Los sistemas domésticos inteligentes necesitan una conexión de radio para la red inalámbrica de dispositivos. Sin embargo, no hay solo uno, sino muchos estándares de radio diferentes para la automatización del hogar. Explicamos aquí por qué es así y qué significa para el diseño de la casa inteligente.
ZigBee & Co.: Lo que debe saber sobre los estándares inalámbricos de Smart Home
- La conexión inalámbrica en el hogar inteligente debe transmitir datos de forma segura y rápida con un bajo consumo de energía.
- WLAN ofrece una alta velocidad de transmisión, pero requiere mucha energía, por lo que el estándar inalámbrico no se ha popularizado en los hogares inteligentes.
- Los sensores a batería que envían pequeñas cantidades de datos utilizan principalmente protocolos económicos como ZigBee, Z-Wave o EnOcean, que, como WLAN, son de libre acceso para todos los fabricantes.
- Además de los estándares de radio abiertos, también hay privados como Homematic IP que pertenecen a una empresa. Entonces, los dispositivos solo son compatibles dentro de su propio sistema de hogar inteligente o con sistemas que fueron desarrollados conjuntamente por el fabricante. Estos estándares de radio también se denominan "propietarios".
¿Por qué son importantes los estándares de radio?
Cualquiera que haya intentado desesperadamente navegar por Internet en medio del bosque o en la autopista sabe lo importante que son las conexiones de radio estables. Lo mismo se aplica a los dispositivos domésticos inteligentes que deberían poder intercambiar información entre sí en la casa sin interferencias. Porque, al igual que los teléfonos inteligentes, los sistemas domésticos inteligentes basados en radio se comunican mediante ondas electromagnéticas.
Los estándares de radio como ZigBee, Z-Wave, WLAN o EnOcean se basan generalmente en la modulación de radio y microondas, que pertenecen a la parte de baja frecuencia del espectro electromagnético. La onda se cambia para que pueda transportar información (imágenes, idioma, música, texto). En Alemania, la Agencia Federal de Redes emite frecuencias para el tráfico de radio. Muchos protocolos en el campo de la radio doméstica inteligente utilizan la denominada banda ISM (Industrial, Scientific and Medical Band) entre 2,4 y 2,5 GHz o la banda SRD (Short Range Device) entre 863 y 870 MHz.
Los estándares inalámbricos para el hogar inteligente oscilan entre las ondas de radio y los infrarrojos.
Para poder controlar dispositivos domésticos inteligentes con el teléfono inteligente o la tableta, la frecuencia de radio del hogar inteligente debe traducirse en una señal WLAN. Esta es la razón por la que la mayoría de los sistemas domésticos inteligentes requieren un puente de radio (incluida una puerta de enlace o centro de control). Está conectado al enrutador WLAN en casa.
¿En qué se diferencian ZigBee, Z-Wave, WLAN & Co.?
Las conexiones de radio deben transmitir datos de forma segura, rápida y sin interferencias. Sin embargo, los requisitos cambian según el área de aplicación. Con los sistemas de videoconferencia, por ejemplo, tienen que transportar grandes cantidades de datos. Los sensores de temperatura o movimiento en hogares inteligentes, por otro lado, solo envían pequeños paquetes de datos. Aquí, el estándar inalámbrico debería funcionar principalmente de manera económica para que las baterías duren el mayor tiempo posible.
Ancho de banda
Un estándar de radio usa un cierto rango de frecuencia. El ancho de banda muestra la distancia entre las frecuencias superior e inferior de este rango. Por ejemplo, la mayoría de los enrutadores inalámbricos utilizan un rango de frecuencia de 2,4 a 2,4835 GHz. El ancho de banda en este caso es de 83,5 MHz. Cuanto mayor sea el ancho de banda, más datos se pueden transmitir.
canales
Para evitar interferencias, debe haber un espacio entre un canal y el siguiente. Para las redes WLAN en la banda de frecuencia de 2,4 GHz, hay disponibles cuatro canales que no se superponen con un ancho de canal de 20 MHz y un espaciado de 5 MHz.
