Автоматизация жилых помещений и гостиниц — это использование технологий для контроля и управления различными аспектами здания, такими как освещение, отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, безопасность, развлечения и многое другое. Автоматизация жилых помещений и гостиниц может обеспечить удобство, комфорт, энергоэффективность и безопасность для жильцов. Однако для достижения этих преимуществ различные устройства и системы должны взаимодействовать друг с другом по единому протоколу или стандарту.

Существует множество протоколов и стандартов для домашней и гостиничной автоматизации, таких как Thread, Z-Wave, Wi-Fi, Bluetooth и другие. Однако два наиболее распространённых и популярных из них — это KNX и ZigBee. KNX и ZigBee — это протоколы беспроводной связи, позволяющие устройствам обмениваться информацией и командами. Однако у них есть разные характеристики, преимущества и недостатки, которые делают их подходящими для различных сценариев и областей применения. В этой статье мы сравним и сравним KNX и ZigBee с точки зрения истории, архитектуры, функций, производительности, совместимости, безопасности и доли рынка.

История

KNX — это протокол проводной связи, разработанный в 1990 году в результате слияния трёх европейских стандартов: European Home Systems (EHS), BatiBUS и European Installation Bus (EIB). KNX — это открытый стандарт, поддерживаемый Ассоциацией KNX, объединяющей более 500 членов из 44 стран. KNX также является международным (ISO/IEC 14543-3) и европейским (EN 50090) стандартами. KNX широко используется в Европе и Азии для автоматизации зданий.

Zigbee — это беспроводной протокол, разработанный в 2002 году альянсом Zigbee Alliance, объединяющим более 400 компаний из различных отраслей. Zigbee основан на стандарте IEEE 802.15.4 для маломощных беспроводных персональных сетей (WPAN). Zigbee также является открытым стандартом, обеспечивающим взаимодействие устройств разных производителей. Zigbee широко используется в Северной Америке и Австралии для домашней автоматизации.

Архитектура

KNX использует двухпроводную шину 29 В постоянного тока для подключения устройств в децентрализованной топологии сети. Каждое устройство имеет собственный адрес и логическое программирование, что позволяет ему работать независимо без центрального контроллера или шлюза. Устройства KNX могут взаимодействовать друг с другом с помощью телеграмм, содержащих такую ​​информацию, как адрес источника, адрес назначения, приоритет, полезная нагрузка и контрольная сумма. Устройства KNX также могут взаимодействовать с другими протоколами, такими как Z-Wave или ZigBee, с помощью радиошлюзов.

ZigBee использует радиочастоту 2,4 ГГц для соединения устройств в ячеистой топологии сети. Каждое устройство может выступать в роли маршрутизатора или конечного устройства в зависимости от своей роли и источника питания. Устройства ZigBee могут взаимодействовать друг с другом с помощью кадров, содержащих такую ​​информацию, как адрес отправителя, адрес получателя, порядковый номер, полезную нагрузку и контрольную сумму. Устройства ZigBee также могут взаимодействовать с другими протоколами, такими как Wi-Fi или Bluetooth, используя мосты или концентраторы.

Функции

KNX поддерживает различные типы устройств, такие как датчики, исполнительные механизмы, контроллеры, дисплеи, интерфейсы и т. д. Устройства KNX могут выполнять различные функции, такие как управление освещением, отоплением, вентиляцией, кондиционированием воздуха, безопасностью, развлечениями и т. д. Устройства KNX также могут поддерживать различные режимы связи, такие как одноадресная передача (один к одному), многоадресная передача (один ко многим), широковещательная передача (один ко всем), системная широковещательная передача (все ко всем), групповая связь (многие ко многим) и т. д.

Zigbee поддерживает различные типы устройств, такие как датчики, исполнительные механизмы, контроллеры, дисплеи, интерфейсы и т. д. Устройства Zigbee могут выполнять различные функции, такие как управление освещением, отоплением, вентиляцией, кондиционированием воздуха, безопасностью, развлечениями и т. д. Устройства Zigbee также могут поддерживать различные режимы связи, такие как одноадресная передача (один к одному), многоадресная передача (один ко многим), широковещательная передача (один ко всем), групповая связь (многие ко многим) и т. д.

