetooth (Часть 2)

WirelessControl_part2

На сегодняшний день существует множество технологий с коротким диапазоном связи, которые можно использовать для управления бытовой техникой. Они являются частью более широкой концепции, называемой Internet of things (IoT) (Интернет вещей), которая используется для мониторинга и контроля практически всего. Бытовая техника – это всего лишь один небольшой сегмент.

Помимо популярных стандартов, таких как Wi-Fi и Bluetooth (BT), обсуждаемых в первой данной статье, разработчики часто используют и другие технологии, включая Zigbee, Z-Wave и различные версии стандарта IEEE 802.15.4. Тем не менее, для контроля бытовой техники в основном используются Wi-Fi и BT. Даже в рамках этих двух стандартов можно выбрать один из нескольких вариантов. Одним из подходов, облегчающих данное решение, является комбинированное использования технологий Wi-Fi и BT на одном чипе. Давайте рассмотрим и сравним отдельные стандарты. 

Краткий обзор Bluetooth

 Bluetooth (BT) - это низкоскоростная беспроводная технология типа "точка-точка", использующая диапазон ISM 2,4 ГГц и предназначенная для создания персональных сетей (PAN). Разработанный телекоммуникационным поставщиком Ericsson в 1994 году, Bluetooth проектируется компанией Bluetooth Special Interest Group (SIG). Доступны несколько версий данного стандарта:

BT 1.x: данная устаревшая версия позволила стандарту Bluetooth достичь теоретического максимума 1 Мбит / с, называемого базовой скоростью (BR).

BT 2.x: В эту версию добавлена опция расширенной скорости передачи данных (EDR) с пропускной способностью 3 Мбит/с.

BT 3.x: эта версия предоставила возможность отправки данных по чередующимся слоям для обеспечения высокоскоростной передачи данных (HS).

BT 4.x: 4-е поколение стандарта Bluetooth произвело радикальное изменение и представило технологию Bluetooth Low Energy (BLE), которая предназначена для очень низкой скорости передачи данных при чрезвычайно низкой потребляемой мощности. В то время как скорость передачи символов была ограничена скоростью 1 Мбит/с в сравнении с EDR (3 Мбит/с), энергопотребление было сокращено как минимум на половину или даже больше в сравнении BT classic. BLE также сократило задержку при переходе устройства с неподключенного состояния в режим отправки данных. Для BT classic эта задержка составляла 100 мс +. BLE уменьшает его до 6 мс. Устройства, поддерживающие опциональную функцию LE, не являются обратно совместимыми с более старыми поколениями BT. Они называются устройствами BLE или Bluetooth Smart. Устройства, поддерживающие BT classic rate и BLE, называются Bluetooth Smart Ready.

BT 5.x: В последней версии Bluetooth большинство улучшений касаются BLE. Скорость на физическом уровне (PHY) была увеличена до 2 Мбит/с с большим количеством возможностей и расширенным диапазоном связи. Связь Bluetooth изначально имела небольшой радиус действия; теоретически он составляет от 10 до 100 м. На практике большинство устройств используются на расстоянии до 30 м. Версия BT 5.x расширяет диапазон связи в 3-4 раза.

BT MESH: группа SIG анонсировала новый протокол BLE MESH, называемый mesh V1, который позволяет различным узлам BLE создавать самовосстанавливающуюся ячеистую сеть, которая расширяет диапазон и надежность связи с подключенными устройствами.

Краткий обзор Wi-Fi

Wi-Fi – это беспроводная технология для локальной сети (оригинальное название WLAN) с устройствами, основанными на стандартах IEEE 802.11. Устройства, поддерживающие Wi-Fi (называемые станциями), могут подключаться к Интернету через беспроводную точку доступа. Для взаимодействия устройств радиосигналы должны пройти через маршрутизатор или точку доступа (AP). Более новая версия под названием Wi-Fi Direct позволяет использовать одноранговое соединение двух устройств WLAN без точки доступа AP.

802.11: это первый стандарт WLAN с пропускной способностью не более 2 Мбит / с. Сегодня он практически не используется.

802.11b: данный стандарт является расширением 802.11. Он поддерживает пропускную способность 11 Мбит/с, что сопоставимо с традиционным Ethernet. 802.11b использует ту же самую нерегулируемую частоту радиосигнала (2,4 ГГц), что и оригинальный стандарт 802.11.

802.11a: почти параллельно с 802.11b был разработан и стандарт 802.11a, однако он не был столь же популярен. 802.11a поддерживает пропускную способность до 54 Мбит/с и имеет регулируемый частотный спектр в районе 5 ГГц. Использование полосы 5 ГГц значительно уменьшает помехи, однако обеспечивает меньший радиус действия. Также уменьшается проникающую способность через препятствия, такие как стены.