Transmisión
de velocidad La velocidad de transmisión es muy importante en Internet sin cables. Por esta razón, WLAN se ha establecido como el estándar inalámbrico para computadoras portátiles, PC y teléfonos inteligentes. Los enrutadores con el estándar Wifi 5 (802.11 ac) gestionan hasta 1300 Mbit / s. Eso es suficiente para transmitir series cómodamente. El estándar inalámbrico Z-Wave Smart Home viene a 9,6 Kbit / s en comparación. Eso es suficiente para enviar comandos entre interruptores y sensores.
Se necesitan altas tasas de transferencia para los chats de video. WLAN se adapta muy bien como estándar de radio aquí.
Los
fabricantes de rango a menudo especifican el rango al aire libre con una conexión inalámbrica. En habitaciones cerradas, sin embargo, los obstáculos ralentizan la transmisión de ondas electromagnéticas. En particular, los elementos de construcción ligeros hechos de placas de yeso, las paredes con elementos de acero y las tuberías de agua interfieren con la transmisión de radio. La WLAN tiene un alcance teórico de 300 metros; sin embargo, en la práctica, el nivel de la señal desciende después de unos pocos metros. La frecuencia de la señal de radio también es crucial: cuanto más alta, más corta es la gama.
Estándar de seguridad
La transmisión inalámbrica es particularmente propensa al robo de datos. Por esta razón, todos los estándares inalámbricos en Smart Home Wireless tienen un protocolo de seguridad que cifra los datos. Sin embargo, ningún estándar inalámbrico es 100% seguro contra ataques de piratas informáticos. Lea nuestro artículo sobre esto: ¿Qué tan segura es una casa inteligente?
¿Por qué no usar WiFi para todos los dispositivos domésticos inteligentes de inmediato?
El 95 por ciento de todos los alemanes tiene una conexión a Internet, la mayoría con un enrutador WLAN. Entonces, ¿por qué no utilizar WLAN como estándar para los sistemas domésticos inteligentes? Hay varias razones para esto:
Alto consumo de energía
En comparación con otras conexiones inalámbricas, WLAN tiene una alta tasa de transmisión. Esto también significa que los dispositivos WiFi consumen mucha energía. Esto es particularmente desventajoso para los dispositivos que funcionan con baterías. El gran ancho de banda y la alta velocidad no son necesarios para sensores pequeños que solo transmiten mensajes cortos.
Superposiciones
Sobre todo en los edificios de apartamentos, la interferencia se produce cuando demasiados dispositivos en las redes WLAN vecinas utilizan el rango de frecuencia de 2,4 GHz.
Alcance limitado
La interferencia de señales de otros dispositivos que utilizan la misma banda de frecuencia también reduce el alcance del enlace de radio.
¿Cuál es la diferencia entre estándares inalámbricos abiertos y propietarios?
- Con estándares de radio abiertos como ZigBee y Bluetooth, la tecnología está disponible gratuitamente para todos los fabricantes. A menudo, varias empresas desarrollan los protocolos en una organización paraguas. La ventaja es un alto nivel de compatibilidad, incluso con diferentes sistemas domésticos inteligentes. Homee es un buen ejemplo de un sistema doméstico inteligente completamente abierto al que se pueden conectar todos los dispositivos que utilizan estándares de radio abiertos.
- Con estándares de radio patentados (cerrados) como Homematic IP, un fabricante desarrolla su propio protocolo. Esto garantiza una mayor seguridad durante la transmisión de datos. Los dispositivos domésticos inteligentes solo se pueden conectar a dispositivos del mismo fabricante. Este obstáculo se puede sortear con la compatibilidad adecuada mediante el uso de "aplicaciones de pegamento" como IFTTT o la aplicación Alexa.