Производительность

Скорость передачи данных KNX составляет 9,6 кбит/с по шине и до 250 кбит/с по радиочастоте. Максимальный размер сети KNX составляет 64 тыс. устройств на сегмент линии и до 256 тыс. устройств на сеть. Максимальный размер телеграммы KNX составляет 263 байта, а максимальный размер полезной нагрузки — 254 байта. Задержка KNX на шине составляет менее 20 мс, а на радиочастоте — менее 100 мс.

Скорость передачи данных ZigBee на радиочастоте достигает 250 кбит/с. Максимальный размер сети ZigBee — 65 тыс. устройств. Максимальный размер кадра ZigBee составляет 127 байт, а максимальный размер полезной нагрузки — 104 байта. Задержка ZigBee на радиочастоте составляет менее 15 мс.

Совместимость

KNX совместим с различными протоколами, такими как Z-Wave, ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet, IP и т. д., при использовании шлюзов или мостов. KNX также совместим с различными стандартами, такими как ISO/IEC 14543-3, EN 50090, CENELEC EN 13321-1 и т. д. KNX также совместим с различными программными инструментами, такими как ETS (Engineering Tool Software), KNXnet/IP, KNX Web Services и т. д.

Zigbee совместим с различными протоколами, такими как Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet, IP и т. д., при использовании мостов или концентраторов. Zigbee также совместим с различными стандартами, такими как IEEE 802.15.4, Zigbee PRO, Zigbee 3.0 и т. д. Zigbee также совместим с различными программными инструментами, такими как Zigbee Cluster Library (ZCL), Zigbee Device Object (ZDO), Zigbee Application Support Layer (APS) и т. д.

Безопасность

KNX использует различные механизмы безопасности, такие как контрольные суммы, шифрование, аутентификация, авторизация и т. д., для обеспечения целостности, конфиденциальности и доступности связи. Для шифрования телеграмм KNX использует симметричные алгоритмы шифрования, такие как AES-128 и AES-256. Для аутентификации устройств KNX использует механизмы «запрос-ответ» и сертификаты. Для авторизации устройств KNX использует права доступа и пароли.

Zigbee использует различные механизмы безопасности, такие как контрольные суммы, шифрование, аутентификация, авторизация и т. д., для обеспечения целостности, конфиденциальности и доступности связи. Для шифрования кадров Zigbee использует симметричные алгоритмы шифрования, такие как AES-128. Для аутентификации устройств Zigbee использует механизмы обмена ключами и сертификаты. Для авторизации устройств Zigbee использует списки контроля доступа и сетевые ключи.

Доля рынка

Согласно отчёту MarketsandMarkets, объём мирового рынка автоматизации жилых и гостиничных систем в 2019 году оценивался в 72,8 млрд долларов США, а к 2025 году, как ожидается, достигнет 113,9 млрд долларов США при среднегодовом темпе роста (CAGR) 9,5%. В отчёте также отмечается, что протоколы KNX и ZigBee входят в число лидеров по доле рынка наряду с Z-Wave и Wi-Fi. Однако точная доля каждого протокола в отчёте не раскрывается.

Согласно другому отчёту Grand View Research, объём мирового рынка домашней автоматизации в 2016 году оценивался в 46,15 млрд долларов США и, как ожидается, достигнет 113,82 млрд долларов США к 2025 году при среднегодовом темпе роста 11%. В отчёте также говорится, что ZigBee, как ожидается, продемонстрирует самые высокие темпы роста среди всех протоколов, за ним следуют Z-Wave и KNX.

Заключение

В заключение отметим, что KNX и ZigBee — это протоколы беспроводной связи, обеспечивающие автоматизацию домов и гостиниц. Однако у них есть разные характеристики, преимущества и недостатки, которые делают их подходящими для различных сценариев и приложений. KNX — это проводной протокол, который надёжен, стабилен и независим, но при этом дорог, сложен и медлен. ZigBee — это гибкий, масштабируемый и совместимый беспроводной протокол, но при этом уязвим, нестабилен и зависим. Поэтому выбор протокола зависит от конкретных потребностей и предпочтений пользователя и проекта.