Előbb ezt olvasd el, és ígérjük a következő cikkben már elindul az okosotthon építése is!
Napjainkra az okosotthon rendszerekkel Dunát lehet rekeszteni. Ebben az a jó, hogy az árakat eléggé letörték, és az a rossz, hogy könnyen futhatunk zsákutcába olyan gyártó termékeit választva, ami 1-2 év alatt eltűnik a piacról, mi pedig hoppon maradunk a rossz esetben nem vagy csak nagyon nehezen fejleszthető komplett rendszerünkkel.
A Xiaomi ilyen szempontból jó választásnak tűnik, hiszen a kínai gyártó bőven a növekedési periódusban van, amit, ha az elmúlt évek szintjén folytat, akkor nem eltűnni fog, hanem letarolja a piacokat Amerikától Ausztráliáig mindenhol.
Ebben a cikkben röviden összefoglaljuk, hogy mit is jelent egy okosotthon, milyen előnyökkel jár egy ilyen kivitelezése, milyen feladatokra használják a legtöbben ezeket. Emellett viszont olvashattok egy keveset az okosotthonokat működtető technológiákról is, ezt mintegy alapozásképpen, hogy ha olyan szavakat láttok, mint például a Zigbee, akkor nem keljen bután pislognotok.
Bevezető, avagy mi is azaz okosotthon
Az okosotthonok nem mai találmányok. Régen, évtizedekkel ezelőtt is léteztek ilyen rendszerek, igaz, ezek meglehetősen távol álltak attól, amit ma okosotthonnak nevezünk. A régen épületautomatizálás néven futó téma rengeteg relé, infravörös távirányító és szenzorok segítségével produkált némi automatizmust. Ezekhez képest a külső szemlélő számára, legalábbis a működés szempontjából nem sok fejlődést mutatnak a mai rendszerek, hiszen ugyanúgy kapcsolják a lámpákat, mozgatják a redőnyöket, beállítják a légkondit, bekapcsolják a riasztót, ha illetéktelen lép a helyiségbe vagy például tűz üt ki. Bár a működés ilyen módon nem sokat változott, a mögötte lévő technológia teljesen lecserélődött.
Kezdjük ott, hogy egy mai okosotthon kialakítása ezred részébe kerül egy régi rendszernek. Ennek nem csak azaz oka, hogy maguk az eszközök olcsóbbak lettek, hanem az is, hogy a technológia fejlődése miatt lényegében minden alkotóelem képes külső tápellátás, sőt bármiféle vezetékezés nélkül működni. Emiatt aztán a kiépítés rendkívüli módon leegyszerűsödött, és persze olcsó is lett. Napjaink vezeték nélküli rendszereinél sokkal nagyobb kihívás az eszközök közötti logisztikai kapcsolatok megtervezése, mint a fizikai hálózat kialakítása.
Fontosnak tartom megjegyezni, hogy sok professzionális rendszernél még mindig kiépítik a tápellátást, ami annyiban még bonyolultabb is, mint egy hagyományos 220-as rendszer, hogy itt alacsony, 5 voltos feszültéssel dolgozunk, ami szükségessé teszi a 220 (pontosabban 230) voltos váltakozó áram 5 volt egyenárammá alakítását. Ebben az esetben dolgozhatunk helyiségenként vagy lakásonként egy átalakítóval vagy elvégezhetjük az átalakítást akár minden elemnél az okosotthon rendszerben. Ez utóbbi megoldás ott célszerű, ahol például a hagyományos kapcsolókat cseréljük le okoskapcsolókra, mert ezeknél értelemszerűen a 220-as kábelezés már adott.
Mire használjuk az okosotthon rendszereket?
A cikk végére remélhetőleg látni fogjátok, hogy az okosotthon ökoszisztémák kialakításánál a logisztikai kapcsolatok terén, vagyis, hogy az okosotthon egyik komponense, hogy reagál egy másik komponens jelzésére csak a képzeletünk, illetve rossz esetben az alkalmazott hardver mögött található szoftveres megoldás szab határokat. A felhasználási területek olyan széleskörűek, amit nem is gondolnánk.
Mire használják a legtöbben az okosotthon rendszereket? Természetesen ezen a területen is vannak felmérések, így pontosan tudjuk, hogy az emberek nagyobb része az ilyen rendszereket első sorban biztonsági feladatokra veszik igénybe. Ez mondjuk nem meglepő, hiszen, ahogy fent már olvashattátok, a napjainkban használt megoldások vezeték nélküliek, a Xiaomi és sok más rendszer esetén még tápellátást sem igényelnek. Emiatt pillanatok alatt, és nagyon olcsón építhetünk ki komplett rendszereket, amik ajtó- és ablak nyitásérzékelőket, mozgásérzékelőket és kamerákat is tartalmaznak. Utóbbinál természetesen szükséges a tápellátás, aminek okáról a technológia részletezésnél olvashattok majd.