- En el caso de estándares de radio abiertos, el código del protocolo es de código abierto. Esto significa que cualquier fabricante puede realizar cambios. Por lo tanto, los dispositivos con el mismo estándar de radio no son necesariamente compatibles entre sí. Dado que muchos fabricantes quieren que sus productos se puedan acoplar a tantos sistemas diferentes como sea posible, es probable que sean compatibles.
Comparación de los estándares de radio doméstica inteligente
|
Tasa de |
El alcance de |
rango de frecuencia |
Consumo de energía |
solicitud |
Fabricante |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
|
ACCESO INALÁMBRICO A INTERNET |
1.000-1.300 |
50 m |
2,4-2,48 GHz |
alto |
Internet inalámbrico |
Belkin WeMo DLink Tado Página principal de Google Hogar anillo |
|
Bluetooth 5.0 de |
1-3 Mbit / s |
10 m |
2,40-2,48 MHz |
bajo |
Dispositivos domésticos inteligentes | |
|
ZigBee |
250 kbit / s |
10-15 m |
2,4 GHz |
bajo |
Automatización de edificios |
Philips Hue Ikea Tradfri Osram Xiaomi Samsung Hogar inteligente Homee |
|
Z-Wave |
9,6-40 Kbit / s |
30 m |
868 MHz |
bajo |
Automatización de edificios |
Fibaro Honeywell Neo Samsung SmartThings Hogar inteligente Homee Devolo Merten |
|
EnOcean |
125 kbit / s |
30 m |
868 MHz |
muy bajo |
Sensores de temperatura , |
Siemens Mediola Hogar inteligente Homee Somfy Wago |
|
Homematic |
9,6 kbit / s |
20-30 m |
868-869,52 MHz |
bajo |
Gestión energética , |
HomeMatic ¡Max! Qivicon / Magenta Innogy |
|
DectULE |
1,1 Mbit / s |
30-50 m |
1,89-1,90 MHz |
bajo |
Automatización de edificios |
Hogar inteligente magenta AV M Gigaset |
Estándares de radio: ventajas y desventajas de un vistazo
1. WLAN
Ya en la década de 1970 hubo intentos de inventar enlaces de radio para la transmisión rápida de datos. En 1971, la red ALOHAnet conectó siete computadoras en cuatro islas diferentes de Hawai utilizando el protocolo de radio Aloha. El protocolo de radio IEEE 802.11, que se utiliza en todas partes en la actualidad, existe desde 1997. Dos años más tarde, se estableció WiFi Alliance con el objetivo de certificar dispositivos WLAN y desarrollar aún más la tecnología.
El timbre inteligente de Ring se comunica con un dispositivo Alexa a través de WiFi.
funcionalidad
- Las redes WiFi actuales se basan en los estándares de radio IEEE-802.11ny 802.11ac (WiFi 4 y WiFi 5).
- Las tasas de transferencia teóricas son 600 Mbit / so 1500 Mbit / s. En la práctica, sin embargo, la velocidad de datos es menor porque muchos enrutadores no pueden recibir múltiples flujos de datos en paralelo.
- Los enrutadores WLAN usan la banda de frecuencia de 2.4 GHz con cuatro canales que no se superponen, los modelos más nuevos también usan la banda de frecuencia de 5 GHz con 19 canales.
