Čo je dôležité pri budovaní bezdrôtového Smart Home?

Bezdrôtový Smart Home spája najmodernejšie technológie a jednoduchú inštalácia a vďaka prijateľnejšej cene ako je to v prípade káblových je dostupný už naozaj pre každého. Keďže sa ale jedná o bezdrôtový protokol, je potrebné pri budovaní systému myslieť na niektoré dôležité detaily, bez ktorých môžete mať neskôr problém s komunikáciou. V tomto článku sa budeme venovať práve týmto detailom.

Doba sa posúva a dnes už ťahanie kilometrov káblov a zriaďovanie obrovského rozvádzača kvôli tomu, že chcete mať Smart Home naozaj nemusíte. Bezdrôtové technológie sú už na takej úrovni, že bez ich používania si dnes nevieme predstaviť život. A tak je viac ako možné použiť ich aj na budovanie Smart Home systému.

Problém bezdrôtových Smart Home systémov:
Hlavným problémom, o ktorom budeme hovoriť, je dosah signálu. Tento problém poznáme z bežnej WiFi siete. Určite ste sa stretli s tým, že ak ste pripojený na určitej WiFi sieti, nemôžete od nej ísť úplne ďaleko, pretože bude znížená rýchlosť Vášho surfovania a prípadne signal stratíte úplne.
Veľmi podobne je to aj pri bezdrôtových Smart Home systémoch. Keďže centrom týchto systémov je riadiaca jednotka, je požadované, aby jednotlivé zariadenia dokázali s riadiacou jednotkou komunikovať. Pokiaľ táto komunikácia nie je zabezpečená, môže sa stať, že zariadenia nebudú odpovedať na naše príkazy prípadne nám spomalia celú sieť.

Riešenie, ktoré funguje a často o ňom ani neviete:
Aby ste pri WiFi sieti vyriešili problém s nedostatočným pokrytím siete potrebujete tak zvané WiFi extendre. Sú to väčšinou jednoúčelové zariadenia, ktoré dáte do zásuvky a po nastavení Vám slúžia ako antény. Ani extendre však nedokážu riešiť tento problém tak efektne, ako to dokáže riešiť Smart Home systémy, nakoľko WiFi je vždy hviezdicovou topológiou a centrom celého systému vždy ostáva router.
Podobné riešenie sa dá využiť aj pri Smart Home systémoch. Avšak ak správne plánujete, nemusí to byť vôbec potrebné. Protokoly, ktoré sú medzi bezdrôtovými Smart Home systémami najviac používané (Z-Wave a Zigbee) totiž fungujú na takzvanej MESH topológií siete. Nemusíte sa báť tohto názvu, hneď to vysvetlím.

Čo to je MESH sieť?
Ak si chcete predstaviť MESH sieť, predstavte si pavučinu. Ak by ste na pavučinu umiestnili 10 bodov, existuje medzi každým z nich mnoho alternatívnych cestičiek. Presne tak to funguje aj pri MESH sieti. Pri tomto type sieti totiž nie je centrom systému nutne riadiaca jednotka. V konečnom dôsledku ide celá komunikácia cez ňu, avšak riadiaca jednotka môže byť na kraji celej siete a sieť nám môže aj tak pekne fungovať. Je to zabezpečené vďaka tomu, že aktívne prvky zároveň obsahujú funkciu rozšírovačov siete. Presne tak, pri Z-Wave aj pri Zigbee sieti máte v každom aktívnom prvku to, čo pri WiFi sieti musíte mať špeciálne zakúpené a zasunuté niekde v zásuvke. MESH sieť teda vypadá nejako takto:

Červený bod je riadiaca jednotka, silno modré body sú aktívne prvky, slabo modré body sú pasívne prvky.

Čo sú to tie aktívne prvky?
Toto je tá správna otázka. V Z-Wave ale aj Zigbee sieti totiž poznáme dva druhy zariadení - aktívne a pasívne. 

• Aktívne prvky môžme rozpoznať jednoducho tak, že sú napájané káblom, teda majú stály prívod napájania. Dobrou spravou je, že sú to všetky prvky, ktoré nám v Smart dome niečo ovládajú. Či už ide o moduly na ovládanie osvetlenia, kúrenia, tienenia, smart zásuvky... Medzi aktívne prvky patria napríklad aj merače energie ale aj spomínané extendery. Vidíte to, tých prvkov je naozaj veľa.
• Pasívne prvky sú potom hlavne v troch kategóriách a spája ich hlavne to, že sú napájané batériou. Sú to teda senzory, zámky na dvere a diaľkové ovládače.