Ezek az otthoni, általunk épített rendszerek egy dologban különböznek jelenleg egy hagyományos, távfelügyelettől, abban, hogy utóbbinál egy járőr csapat áll készenlétben, és riasztás esetén kivonulnak az adott ingatlanhoz. A mi esetünkben viszont élőben követhetjük figyelemmel a kamerákon keresztül a lakást, sőt fel is vehetjük manuálisan vagy automatikusan a lakásban történő eseményeket. A rendszer valós időben, késlekedés nélkül tud riasztást küldeni telefonunkra, így mi riaszthatjuk a rendőrséget vagy adott esetben, ha elegendő, akkor a szomszédot.
A második leggyakoribb terület a hőmérsékletszabályzás, illetve az ehhez kapcsolódó árnyékolási funkciók. A harmadik a világítás vezérlése, a negyedik pedig a multimédia.
A saját tapasztalatom azt mutatja, hogy a legtöbben a világítással szagolnak bele az okosotthon technológiába, aminek egyszerű oka, hogy az okoségők olcsók, használatukhoz nem szükséges a telefonunkon, illetve a rajta futó szoftveren más eszköz.
Technológiai alapok
Ebben a fejezetben azokat a technológiákat, konkréten vezeték nélküli technológiákat tárgyaljuk, amik egy korszerű okosotthon kiépítéséhez szükségesek. Fontosnak tartom, hogy ezekről szóljunk néhány szót, de ha Te, kedves olvasó erre nem vagy kíváncsi nyugodtan át is ugorhatod, mert például a Xiaomi rendszerek esetén bőven elegendő, ha tisztába leszel a szoftver beállításaival, nem szükséges a technológia megértése. Azonban, ha kicsit is műszaki beállítottságú vagy, akkor folytasd a cikket a következő bekezdéssel.
Vezeték nélküli technológiák
Emlékszem, a 2000-es évek elején, amikor elérhető áron megjelentek az első WiFi eszközök, komoly felkészültség és tapasztalat kellett ahhoz, hogy az ember egy jól működő rendszert össze tudjon rakni. A sávszélesség szűkös volt, a jelerősség pedig viccesen gyenge. Persze most az otthoni eszközökről beszélünk, az első routerekről, AP-król. A Wifi mellett aztán később egy második vezetéknélküli technológia, a Bluetooth is felbukkant. A két technológiában a közös a vezetékmentesség volt, de a felhasználási terület a technológia miatt jelentősen eltért. Míg előbbi esetben a számítógépes hálózatok és eszközeink közötti kapcsolatot biztosítottuk, úgy utóbbiban például a mobileszközünk és a számítógép közötti adatátvitel lehetőségét teremtettük meg.
Az azóta eltelt időben mind a Bluetooth, mind a WiFi, vagyis az IEEE 802.11 szabvány családra épülő eszközök fejlődtek. Előbbi képessé vált arra, hogy a nagyobb sávszélesség mellett több kapcsolatot is tudjon párhuzamosan kezelni, utóbbi pedig egyre nagyobb sávszélességet kínál, immár, a többantennás rendszereknek hála kihasználva a visszaverődő jelek nyújtotta lehetőségeket is.
Azonban, ez a két eljárás, szabvány vagy módszer nem vált alkalmassá arra, hogy vezeték nélküli okosotthon rendszert építsünk a segítségükkel. Nem azzal van itt baj, hogy szűkös a sávszélesség vagy lassú a kapcsolat. A három fő probléma a hálózati topológia kialakítása, a hálózat erőforrásainak megfelelő elosztása, illetve a tápellátás problémája.
A Bluetooth megmaradt egy PAN kapcsolatnak, amivel privát kapcsolatot hozhatunk létre, és például audio streamet közvetíthetünk telefonunkról a fejhallgatónk felé, míg a WiFi egy számítógép hálózatok létrehozásához alkalmas eszköz továbbra is. Az okosotthon eszközök alapvetően más módon működnek, más elvárásaik vannak az adatkapcsolatot tekintve.
Az okosotthonoknál két fontos elvárásunk van. Az egyik, hogy a lehető legtöbb eszközt tudjuk egy hálózatba szervezni, a másik, hogy az energiafelhasználást a minimumra csökkentsük. A Bluetooth esetén az első, a WiFi esetén a második feltétel nem teljesül, emiatt ezeket az eljárásokat a legtöbb esetben elvethetjük. Azért írom, hogy a legtöbb esetben, mert ahogy látható lesz a WiFi-nek bizonyos területeken maradt létjogosultsága.