beneficios
- sin lugar a duda
- alta tasa de transferencia
desventaja
- energía intensiva
- Interferencias frecuentes debido al elevado número de usuarios, especialmente en la banda de 2,4 GHz
- en el rango inferior de 5 GHz debido a la alta frecuencia
Aplicaciones
A pesar de su hambre de energía, el estándar de radio WLAN juega un papel importante en la configuración de una casa inteligente:
- en comunicación entre Smart Home Hub y enrutador
- para dispositivos como televisores inteligentes y cámaras que transmiten grandes cantidades de datos (videos)
Sistemas domésticos inteligentes con WLAN
- Belkin WeMo
- D-Link
- Tado
- Página principal de Google
- Hogar inteligente Netatmo
- Ring (timbres con video inteligente)
2. Bluetooth de baja energía (BLE, 5.0)
En 1998 Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel desarrollaron el estándar Bluetooth. En 1999, el Grupo de Interés Especial de Bluetooth (BT SIG) publicó las especificaciones para el primer protocolo Bluetooth. En los años siguientes, Bluetooth se convirtió en uno de los estándares de radio más importantes para la transmisión inalámbrica entre teléfonos móviles y PC o para auriculares Bluetooth. A partir de la versión 4.0, consume mucha menos energía, de ahí el nombre Low Energy (Bluetooth LE).
Debido al corto alcance, Bluetooth es menos adecuado para el hogar inteligente. El estándar de radio es más adecuado para escuchar música a través de auriculares inalámbricos.
Funcionalidad
El estándar inalámbrico Bluetooth utiliza como banda ISM inalámbrica de 2,402 a 2,480 GHz.
- El dispositivo transmisor (maestro) se sincroniza con el dispositivo receptor (esclavo). Ambos dispositivos deben autorizar la conexión para ello.
- El remitente y el receptor establecen una conexión punto a punto en una llamada red pico. Cada dispositivo tiene una dirección de 48 bits que lo identifica.
- El transmisor cambia de frecuencia dentro de la banda de frecuencia 1.600 veces por segundo (proceso de salto de frecuencia). El receptor busca señales del transmisor cada 2 segundos hasta que se establece la conexión.
beneficios
- ampliamente utilizado, por lo tanto, alta compatibilidad
- energía baja
desventaja
- corto alcance
- poca estabilidad
Aplicaciones
En las áreas de seguridad y automatización del hogar, pocos fabricantes confían en Bluetooth, pero es uno de los estándares inalámbricos líderes para dispositivos portátiles y electrónica de entretenimiento. Las aplicaciones útiles en el área del hogar inteligente incluyen cerraduras de puertas electrónicas o abre-puertas de garaje inteligentes.
3. ZigBee
En 2002, varias empresas fundaron ZigBee Alliance. El estándar de radio está diseñado para permitir la transmisión de datos en redes con bajos volúmenes de datos y un consumo mínimo de energía. En los años siguientes, ZigBee se estableció como la tecnología líder en automatización industrial, en particular para controlar interruptores y sensores.
ZigBee está predestinado para el hogar inteligente debido a su baja susceptibilidad a fallas. Entre otras cosas, Philips Hue se basa en ZigBee como luz inteligente.
funcionalidad
- Como Bluetooth, ZigBee utiliza el estándar IEEE 802.15.4 y extiende el protocolo en tres capas.
- En una red de malla, los dispositivos domésticos inteligentes individuales no reciben necesariamente mensajes únicamente de la puerta de enlace central. Cada dispositivo se convierte en un nodo de red y puede transmitir información. Por ejemplo, las lámparas y los sensores de temperatura conectados al concentrador también se comunican entre sí.
- Si el concentrador falla, la lámpara aún recibe el comando "Continuar lámpara" del sensor de temperatura. En apartamentos grandes y casas con varias habitaciones, la conexión suele funcionar sin interferencias a pesar de las paredes.
Aplicaciones
Los dispositivos domésticos inteligentes en la automatización del hogar, como el control inteligente de la calefacción, los sensores de ventanas y puertas o las luces, utilizan ZigBee con mayor frecuencia.
beneficios
- bajo consumo de energía
- baja susceptibilidad a fallas
- alta distribución, de ahí una gran selección de fabricantes
desventaja
- ninguna
Sistemas domésticos inteligentes con ZigBee
- Philips Hue
- Ikea Tradfri
- Osram
- Xiaomi
- Samsung SmartThings
- Hogar inteligente Homee
- Bosch
4. Z-Wave
En 1999, la empresa danesa Zensys desarrolló el estándar de radio Z-Wave como tecnología patentada. En 2005, varios fabricantes fundaron la Z-Wave Alliance, que cuenta con miembros como Huawei y Fibaro. La empresa de tecnología "Silicon Labs" ahora posee los derechos de la tecnología. A finales de 2019, Silicon Labs anunció que quería hacer de Z-Wave un estándar inalámbrico abierto.