​Ako som už  spomínal, všetky aktívne prvky slúžia ako "antény" pre posunutie signálu. Pasívne prvky sú teda už len odkázané na to, aby mali dostatočný signál od aktívnych prvkov. Pasívne prvky totiž kvôli úspore batérie väčšinu času takpovediac "spia" a jednoducho nekomunikujú. Prvou dôležitou vecou pri budovaní bezdrôtového systému teda je:

Dôležitá vec číslo 1:
Aktívne prvky slúžia ako rozširovače signálu. Plánujte svoj systém tak, aby ste aktívne prvky mali rozmiestnené po celom dome!

Aby ste však videli, ako taká MESH sieť vyzerá v reálnom prostredí, pozrite si toto krátke video kde pomocou analyzačné nástroja CIT (Certified Installer Toolkit) rozoberáme MESH sieť na systéme so 100 prvkami

Ako vidíte, pri veľkom systéme skutočne problém so signálom nie je, pretože prakticky každé zariadenie je prepojené s mnohými ďalšími a nakoniec má každé zariadenie niekoľko ciest, ako komunikovať s riadiacou jednotkou.

Štyri preskoky a dosť!
Z-Wave sieť má ešte jeden limit, o ktorom sa málokedy hovorí. Ide o takzvané "4 hops", teda štyri preskoky. Tento limit hovorí o tom, že signál medzi riadiacou jednotkou a koncovým zariadením môže mať maximálne 4 preskoky cez iné aktívne zariadenia. Takže ak vezmeme do úvahy to, že dosah jedného modulu je 50-100 metrov, tak ak spočítame 4 preskoky, v ideálnom prípade dosiahneme limit dosahu Z-Wave mesh siete pri 200-400 metroch (bez prekážok). Keďže ale ide o preskoky od riadiacej jednotky jedným smerom, tak máme v podstate takú istú vzdialenosť aj druhým smerom v situácií, kedy je riadiaca jednotka v strede. 
​*toto obmedzenie nie je pri ZIGBEE sieti.

Stačí teda rozmiestniť aktívne prvky po dome a mám všetko, čo potrebujem?
V zásade áno, stretli sme sa však už aj s prípadmi, kde to nestačilo a bolo potrebné systému ešte pomôcť. Pre porozumenie popíšem konkrétne prípady:

• Hliník a hrubá železobetonová stena - bezdrôtový signál nie je terminátor, neprejde cez všetko :) Hlavným nepriateľom bezdrôtového signálu je hliník alebo hrubý železobetón, či iné hrubé múry. S týmto problémom sme sa stretli pri starej stavbe mestského domu, kde bola hrúbka steny vyše jedného metra. Signál sa nám nedarilo dostať z miestnosti do miestnosti. Pomohol trik s obídením prekážky, kde sme si vytipovali najjednoduchšiu cestu pre tento signál a správne sme umiestnili jeden modul navyše. Signál nám tak obišiel prekážku.
• Senzorov ako v reklame - Druhým príkladom bola situácia, keď sme síce mali v dome aktívne prvky, avšak v systéme bolo násobne viac senzorov a batériových prvkov. Tieto systémy síce môžu fungovať, avšak množstvo komunikácie, ktoré v určitých momentoch môže prechádzať cez jednotlivé aktívne prvky môže byť nad možnosti týchto prvkou. Druhá dôležitá vec teda znie:

Dôležitá vec číslo 2:
V systéme plánujte minimálne toľko aktívnych prvkov, koľko chcete mať pasívnych.

Z bodu A do bodu B po obľúbenej ceste:
Určite to poznáte. Každý deň chodite do práce tou istou cestou a aj keď Vám niekto tvrdí, že inou cestou je to bližšie, vy máte tu svoju radi, poznáte ju, a teda po nej chodíte aj naďalej. Až do chvíle, keď je tam odstávka...
Veľmi podobne to funguje aj v MESH sieti. Zariadenia si po pridaní nájdu takzvanú "Poslednú známu cestu". Je to teda napríklad cesta medzi riadiacou jednotkou, cez svetlo v obývačke, k termostatu v spálni až k svetlu v kúpeľni. Túto cestu si zariadenia zapíšu a vždy, keď im posielate nejaký príkaz alebo chcú zariadenia poslať info do riadiacej jednotky, túto cestu použijú. Až do chvíle...
Presne tak, aj v Smart Home môže vzniknúť odstávka. Tá býva spôsobená najčastejšie z dvoch dôvodov.