Létre kellett tehát hozni olyan szabványt, ami vezeték nélküli kapcsolatot biztosít, sok eszközt kezel, alacsony az energiafelhasználása. Erre jelenleg két eljárás áll rendelkezésre, ezek a Z-Wave és a Zigbee. Mi ez utóbbival ismerkedünk meg, mert a Xiaomi rendszernél ezzel találkozunk.
A Zigbee technológia
A Zigbee technológia kidolgozásában 35 vállalat vesz részt, olyan nagy nevek, mint a Motorola, a Honeywell vagy a Philips, akik a Zigbee Alliance nevű szervezetbe tömörülve fejlesztik a technológiát.
A Zigbee technológia a fentiek alapján egy sok komponens kapcsolódását lehetővé tévő technológia, ahol a nagy sávszélesség sokkal kevésbé fontos, mint az, hogy a részegységek a lehető legkevesebb energiával beérjék. A WiFi-hez hasonlóan a Zigbee is szabványosításra került, az elkészült szabvány pedig a 802.15.4 jelölést kapta.
A Zigbee hálózatok a hagyományos WiFi-hez hasonlóan a 2,4 GHz-es sávot használják a kommunikációra, de a hasonlóság itt nagyjából véget is ér a két szabvány között. A WiFi esetén például egy központosított hálózatot hozunk létre, ahol a router sávszélessége megoszlik a rá kapcsolódó eszközök között. A Zigbee ezzel szemben egy csillag topológiába rendezett mesh hálózatot hoz létre, amelyen belül, a hálózati csomópontok között akár virtuális peer to peer kapcsolatokat is kialakíthatunk. A mesh hálózatot egyszerűen úgy kell elképzelnetek, mint egy olyan WiFi-t, amire minél több eszköz csatlakozik annál erősebb lesz. A mesh esetén nem osztoznak az eszközök a rendelkezésre álló sávszélességen, ellenkezőleg, lényegében minden hálózatra csatlakozó eszköz tovább erősíti a jelet. A Zigbee hálózatba maximum 255 hálózati csomópont építhető a központi egység köré. Ezt a központi egységet hívják a Xiaomi eszközök közül gateway-nek.
A Zigbee óriási hátránya a WiFi-vel szemben a sávszélesség lenne, ha a Zigbee esetén erre lenne szükség. Szerencsére nincs, hiszen az okosotthonoknál nem szükséges állandó kapcsolat a rendszer elemei között, vagy legalábbis nem áramlanak adatok folyamatosan a hálózaton, ráadásul az adatcsomagok is aprók.
A Zigbee hálózaton két tipikus eszközt különböztethetünk meg a hálózati adatforgalom szempontjából. Az egyik a rendszertelen időközben működő egységek, mint például a kapcsolók, amik csak akkor létesítenek kapcsolatot a központi egységgel, amikor impulzust kell küldeniük. A másik fontos csoport a periodikus forgalmat bonyolító eszközök, tipikusan a különböző szenzorok, amiket a központ kérdez le.
Természetesen van egy harmadik csoport is, ami persze nem is csoport, hiszen csak a központi egységet tartalmazza. Ez a hálózat lelke. Ennek az egységnek állandó tápellátással és megfelelő számítási kapacitással kell rendelkeznie ahhoz, hogy a teljes hálózat, a maximum 255 hálózati csomópontot és az általuk közvetített adatokat, és a megfelelő AES titkosítást kezelni, biztosítani tudja.
WiFi-s eszközök
A Xiaomi, és persze más okosotthon rendszerek esetén is találunk olyan eszközöket, amik hagyományos WiFi kapcsolatot használnak. Ezek a központi egység, a Gateway, ami a számítógépes hálózatunkat, a routert is eléri, el kel érni – hogy miért arról kicsit később- és azok az eszközök, amiknek amúgy is kell a folyamatos tápellátás, mint például a világítótestek. Utóbbiak esetén, mivel a tápellátás folyamatos a WiFi az egyszerűbb és olcsóbb megoldás, előbbinél pedig lényeges, hogy a router felé történő forgalom is igényli a magas sávszélességet például a beépített internetes rádió miatt.