Z-Wave es muy popular entre los fabricantes de dispositivos domésticos inteligentes. El sensor inteligente de Fibaro mide el movimiento, la temperatura y la luz y se basa en Z-Wave como estándar inalámbrico.
funcionalidad
- Los datos se transmiten en el rango de frecuencia de 868 MHz con un desplazamiento de frecuencia de 20 kHz.
- Los dispositivos Z-Wave forman una red que tiene una identificación única. Cada dispositivo dentro de la red tiene un ID que se define en el chip integrado.
- Al igual que con ZigBee, los dispositivos se comunican entre sí en una red de malla similar a los repetidores de malla. La red inalámbrica funciona mejor cuanto más dispositivos eléctricos se integran en la casa inteligente.
- El destinatario debe reconocer cada mensaje.
beneficios
- Baja interferencia gracias al uso de la banda de frecuencia de 868 MHz
- bajo consumo de energía
- alta distribución, de ahí una gran selección de fabricantes
- se pueden vincular hasta 232 dispositivos
desventaja
- baja tasa de transferencia, pero suficiente para sensores pequeños
Sistemas domésticos inteligentes con Z-Wave
- Fibaro
- Honeywell
- Neo
- Samsung SmartThings
- Hogar inteligente Homee
- Devolo
- Merten
- Vivint Smart Home
5. EnOcean
En 2001, Siemens fundó EnOcean GmbH con el objetivo de desarrollar un protocolo para la comunicación inalámbrica en la industria. La EnOcean Alliance, fundada en 2008, incluye más de 400 empresas, incluidas Honeywell, IBM y Microsoft.
Los dispositivos Enocean generan sus propios requisitos de electricidad con solo presionar un botón. Smart Home de Homee es una forma de utilizar el estándar inalámbrico.
Cómo funciona
El estándar inalámbrico EnOcean utiliza el principio de recolección de energía. Los sensores no necesitan batería.
- Un convertidor de energía genera electricidad a partir de un movimiento como presionar un interruptor de luz.
- Las mini células solares funcionan con electricidad de fuentes de luz, por ejemplo.
- Los elementos Peltier generan electricidad a través de diferencias de temperatura, por ejemplo, entre el radiador y el medio ambiente. Una diferencia de temperatura de dos grados es suficiente.
beneficios
- apenas consumo de energía
desventaja
- solo apto para pequeños sensores y pequeñas cantidades de datos
Aplicaciones
El estándar de radio de muy baja energía es utilizado por dispositivos domésticos inteligentes que envían mensajes cortos o comandos. Estos son:
- Sensores de movimiento o detectores de movimiento
- Sensores de temperatura
- Sensores de CO2
Sistemas domésticos inteligentes con EnOcean
- Siemens
- Mediola
- Hogar inteligente Homee
- Somfy
- Wago
- Eltako (tecnología de seguridad)
- NodOn (detector de movimiento)
6. IP de Homematic (BidCoS)
Detrás de la marca Homematic IP se encuentra el estándar de radio patentado BidCoS (Estándar de comunicación bidireccional). El inventor es la empresa de tecnología alemana eQ-3, fundada en 2007, que utiliza su estándar IP Homematic para sus propios sistemas domésticos inteligentes (Max!, Homematic), pero también lo pone a disposición de sus socios de cooperación Innogy y Qivicon. Qivicon es una gran plataforma de hogar inteligente que también es la base para Qivicon / Magenta SmartHome, por ejemplo.