• Ten prvý som spomenul, keď som hovoril o tom, ako má byť v systéme viac aktívnych prvkov ako tých pasívnych. Ak totiž komunikuje veľa zariadení cez jeden aktívny prvok, môže tam vzniknúť "zápcha" a náš príkaz jednoducho neprejde, pretože sa zasekne v kolóne.
• Ten druhý dôvod je už skôr spôsobený užívateľom samotným. Stáva sa to najmä pri Smart zásuvkách alebo ak používate HDO na ovládanie kúrenia. Ak totiž vytiahnete Smart zásuvku zo steny alebo vaše HDO hodiny vypnú prívod do Smart termostatu, stratí sa bod v MESH sieti. Následne je možné, že zaznamenáte problém s komunikáciou pri iných zariadeniach, pretože im tým znemožníte ísť do práce svojou poslednou známou cestou.

Práve preto je dôležité myslieť na to, aby sme zariadeniam nerušili možné obľúbené cestičky. Ak totiž zrušíme poslednú známu cestu a riadiaca jednotka bude chcieť komunikovať so zariadením, bude na to používať všetky svoje prostriedky. Tak ako aj vy, keď Vám zavrú cestu do práce, tak aby ste nemeškali, otočíte sa do protismeru aj tam, kde by ste to normálne neurobili. Pri MESH sieti toto otočenie vypadá tak, že riadiaca jednotka najskôr 3x vyskúša, či posledná známa cesta naozaj neexistuje a ak ju nenájde, tak sa začne pýtať všetkých aktívnych prvkov v sieti či náhodou nepoznajú inú cestu. A to si viete predstaviť, koľko komunikácie prebehne. Zároveň, počas tejto komunikácie je pozastavená ďalšia komunikácia v sieti. Vy si to ale nemusíte uvedomiť, pretože napríklad ak odpojíte zásuvku o 12.00 a cez túto zásuvku vedie posledná známa cesta svetla v kúpeľni a vy vojdete do kúpeľne až o 15.20 a zasvietite si, vtedy systém zistí, že posledná známa cesta sa stratila. V tom momente možno vojde Vaša manželka do obývačky a senzor pohybu, ktorý má nastavenú scénu na zapnutie svetla túto akciu neurobí, pretože sieť je zaneprázdnená hľadaním novej cesty pre svetlo v kúpeľni. Vy následne strávite hodinu hľadaním dôvodu, prečo Vám svetlo v obývačke nezaplo na pohyb a pritom Vás ani nenapadne, že to bolo spôsobené tým, že ste pred 3 hodinami vytiahli zásuvku zo steny. Napadlo by Vás to? Preto dôležitá vec číslo 3 znie:

Dôležitá vec číslo 3:
Neodpájajte aktívne prvky, ak nemusíte a HDO pripojte cez Fibaro Implant a neodpájajte termostaty od prívodu. Rušíte tým harmóniu MESH siete a nútite ďalšie zariadenia, aby si hľadali alternatívne cestičky, čo im samozrejme trochu trvá.

Mnoho protokolov v jednom systéme...
Dnes sa čoraz častejšie stretávame so systémami, ktoré podporujú viacero protokolov. Napríklad výborný systém Homey podporuje Z-Wave, Zigbee, WiFi, 433Mhz, Bluetooth, 868Mhz... Riadiaca jednotka Fibaro Home Center 3 má taktiež antény na Z-Wave, Zigbee, WiFi... Toto je výborný smer k tomu, aby sme mohli používať všetky zariadenia spolu. Veď napríklad Homey podporuje viac ako 50 tisíc rôznych zariadení...
Načŕta sa tu ale otázka, ako funguje MESH sieť, ak časť zariadení použijete s protokolom Zigbee, časť s protokolom Z-Wave časť s WiFi alebo 433 Mhz. Odpoveď je jednoduchá - MESH sieť medzi zariadeniami iných protokolov neexistuje! 
To je veľmi dôležitá vec, na ktorú treba myslieť predtým, ako začnete nakupovať lacné Xiaomi Aqara senzory a pridávať ich do siete, kde všetky ostatné prvky sú lacné Shelly a k tomu pridáte už len Z-Wave termostaty pretože Zigbee termostaty na trhu nenájdete. Takýto systém Vám môže fungovať v malom, ako to ja rád nazývam "v obývačkovom" Smart Home. Ak však chcete staviať Smart Home na celý dom, asi už rozumiete, že MESH je dôležitá. 
Navyše, situácia je o to horšia, že ak aj použijete všetky zariadenia Zigbee (Philips Hue, Ikea žiarovky, Zigbee stmievače a senzory), nemôžete si byť istý budovaním MESH siete medzi týmito zariadeniami. Zigbee je na rozdiel od Z-Wave trochu iná, nie úplne striktná platforma. V Z-Wave musí každé zariadenie komunikovať s iným Z-Wave zariadením, také sú pravidla. Pri Zigbee môžete mať dve žiarovky od iného výrobcu a tie Vám nie len nemusia komunikovať s jednou riadiacou jednotkou, ale nemusia si ani posúvať MESH sieť! Takže dôležitá vec číslo 4 znie:

