Почему устройства «умного дома» предпочитают радиочастоты субгигагерцового диапазона? Изучение плюсов и минусов устройств с частотой ниже ГГц

Ожидается, что радиостанции Sub Ghz продолжат доминировать на рынке устройств для умного дома в обозримом будущем, поскольку они предлагают убедительное сочетание производительности, надежности и экономической эффективности.

Хотя стандартные беспроводные протоколы, такие как BLE и ZigBee, опробованы и протестированы, они могут быть уязвимы для угроз безопасности, поскольку имеют общеизвестные форматы сообщений, методы модуляции сигнала и скорости передачи данных. Поэтому необходимо разработать собственные беспроводные протоколы для чувствительных приложений Интернета вещей, таких как умный дом автоматизации, умные офисы и системы безопасности бизнеса.

Есть и другие плюсы использования собственных протоколов беспроводной сети с частотой менее 1 ГГц. Я сопоставлю их рядом с минусами/проблемами, чтобы увидеть, какой путь лучше для ваших решений IoT. Я также покажу вам, как Roombanker может помочь вам решить эти проблемы. Давайте приступим прямо к делу!

Зачем вообще рассматривать радиостанции субгигагерцового диапазона?

Большая дальность

Протоколы субгигагерцевого диапазона имеют больший радиус действия, чем их аналоги в ГГц, благодаря более низким коэффициентам затухания, лучшей дифракции (изгибу) и превосходному распространению.

Все радиоволны ослабевают, проходя через препятствия, например, стены. Но скорость затухания сигналов субгигагерцевого диапазона ниже, чем у гигагерцовых волн при преодолении каждого препятствия, а это означает, что они могут проникать через большее количество стен.

Радиоволны также имеют тенденцию изгибаться, когда они ударяются о твердые края, например, углы зданий. Сигналы с более низким субгигагерцовым диапазоном имеют более высокие углы дифракции, что означает, что они сильнее огибают препятствия. Это уменьшает эффект блокировки, увеличивая дальность.

Даже при передаче по прямой линии без препятствий на частотах ниже ГГц возникают меньшие потери на трассе, что приводит к увеличению дальности передачи. Обычно они достигают расстояния не менее 1 км, тогда как сигналы ГГц распространяются всего на несколько сотен футов.

Минимальное вмешательство

Сигналы ГГц, особенно диапазон 2.4 ГГц, перегружены, поскольку на этой частоте работают такие протоколы, как BLE, WiFi и ZigBee. Поскольку телефонов, периферийных устройств, микроволновых печей и других устройств, использующих эти частоты, много, существует более высокая вероятность возникновения помех.

Но протоколы субгигагерцевого диапазона в основном используются для связи на больших расстояниях с малой нагрузкой, поэтому радиоволны не так загружены, потому что их используют не так много устройств. Поэтому передача сигнала более надежна.

Низкое энергопотребление

Протоколы связи субгигагерцового диапазона передают сигналы на низких уровнях мощности, обеспечивая при этом одинаковый бюджет канала. Кроме того, минимальные помехи в этом диапазоне означает меньшее количество повторных попыток успешной передачи данных, что позволяет экономить энергию батареи.

Низкая стоимость

Батареи дороги, и, поскольку большинство устройств с частотой ниже ГГц работают на них, они являются самыми дорогими компонентами конструкции. Но эти субгигагерцевые протоколы потребляют мало энергии, поэтому аппаратному обеспечению не нужны большие и дорогие батареи. Большинство конечных узлов работают от дешевых батарей типа монеты, типа АА или ААА, что снижает их стоимость.

Требует минимального обслуживания

Батареи в устройствах с частотой ниже ГГц служат годами, если не десятилетиями. Это сводит к минимуму затраты на обслуживание и задачи, связанные с заменой батарей в течение срока службы продукта или решения IoT.

Зачем разрабатывать собственные протоколы беспроводной связи субгигагерцового диапазона? 

Несоответствие варианта использования

Стандартные протоколы беспроводной связи, в том числе в диапазоне субГГц, могут не подходить для вашего случая использования. Такие факторы, как недостаточная пропускная способность и ограниченная поддержка конечных узлов, могут исключить все протоколы из вашего конкретного решения IoT, что приведет к необходимости разработки собственного решения. 