802.11g: в данной версии разработчики попытались объединить лучшие качества 802.11a и 802.11b. 802.11g поддерживает пропускную способность до 54 Мбит/с и использует частоту 2,4 ГГц для большего радиуса действия. 802.11g обратно совместим с 802.11b, а это означает, что точки доступа 802.11g могут работать с беспроводными сетевыми адаптерами 802.11b и наоборот.

802.11n: в этой версии были улучшены скорость передачи данных и радиус действия. Благодаря новым методам модуляции и использованию нескольких беспроводных сигналов и антенн (технология MIMO), 802.11n может достичь пропускной способности сети до 300 Мбит / с. Данный стандарт является двухдиапазонным и обратно совместимым с 802.11b/g.

802.11ac: это новейший стандарт WLAN, широко используемый в современных в точках доступа. 802.11ac имеет двухдиапазонную беспроводную технологию, поддерживая одновременное подключение устройств как на частоте 2,4 ГГц, так и на 5-ГГц. 802.11ac имеет обратную совместимость с 802.11b/g/n и пропускную способность до 1300 Мбит/с в диапазоне 5 ГГц и до 450 Мбит/с на частоте 2,4 ГГц.

802.11ax: новая версия Wi-Fi, которая имеет более высокую скорость передачи данных в сравнении с 11ac. Благодаря использованию технологии MIMO и более широких полос пропускания, скорость передачи данных может достигать почти 7 Гбит/с. Это слишком много для использования в приложениях для управления бытовой техники. 

Подключение бытовой техники: Bluetooth, Wi-Fi или оба вместе?

Из таблицы выше видно, что Wi-Fi во многом превосходит BLE, обладая более высокой пропускной способностью и дальностью передачи данных. Поскольку бытовая техника обычно подключена к настенной розетке, то WLAN является более предпочтительным выбором в качестве основного средства связи.

Теперь давайте рассмотрим такие случаи, где лучше использовать технологии Bluetooth или BLE в сочетании с WLAN. 

Подключение новых устройств

1. Подключение только по Wi-Fi

Подключение к системе является первым этапом автоматизации устройства (то есть, первый раз, когда устройство подключается к интернет-шлюзу). Если устройство имеет поддержку только Wi-Fi, то обычная процедура подключения к шлюзу выглядит следующим образом:

1. Обычно устройство подключается к домашней точке доступа Wi-Fi или к шлюзу через смартфон, на котором установлено специальное приложение, позволяющее подключаемой технике работать в качестве WLAN устройства.

2. Новое устройство загружается в систему как точка доступа Soft Access Point (SoftAP).

3. Приложение со смартфона подключается к устройству SoftAP. Во время этого процесса смартфон прерывает свое соединение с основной точкой доступа (AP).

4. После подключения смартфона к устройству SoftAP передаются учетные данные пользователя W-Fi для подключения устройства к основной точке доступа.

5. После получения учетных данных устройство SoftAP отправляет подтверждение на смартфон.

6. Прибор переключается с режима SoftAP на станцию WLAN и подключается к основной точке доступа в качестве стандартной станции. После этого соединение между смартфоном и устройством прерывается.

7. Смартфон подключается к основной точке доступа. Это не всегда происходит автоматически на всех смартфонах. Это зависит от конкретной модели смартфона, операционной системы или драйвера WLAN. При необходимости потребуется ручное подключение.

8. Если установка прошла успешно, устройство отправляет еще одно подтверждение в мобильное приложение, но на этот раз через облако (т. е. устройство отправляет подтверждение в облако через точку доступа, и, если мобильный телефон подключен к основной точке доступа, то он также получит сообщение о подтверждение от облака).

Данный метод подключения только через Wi-Fi имеет несколько недостатков. То есть бывают случаи, когда возникают определенные проблемы во взаимодействии между смартфоном, главным маршрутизатором и подключаемым устройством.

К примеру, могут возникнуть проблемы в 3-м пункте, когда приложение для смартфона отключается от основной точки доступа и подключается к устройству, загружаемом как SoftAP. Если при подключении к SoftAP возникают какие-либо проблемы, тогда смартфон может потерять связь со всеми устройствами, так как нарушается соединение с главной точкой доступа и он не может подключиться к SoftAP.

Аналогичная ситуация может возникнуть и в 6-м пункте, когда устройство переходит из SoftAP в режим станции. В данном случае оно не будет связано ни со смартфоном, ни с основной точкой доступа. Такой сценарий может возникнуть при предоставлении неверных учетных данных Wi-Fi в 4-м пункте. Устройство будет пытаться подключиться к точке доступа с недопустимыми учетными данными, и сбой будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет ошибка тайм-аута после 10-15 минут. Затем пользователь получит уведомление о тайм-ауте в мобильном приложении без объяснения того, что могло бы вызвать данную ошибку.