Dôležitá vec číslo 4:
Vyberte si jeden primárny protokol, ktorý bude pokrývať najväčšiu a najdôležitejšiu časť Vášho Smart domu a dovoľte mu mať silnú MESH sieť. Ostatné "gadgety" si potom postavte na inom protokole, ale nekombinujte protokoly už v základe!

Ktorý protokol pre skutočný bezdrôtový Smart Home?
​
Aby ste mi teraz verili, poukážem na to, že v našej ponuke na eshope máme širokú ponuku všetkých protokolov, od Z-Wave, cez Zigbee, WiFi... Mojou odpoveďou sa teda nesnažím odhovoriť Vás od niečoho, čo v ponuke nemáme a môžete kúpiť inde. Chcem Vám skôr dať úprimné odporúčanie založené na skúsenostiach s mnohých inštalácií. 

Pri budovaní Smart Home systémov sme už skúšali rôzne kombinácie, no vždy sa vraciame práve k produktom Z-Wave. Dôvody sú tieto:

• Naozaj široká ponuka produktov ktoré spolu fungujú - Viete, aj WiFi produktov je už dnes naozaj veľa. Začneme napríklad Shelly, potom prejdeme na rôzne Smart zásuvky Osram, až k rôznym Smart termostatom. Ich problémom je ale to, že nefungujú poriadne spolu a nakoniec aj tak narazíte na produkt, ktorý Vám bude chýbať, ako napríklad WiFi batériový pohybový senzor, Zigbee termostat... Práve v tomto je Z-Wave naozaj dominantné a tento protokol má už toľko produktov, že napríklad pri termostatoch nie je otázka, či existujú, ale to, aký dizajn Vám najlepšie vyhoduje...
• Dobre fungujúca MESH sieť - Ako som už spomínal, aj Zigbee má MESH topológiu siete, párovanie prvkou je však skôr záhadou ako faktom. Pri sieti Z-Wave je MESH naozaj silnou stránkou a umožňuje Vám ťahať systém do každej strany.
• Veľkosť systému - Nie vždy je Z-Wave najvhodnejšia. Pokiaľ napríklad máte malý byt a medzi WiFi prvkami nájdete všetko, čo potrebujete, nemusíte míňať na riadiacu jednotku. Ak však bývate v dome a viete, že máte problém dostať WiFi z jednej strany domu na druhú, môžete si byť istý, že WiFi smart Home nie je pre Vás. Tu síce dominuje Zigbee sieť, avšak s prihliadnutím na problém s budovaním MESH siete pri výrobkoch rôznych výrobcov je opäť Z-Wave lepšou voľbou.
• Profesionálne produkty - Z-Wave predbehla Zigbee aj Wifi v tom, že má v portfóliu aj produkty, ktoré sú určené naozaj na profi riešenia, alebo na riešenia, kde sa chcete pohrať s detailami. Napríklad DIN moduly pre profi inštaláciu Vašej techniky alebo výkonné relé ktoré zvládne čokoľvek a v neposlednom rade Z-UNO kde si pomocou Arduino IDE môžete urobiť naozaj čokoľvek ako aj Fibaro Implant, toto všetko sú zaiadenia, ktorým budete pod Zigbee či WiFi protokolom len márne hľadať alternatívu. 
• Dobrá dostupnosť produktov na Slovensku - dôležitá vec, nakoľko Z-Wave produktov máme dostupných naozaj veľa skladom k odoslaniu ihneď, zatiaľ čo so Zigbee produktami sa často trápime a niektore v ponuke nebudeme mať nikdy (Ikea Smart produkty) a vy tak nemôžete nakúpiť všetko na jednom mieste. 

Všetko toto sú dôvody, pre ktoré aj my po 6 rokoch fungovania v tejto oblasti stále uprednostňujeme Z-Wave produkty. Nie sú najlacnejšie a často sa ich cena môže zdať prehnaná oproti WiFi produktom, ich funkčnosť to však neskôr vráti.