Врожденная безопасность

Стандартные протоколы более уязвимы для атак, поскольку известны их скорости передачи данных, структура пакетов и методы модуляции сигналов. Но благодаря проприетарным протоколам Sub GH эти свойства скрыты, что затрудняет взлом сети злоумышленникам.

Низкое энергопотребление

При разработке собственного протокола вы имеете полный контроль над всеми функциями, которые могут увеличивать или уменьшать энергопотребление. Таким образом, вы можете оптимизировать процессы и алгоритмы, чтобы снизить потребление энергии еще больше, чем предлагают стандартные протоколы.

Низкая стоимость

Стандартные протоколы беспроводной связи предназначены для обслуживания широкого рынка, поэтому они имеют множество функций, которые увеличивают требования к памяти и обработке. Но настройка проприетарного протокола в соответствии с вашим вариантом использования исключает ненужные функции, что снижает требования к оборудованию, позволяя вам развернуть более экономичное и дешевое оборудование.

Совместимость устройств

Разработка собственного протокола беспроводной связи также повышает совместимость устройств, поскольку вы будете иметь дело с одним поставщиком, который будет создавать вертикально интегрированное оборудование.

Например, если вы сотрудничаете с нами по адресу Roombanker развивать свой домашняя автоматизация решения, работающие в собственных сетях, вы можете быть уверены, что Smart Hub, датчики, умные термостаты, интеллектуальные разъемы, настенные переключатели, релеи т. д., все будут работать и беспрепятственно соединяться между собой.

Ресурсы для этой части: https://www.silabs.com/support/training/sub-ghz-proprietary-and-connect-software-stack.

Приложения для умного дома с использованием устройств с частотой ниже ГГц

Энергопитание

Системы энергоменеджмента предназначены для того, чтобы держать пользователей в курсе энергопотребления их дома, используя данные в реальном времени о том, когда и где используется энергия, исторические отчеты, аналитические данные и интеграцию с несколькими сценами.

Это приложение имеет три категории устройств.

• Хабы, такие как этот Roombanker центр домашней безопасности. Он совместим со стандартными протоколами, такими как ZigBee и BLE, но также поддерживает наши собственные протокол RBF. Устройство может охватить до 64 помещений и подключить до 128 периферийных устройств.
• Интеллектуальные датчики энергии, такие как однофазные и трехфазные счетчики.
• Устройства автоматизации, к которым относятся умные настенные выключатели и умные розетки.

Home Automation

Домашняя автоматизация повышает комфорт жилого помещения за счет включения мониторы температуры и влажности, устройства автоматизации, такие как реле, интеллектуальные разъемы, настенные переключателии устройства управления, такие как брелоки. В центре этой сети находится центр домашней безопасности.

Охранная сигнализация (обнаружение вторжения)

Это решение Интернета вещей довольно обширно, поскольку оно включает в себя ИК-датчики движения с дальностью обнаружения 12 м и иммунитетом к домашним животным до 10 кг, что очень практично. Дверные магнитные датчики закройте двери и окна, чтобы обнаружить первые признаки вторжения, при этом тревожные кнопки включите ручную активацию тревоги, чтобы запросить немедленную помощь.

Для системы требуются устройства управления, такие как тревожные клавиатуры и брелоки для постановки/снятия системы с охраны, и сигнальные сирены (в помещении и на открытом воздухе), которые пользователи могут полностью настроить удаленно.

Но самый важный компонент – это концентратор. Для этого приложения необходимо иметь несколько транспортных сетей, таких как Ethernet, LTE и Wi-Fi, чтобы обеспечить максимальную надежность в случае выхода из строя одной сети. Наш умный хаб оснащен этими обратными соединениями, а также встроенной литиевой батареей, которая обеспечивает до 8 часов резервного питания в случае отключения питания.

Мониторинг окружающей среды в помещении

Умные дома также должны быть защищены от пожаров, протечек воды и неисправностей электричества. Наше решение обеспечивает мониторинг внутренних помещений в режиме реального времени с помощью дым и детекторы утечки воды, который может вызвать активацию внутренней сигнализации и оповещения на телефон пользователя.

Решение также имеет дистанционное управление реле отключить подачу воды и газа, а также настенные выключатели для отключения электроэнергии.