Кроме того, только самые новые смартфоны с последними драйверами, совместимые с новейшими версиями операционной системы, имеют возможность автоматического повторного подключения к основной точке доступа, если возникли проблемы с подключением устройства SoftAP. Таким образом, мобильному приложению будет сложно инициировать подключение к основной точке доступа. Поскольку все зависит от реализации WLAN на смартфоне, версии ОС и соответствующих драйверов, то у обычного пользователя могут возникнуть сложности с подключением.

Процесс установки смарт-устройств для многих является одним из главных критериев оценки и выбора. В пользовательских обзорах телефонных приложений в магазине Apple или Android Play часто можно увидеть плохую оценку и отрицательные комментарии по поводу процесса установки. Таким образом, каждый из описанных случаев может стать не только технической проблемой, но и ухудшить репутацию бренда. 

2. Подключение устройства по Bluetooth быстрее и проще

Альтернативным методом является подключение по BT/BLE, который намного проще и быстрее. Смартфон всегда остается подключенным к точке доступа WLAN, а центральная связь BT остается свободной для сопряжения с устройством в пункте 1.

Устройство может загружаться как периферийное устройство BT и WLAN без сложного перехода от SoftAP к станции. Первоначальное сопряжение устройства с приложением смартфона может происходить по легко устанавливаемой полосе Bluetooth (шаг 2). Учетные данные WLAN могут быть переданы на шаге 3 с последующим подтверждением – все это происходит через BT.

На 5-м шаге, когда устройство устанавливает свое WLAN-соединение с основной точкой доступа с использованием полученных учетных данных, смартфон по-прежнему подключен к устройству для осуществления мониторинга в режиме реального времени, если соединение WLAN установлено правильно. Если возникла ошибка, смартфон может принять немедленные меры, избегая задержки ожидания до состояния тайм-аута. Кроме того, поскольку смартфон остается постоянно подключенным к облаку через точку доступа WLAN, облачный сервер может продолжать отправлять сообщения на смартфон, включая команды для восстановления из состояния ошибки. Это позволяет пользователю иметь полную видимость ситуации, а также доступ к релевантной и своевременной информации.

Когда на 6-м шаге устройство подключается к Wi-Fi, соединение WLAN преимущественно используется для связи между мобильным приложением и устройством через облако. 

О Z-Wave

Z-Wave является первой технологией, предоставляющей доступное, надежное, простое в использовании беспроводное управление каждому аспекту повседневной жизни - дому, потребительской электронике, заботе о здоровье и энергопотреблению, как пример. Z-Wave является удостоенной награды, доказанной и совместимой технологией беспроводной ячеистой сети (mesh-сети), которая позволяет широкому спектру устройств в и вокруг дома взаимодействовать между собой, включая освещение, бытовые приборы, климат-контроль (HVAC), центры развлечения и системы безопасности. Z-Wave приносит много преимуществ повседневной жизни, включая дистанционное наблюдение за домом, домашний медицинский уход, безопасность и охрана и энергосбережение. Около 450 сертифицированных Z-Wave изделий в настоящий момент доступны от ведущих потребительских брэндов. Z-Wave является получателем наград Wall Street Journal Technology Innovation Award 2006 в беспроводной категории, CNET "Best of CES Award" в категории приспосабливаемых технологий, наряду с PC World 2006 World Class Award, который признает 100 лучших технологий и изделий в год. 

Home Assistant. Настройка интерфейса пользователя....
Домашняя автоматизация: беспроводное управление бы...

Читайте также:

 

Комментарии (0)

Rated 0 out of 5 based on 0 voters
There are no comments posted here yet

Оставьте свой комментарий

  1. Posting comment as a guest. Sign up or login to your account.
Rate this post:
0 Characters
Вложения (0 / 3)
Share Your Location

Блог - Добро пожаловать!

EasyBlog - Biography Module

пользователь vov85 не оставил ничего в своей биографии ...

Блог - Календарь

Подождите минутку, пока генерируется календарь

Блог - Последние комментарии

Ранее образы были Hass.io , теперь HassOS...
Administrator posted a comment in 12 мифов о технологии Z-Wave
По мифу 9 не соглашусь. Ассортимент оборудования Z-Wаve н...
Образы для установки Hass.io периодически обновляются. Сс...
Сайт Z-Wave Альянса рекламирует «интероперабельность» (...
Z-Wave - это просто протокол связи, как правило все Z-Wave уст...

Блог - Последние блоггеры

admin
Записей: 64
пользователь admin не оставил ничего в своей биографии
Manager
Записей: 42
пользователь Manager не оставил ничего в своей биографии
zwaveadmin
Записей: 21
пользователь zwaveadmin не оставил ничего в своей биографии
vov85
Записей: 10
пользователь vov85 не оставил ничего в своей биографии
Mobilniy
Записей: 2
пользователь Mobilniy не оставил ничего в своей биографии

Блог - Командные блоги

Z-Waver

Членов: 4

Блог - Категории

Блог - Информация по записи

  25.10.2018
  137 просмотров