Homematic IP es una radio patentada, los dispositivos funcionan a través de la cooperación, pero también con Magenta e Innogy.
funcionalidad
- BidCoS es un protocolo bidireccional. Esto significa que el destinatario siempre debe acusar recibo de un mensaje.
- El estándar de radio transmite los datos con autenticación AES y cifrado de 128 bits.
beneficios
- alta seguridad
desventaja
- no es compatible con otros sistemas domésticos inteligentes (excepto para socios de cooperación)
Sistemas de hogar inteligente con Homematic IP / BidCoS
- HomeMatic
- ¡Max!
- SmartHome Qivicon / Magenta
- Innogy
7. Dect ULE
El estándar de radio DECT (para comunicación inalámbrica mejorada digital) se extendió ya en la década de 1990 con la llegada de los teléfonos inalámbricos. La variante Ultra Low Energy (ULE) del protocolo DECT está optimizada para un bajo consumo de energía.
Los dispositivos Dect Ule se pueden controlar directamente a través de Fritz! Box. Por ejemplo, el enchufe inteligente de AVM.
funcionalidad
- DECT ULE no es sinónimo de un solo protocolo, sino de muchos protocolos de diferentes fabricantes en la banda de 1.890 a 1.900 MHz.
- Para comunicarse entre sí, los dispositivos domésticos inteligentes que utilizan el protocolo DECT ULE necesitan una puerta de enlace como centro para los mensajes entrantes y salientes.
Aplicación
El estándar de radio no solo se utiliza para teléfonos y enrutadores, sino también para lámparas y sensores inteligentes.
beneficios
- Baja interferencia gracias a su propia banda de frecuencia
desventaja
- usado comparativamente raramente
Sistemas domésticos inteligentes con Dect ULE
- Hogar inteligente magenta (Telekom)
- AVM (Fritz! Box)
- Hogar inteligente Gigaset Elements
Combinando diferentes estándares
Los sistemas domésticos inteligentes de diseño abierto ofrecen la posibilidad de combinar diferentes estándares inalámbricos. Una amplia variedad de estándares de hogares inteligentes están integrados en los centros de control de sistemas como Magenta o Homee.
Las “aplicaciones adhesivas” como IFTTT, iHaus, Apple HomeKit, Google Assistant o Amazon Alexa también actúan como un puente entre los dispositivos domésticos inteligentes con diferentes estándares inalámbricos. En principio, la información de varias aplicaciones se evalúa en una aplicación central. Por ejemplo, el sensor D-Link envía una señal audible cuando el sensor Arlo detecta movimiento. El requisito previo es que los dispositivos individuales sean compatibles con la aplicación adhesiva seleccionada.
KNX-RF: Amplíe el sistema de bus con dispositivos de radio
Para edificios nuevos o una instalación posterior de una casa inteligente en un edificio antiguo, los propietarios pueden considerar si desean implementar el control del hogar inteligente a través de la instalación de cables en lugar de la radio. El cable de alimentación se puede utilizar como elemento de conexión (sistema de línea eléctrica) o como un sistema de bus independiente que funciona como una segunda línea junto a la línea de alimentación (sistema KNX). El bus KNX permite la integración de dispositivos domésticos inteligentes de diferentes fabricantes y se puede combinar con Powerline y Ethernet.
Para el sistema KNX, ahora también existe una solución híbrida que consta de dispositivos por cable y por radio que se pueden controlar a través de la misma interfaz de usuario. Esto es útil, por ejemplo, para ampliar una casa inteligente con cables con funciones adicionales. El estándar de radio apropiado se llama KNX-RF. También se puede implementar una casa inteligente inalámbrica pura utilizando esta tecnología, como también es posible con los estándares inalámbricos en la comparación anterior. Dado que la conexión y la programación son relativamente complejas, KNX-RF está dirigido más a los especialistas y propietarios de KNX que desean combinar KNX y KNX-RF.