A központi egység esetén a sávszélesség különösen fontos amiatt is, mert alaphelyzetben minden okoseszközünk a Xiaomi felhőszolgáltatásán át kommunikál a telefonunkkal. Ennek köszönhető, hogy otthonok okoseszközeit távolról is el tudjuk érni, be vagy lekapcsolhatjuk a légkondit, elindíthatjuk a robotporszívót, vagy nyaralás közben is felkapcsolhatjuk néha a világítást, hogy úgy tűnjön otthon vagyunk.
Foglaljuk össze a technológiát!
A Xiaomi okosotthon ökoszisztémája két részből áll össze. A csillag topológiájú, mesh hálózatot létrehozó Zigbee és a hagyományos WiFi hálózatot használóból. Előbbi eszközök vezeték és külső tápellátás nélkül működnek, a tápfeszültséget gombelem biztosítja, ami átlagos felhasználás esetén fél- vagy akár két évig is bírják csere nélkül. Utóbbiak folyamatos tápellátást igényelnek a 220-as hálózatról, mint egy átlagos WiFi eszköz.
A hálózat központi eleme a Gateway, ami WiFi és Zigbee kapcsolattal is rendelkezik. Ez kommunikál például a kapcsolókkal, szenzorokkal a Zigbee, és például a világítótestekkel, okoskonnektorokkal a WiFi hálózatokon. Az eszközök között, legyenek azok Zigbee vagy WiFi eszközök akár virtuális peer to peer kapcsolatok is létrehozhatók.
Példák az okosotthon eszközök működésére
Bár az igazi gyakorlati példákat a cikksorozat következő részeire tartogatom, azért néhány példát ide citálok nektek.
Akik az okosotthon technológiával ismerkednek elsőként legtöbbször a WiFi-s eszközöket veszik meg. Ennek oka, hogy a használatukhoz nem szükséges a központi egység, elegendő egy telefon a Xiaomi okosotthon alkalmazásával. Talán meglepő, de egész komoly rendszereket lehet ezekkel is építeni. WiFi-n működnek az okoslámpák, okoskonnektorok, így például a légkondi vezérlés, de az infra egység is, amivel lényegében minden hagyományos, infrán vezérelhető eszköz beilleszthető az okosotthon rendszerbe.
Akik ezekkel az eszközökkel elégedettek lesznek, azok később szinte biztos, hogy a Zigbee-s eszközökkel fogják a rendszerüket bővíteni. Ezekkel közvetlenül kapcsolhatunk például világítótesteket vagy vezérelhetünk biztonságikamerákat.
Ahogy feljebb már olvashattátok, a Zigbee, de akár a Zigbee és a WiFi hálózatokon ülő eszközök között is létrehozhatunk peer to peer kapcsolatokat. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy például az ablaknyitás érzékelő és a légtisztító közötti kapcsolattal beállíthatjuk, hogy ha kinyitjuk az ablakot, akkor a légtisztító leálljon. Emellett persze az ablaknyitás érzékelő többi beállított funkciója is megmarad, például azok, amik a biztonsági rendszerhez kapcsolódnak. Elindíthatja a biztonsági kamera felvételét, riasztást küldhet telefonunkra.
Az okoslámpákra is rengeteg funkció állítható be. Reagálhatnak a szobában szól zenére, bekapcsolhatnak automatikusan amikor fel kell kelnünk reggel, vagy megváltozhat a fénye, ha a telefonunkra hívás érkezik. Ugyan így, többé nem lesz probléma, ha TV nézés közben felhívnak minket, hiszen a TV automatikusan elnémul majd, ha hívás érkezik.
A légkondi kikapcsol, ha kinyitjuk az ablakot, vagy bekapcsol nyáron, ha elindulunk haza a munkahelyünkről, így mire hazaérünk kellemes klíma fogad majd minket.
Ezek a funkciók bonyolultnak tűnnek, de a cikksorozat végéra látni fogjátok, hogy szinte fillérekből, lépésről lépésre építhetjük fel a rendszert, úgy, hogy az a pénztárcánkat sem fogja megterhelni. Talán nem lényegtelen az sem, hogy egy komplett, jól működő okosotthon rendszer a lakásunk árán is sokat dobhat, de legalábbis könnyeben eladhatóvá teszi azt. Szóval a lényeg, kényelmesebb, élhetőbb, és értékesebb otthont kapunk csekély befektetést eszközölve.
Következő cikkünkben a Xiaomi Gateway-jel ismerkedhettek meg, mint a rendszer alapelemével. Ha nem akartok addig várni, akkor olvassátok el a rendszerbe illeszthető okosporszívóról, okosizzókról és az asztali okoslámpáról szóló cikkünket, illetve elsőként az okosotthonos cikksorozatunk első darabját, a kedvcsinálót!
