Удивительно, но высокотехнологичный ровер Perseverance, а также дрон-разведчик Ingenuity, который многие называют вертолётом, поддерживают связь друг с другом с помощью протокола ZigBee. Да, оборудование, которое США использует для освоения Марса, передаёт данные через систему, которая создавалась для умных чайников, лампочек и другого абсолютно банального оборудования. Странно, не так ли? Почему ведущие умы человечества не создали для настолько дорогой и важной миссии новый протокол передачи данных или не воспользовались максимально распространёнными Wi-Fi и Bluetooth? Разберёмся.
Что нужно знать о протоколе Wi-Fi для умного дома
В общественном понимании технология Wi-Fi, созданная в далёком 1998-м, представляет собой беспроводную сеть для доступа к интернету. Впрочем, используется указанный протокол не только для этого, но и для целого ряда других задач, связанных с передачей данных без проводов. Взяли эту технологию на вооружение и производители гаджетов для умного дома. К примеру, через Wi-Fi передаются команды для смарт-пылесосов, ежедневно убирающих квартиры и офисы. Сегодня Wi-Fi концентрируется на универсальности и максимальной скорости передачи информации (по данным Intel, до 9608 Мбит/с при использовании Wi-Fi 6). При этом энергоэффективность часто отходит на второй план.
Что нужно знать о протоколе Bluetooth для умного дома
История Bluetooth началась в 1994-м. Как и Wi-Fi, данный протокол предназначен для беспроводной передачи данных, но у него заметно меньшая ширина канала (до 2 Мбит/с в случае Bluetooth 5.0, по заверениям Harman). Впрочем, Bluetooth чаще всего используется для подключения наушников, а также относительно нетребовательных гаджетов умного дома, поэтому от протокола важно требовать не скорость, а энергоэффективность. Именно к ней стремится команда девелоперов, которая, к примеру, вместе Bluetooth 5.2 представила новую систему LE Power Control для динамического определения необходимой мощности и потребления энергии.
Что нужно знать о протоколе ZigBee для умного дома
Протокол ZigBee предназначен для передачи данных на очень небольшой скорости (по актуальным данным Zigbee Alliance, до 250 Кбит/с). При этом этот протокол отличается крайне высокой энергоэффективностью, что делает его отличным вариантом для автономных гаджетов умного дома, которые годами работают от батареек и аккумуляторов. Какие-то действительно сложные системы на базе ZigBee реализовать не получится, но от протокола это и не требуется. Он нужен для функционирования скромных датчиков открытия дверей и окон, а также для другого оборудования, которому не нужно передавать внушительные объёмы информации.
💡 Обратите внимание: на приведённых выше изображениях показаны умные устройства одного и того же производителя, которые работают на базе разных протоколов передачи данных. Их использование зависит от особенностей конкретного гаджета: одному нужна большая автономность, а другому — скорость.
Сравнительная таблица ZigBee, Wi-Fi и Bluetooth*
* — для сравнительной таблицы частично использовались данные материала из ResearchGate.
Преимущества ZigBee перед Wi-Fi и Bluetooth для умного дома
Энергоэффективность. ZigBee отличается небольшим потреблением энергии. Как и Bluetooth, данный протокол потребляет всего 0,1 Вт в режиме ожидания. Для сравнения — для работы Wi-Fi в таком же формате активности нужно не менее 1 Вт.
Минимальные потери пакетов. Одним из важных преимуществ ячеистых сетей, к которым относится и протокол ZigBee (размер пакета 22 Б), является некритичная потеря данных по мере отдаления от источника. Такое нельзя сказать про Wi-Fi (1024 Б для 802.11a/b/g) и Bluetooth (1024 Б и 8–27 Б для BTLE), для которых расстояние критично.
Большая дальность охвата. Согласно официальным спецификациям, протокол ZigBee связывает гаджеты на расстоянии до 100 метров в пределах помещения и до 300 метров на открытой площадке (при использовании частоты 2,4 ГГц). Bluetooth хорошо работает на расстоянии до 10 метров, а Wi-Fi концентрируется на скорости, а не дальности.
Массовость подключений. Одним из ключевых преимуществ протокола ZigBee является его массовость. В общую сеть гаджетов умного дома, связанных через эту технологию, может входить до 65 000 девайсов (Wi-Fi поддерживает больше 2000, Bluetooth — до 8). Настолько большого числа хватит буквально каждому.
Минимальный уровень помех. ZigBee отличается незначительным наложением сигналов устройств, что снижает образование помех. В итоге Wi-Fi приходится компенсировать это за счёт большей скорости, но в условиях работы умного дома это нужно далеко не всегда.
Недостатки ZigBee перед Wi-Fi и Bluetooth для умного дома
Необходимость использования хаба. Одним из главных недостатков ZigBee является необходимость применения дополнительного оборудования. Мобильные устройства, компьютеры и другие гаджеты не поддерживают данный протокол, поэтому для девайсов умного дома на его базе понадобится посредник. Wi-Fi и Bluetooth, напротив, отлично работают на подавляющем большинстве устройств без любого дополнительного оборудования. Поэтому смартфон без проблем свяжется с умным чайником по Bluetooth, но не сможет напрямую передать информацию смарт-датчику, входящему в ячеистую сеть ZigBee — понадобится хаб.
Небольшая скорость. ZigBee подходит для передачи достаточно примитивной информации. Скорость этого протокола составляет лишь до 250 Кбит/с, что куда меньше, чем до 2 Мбит/с у Bluetooth и 9608 Мбит/с у актуального Wi-Fi. Впрочем, настолько широкие каналы устройствам умного дома нужны далеко не всегда.
Почему инженеры выбрали ZigBee для освоения Марса
Что лучше: Wi-Fi, Bluetooth или ZigBee? Если говорить про гаджеты умного дома, на этот вопрос нельзя дать однозначный ответ. За счёт большой скорости передачи информации Wi-Fi куда лучше подходит для сложных устройств, на которые периодически нужно передавать внушительные объёмы данных, — к примеру, для умных пылесосов с их вечными обновлениями карт помещений и прошивок. Bluetooth проще использовать с небольшими примитивными девайсами вроде умных чайников, которым нужно сообщить температуру нагрева и другой минимум информации. На ZigBee же создают большие сети из примитивных девайсов.
Почему же для освоения Марса американцы выбрали именно ZigBee? Тобин Ричардсон (Tobin Richardson), генеральный директор ZigBee Alliance, объяснил это. Он отметил, что протокол ZigBee можно использовать на частоте 900 МГц, что увеличивает площадь передачи данных на расстояние до 1 км — это крайне важно для связи ровера Perseverance и дрона Ingenuity. Более того, во время подобных миссий имеет значение критически малое потребление энергии, которое ZigBee также гарантирует. Только два этих фактора уже делают данный протокол максимально приоритетным для изучения новой планеты, которое сейчас происходит.
В общем, на Марсе у ZigBee, по большому счёту, абсолютно такие же преимущества, как и при использовании в условиях умного дома на Земле. Данный протокол оказался удачным для освоения другой планеты, но это не значит, что он лучше Wi-Fi и Bluetooth — просто у него абсолютно другое первоначальное предназначение.