Проблемы разработки субгигагерцевых устройств для частных сетей

Сложный процесс

Проектирование и разработка собственного языка беспроводной связи с нуля — сложный процесс, требующий знаний в области аппаратного обеспечения. Разработчики протоколов должны понимать все аспекты радиосвязи, включая уровень PHY (для характеристик передачи и нормативных требований), структуру пакета и анализ сетевой синхронизации.

Трудоемкий процесс

Поскольку разработка этих проприетарных беспроводных протоколов сложна, этот процесс требует времени и может задержать выпуск продукта.

Ограниченная поддержка

Каждый технический продукт, работающий на этих протоколах беспроводной связи, требует технической поддержки с течением времени, чтобы добиться успеха на рынке. В большинстве случаев доступная поддержка ограничена, и это может повлиять на жизнеспособность решения Интернета вещей.

Как можно Roombanker Помощь по приложениям для умного дома с частотой ниже ГГц?

Специализированная группа разработки протоколов

At Roombanker, мы следуем коллективному видению команды профессионалов с обширным опытом и опытом в области безопасности и домашней автоматизации при разработке наших решений. Мы используем решения охранной сигнализации в качестве основы и внедряем инновации в ряде приложений, таких как управление энергопотреблением, отслеживание активов, домашняя автоматизация, мониторинг состояния здоровья, мониторинг окружающей среды и многое другое.

Поэтому вам не придется беспокоиться о сложном процессе разработки. Мы уделяем приоритетное внимание простоте, удобству и персонализации, поэтому наша опытная команда решает эти технические вопросы, чтобы предоставить вам готовые к использованию продукты, работающие по собственным беспроводным протоколам. Использование этих готовых устройств сокращает время вывода на рынок.

Возможность разработки различных типов устройств с частотой ниже ГГц

Наш опыт также очевиден в нашем отделе аппаратного обеспечения, поскольку мы можем разрабатывать различные компоненты для различных решений Интернета вещей. К ним относятся датчики, реле, переключатели и вилки, которые работают в собственной беспроводной сети, созданной нашими многопротокольными концентраторами.

Повышенная безопасность

Безопасность является отличительной чертой проприетарных беспроводных протоколов, и мы можем обеспечить безопасную связь между концентратором и его конечными узлами, используя такие методы, как шифрование FHSS и AES-CCM.

Например, наш собственный беспроводной протокол RBF использует FHSS (расширение спектра со скачкообразной перестройкой частоты) для предотвращения помех, когда злоумышленник пытается взломать связь, используя сигналы одной и той же частоты. Когда RBF постоянно сталкивается с помехами во время передачи, он переключает другую частоту и имеет на выбор 50 каналов.

Протокол также использует шифрование AES-CCM (со случайным ключом), которое взаимодействует с FHSS для блокировки помех, репликации и перехвата сигналов.

Соответствие региональным стандартам

Правительства и региональные регулирующие органы часто предоставляют стандартные правила и рекомендации для беспроводной связи. Мы учитываем эти инструкции при разработке собственных протоколов, чтобы гарантировать, что ваше решение приемлемо и готово к использованию на вашем целевом рынке.

Доступная техническая поддержка

Roombanker предлагает три документа поддержки для каждого устройства, которые охватывают собственный протокол беспроводной связи, на котором они работают. К ним относятся характеристики продукта, руководства пользователя и краткие руководства.

Если вы заинтересованы в наших продуктах или услугах и хотите использовать их в своих решениях Интернета вещей, заполните форму для начала. Мы можем стать партнером, если вы дистрибьютор, дилер, охранная компания, интегратор или установщик.

Вывод: разница между RBF-радиостанциями субгигагерцового диапазона и другими беспроводными технологиями

Roombanker Беспроводная система охранной сигнализации сочетает в себе простоту использования с функциями профессионального уровня, предлагая легкую установку и настройку своими руками, а также интегрируя функции профессионального уровня, включая усовершенствованные детекторы, выделенный концентратор безопасности и поддержку интеграции с центрами приема сигналов тревоги и т. д., что делает его идеальным выбором для надежной беспроводной системы охранной сигнализации, поддерживающей сигнализацию о вторжении, пожаре и утечке воды, тревожную сигнализацию и т. д., обслуживающую множество объектов малого бизнеса и жилой недвижимости.

Узнайте больше: Подробный технический анализ протокола RBF | Пример проекта SSG в Румынии. | Roombanker Smart Hub | Стать дистрибьютором