Большой шаг в развитии домашней автоматизации имел место в 1975 году, когда американская компания Pico Electronics, проводя исследования возможностей использования электрической проводки для передачи управляющих сигналов, разработала протокол X10, который предназначался для управления системами освещения и другими простыми приборами. Уже через несколько лет протокол X10 поддерживали разные производители оборудования и активно продвигали некоторые ритейлеры (например, американские Sears и Radio Shack). Позднее создатели добавили в свой протокол поддержку беспроводного управления на частоте 433 МГц (в США 310 МГц). Протокол X10 позволял включать и выключать приборы, менять яркость света, а также получать данные о текущем состоянии прибора. Благодаря простоте установки и доступной цене, системы на базе X10 получили широкое распространение и активно развивались вплоть до 2000-х годов.
Consumer Electronics Bus (CEBus)
К середине 1980-х стало появляться все больше сложной бытовой техники с системами дистанционного управления. Поэтому в 1984 году в рамках организации Electronic Industries Association (EIA) началась работа над новым стандартом, который должен был стать универсальным для электронных приборов самого разного типа. Однако только в 1992 году вновь разработанный стандарт CEBus (Consumer Electronics Bus), также известный как EIA-600, был, наконец, полностью опубликован. Разработчики CEBus заложили в него множество возможностей. В отличие от X10, который поддерживал только два вида коммуникаций — по сетям электроснабжения или по радиоканалу — в стандарте CEBus поддерживалось уже семь разных способов, включая дополнительно: витую пару, коаксиальный кабель, оптоволокно, ауди-видео шина, инфракрасные оптические каналы. По сути CEBus мог быть использован вообще с любыми электроприборами вне зависимости от их назначения. Такая всеобщая универсальность, однако, сделала и само оборудование CEBus достаточно громоздким и дорогим, что сильно мешало его широкому распространению.
European Installation Bus (EIB) и KNX
Основным рынком распространения устройств на базе протоколов X10 и CEBus были США. В европейских странах, в силу особенностей государственного регулирования, продажи таких систем были затруднены. Но европейские электротехнические компании разрабатывали и внедряли собственные протоколы и шины для устройств домашней автоматизации. В 1990 году это привело к появлению ассоциации European Installation Bus Association (EIBA) и европейского стандарта EIB (European Installation Bus), который продвигали немецкие компании во главе с Siemens. Одновременно группа французских компаний во главе с Electricité de France создала стандарт BatiBus. Ряд других голландских, французских и английских компаний создали в 1991 году European Home Systems Association (EHSA) и протокол EHS (European Home Systems Protocol). Впоследствии в 1997 году все три ассоциации объединились Ассоциацию производителей комплексных систем автоматизации «КОННЕКС» (Konnex), ставшую международной, и общий международный стандарт KNX (позднее и сама ассоциация Konnex стала называться KNX, а вот стандарт иногда обозначают как EIB/KNX), согласованный в рамках этой ассоциации, был опубликован в 2001 году.
Home Bus System (HBS)
Своим путем шла и Япония. В 1981 году объединенная группа экспертов таких компаний и организаций как: Daikin Industry, NEC Home Electronics, Matsushita Electric, Osaka University и других при координации Kansai Elektronics Industries Development Center (KEC) приступила к разработке стандартов для внутридомовых сетей управления и передачи данных. К 1983 году разрабатываемому набору стандартов дали название HBS (Home Bus System). Первая версия протокола HBS была опубликована ассоциацией EIAJ (Electronic Industry Association of Japan) в 1988 году. В 1997 году для стандартизации разных направлений домашней автоматизации и управления умными домами японские компании создали консорциум ECHONET, в рамках которого наработки по стандарту HBS были использованы для разработки более совершенного набора стандартов (ECHONET, ECHONET Lite/AIF), а также некоторых фирменных протоколов (например, Mitsubishi M-Net). Спецификация ECHONET Lite/AIF вышла в 2011 году, а в 2015 — стала международным стандартом.
«Наступление» проприетарных стандартов
Здесь имеет смысл немного отвлечься на описание того, какую роль вообще играли и играют стандарты в домашней автоматизации, и куда в целом движется индустрия сегодня. И такой обзор будет полон пессимизма. Если вплоть до 2000-х в мире был один вполне признанный (хотя и устаревающий) протокол X10, под который выпускалось множество совместимого и полусовместимого оборудования разными производителями по всему миру, то далее слишком быстрое появление все новых и новых технологий не давало уже участникам рынка времени на согласование каких-то общих протоколов. Рынок стал сильно сегментироваться «по интересам» и основную роль на нем стали играть проприетарные протоколы и решения. Так, например, протокол Z-Wave, составивший конкуренцию X10 в системах управления освещением, был разработан в 2001 году датской компанией Zensys. В 2008 он был выкуплен американской корпорацией Sigma Designs. А в 2012 в США уже было доступно около 600 продуктов с поддержкой этого протокола. Однако при всех своих достоинствах и несмотря на активную поддержку и продвижение альянсом компаний Z-Wave Alliance, протокол Z-Wave вовсе не стал заменой протокола X10, так как обладал и достаточным количеством недочетов, а главное — его не захотели поддерживать многочисленные производители по всему миру.
Не стал панацеей и стандарт KNX, который предполагает использование крайне специфического программного обеспечения, распространяемого исключительно самой Ассоциацией KNX. Кроме того, оборудование KNX производится в основном на европейских заводах и распространено большей частью именно в Европе.
Новые беспроводные протоколы
Развитие технологий и появление понятия интернета вещей (IoT) в начале XXI века воздействовали и на появление новых стандартов для организации беспроводных распределенных сетей для датчиков и устройств мониторинга. Уже ставшие популярными технологии WiFi и Bluetooth оказались не готовы к распределенной топологии, что привело к возникновению протоколов ZigBee (спецификация опубликована в 2004 году), ZigBee Pro (2007 год) и Thread (2015 год). Все эти протоколы позиционируются разработчиками как технологии современного умного дома, позволяющие организовать взаимодействие множества устройств и датчиков в нем. Учитывая, что оборудование с поддержкой ZigBee стало появляться на рынке едва ли не раньше публикации самого протокола, оно сразу же стало конкурировать и с только что появившимся Z-Wave, и со «старичком» X10. К 2018 году наметилась четкая тенденция по кооперации разработчиков ZigBee и Thread. Так что в недалеком будущем нас, вероятно, ждет некая унификация данных технологий и взаимная совместимость оборудования. При этом сам протокол Thread создан на основе фиременного протокола Weave компании Nest и по заявлениям самой компании обладает с ним обратной совместимостью.
Протокол Insteon
Среди «новичков» особо стоит отметить протокол Insteon, который был разработан американской компанией Smartlabs в 2005 году, а первые продукты на его основе были выпущены в 2012. По сути, Insteon создан как развитие X10 и даже имеет ограниченную обратную совместимость с ним (некоторое оборудование Insteon может взаимодействовать с сетями X10), а сами сети X10 и Insteon могут сосуществовать совместно, используя для коммуникации одни и те же линии электропроводки. Эксперты сходятся во мнении, что именно Insteon сегодня имеет наилучшие перспективы для того, чтобы полностью заменить устаревшую технологию X10.
Влияние промышленных протоколов и систем автоматизации (LonTalk и BACnet)
Снова возвращаясь в прошлое, следует отметить, что развитие систем домашней автоматизации и умных домов всегда происходило в некоторой связи с развитием систем промышленной автоматизации вообще и систем автоматизации зданий (building automation) в частности. Именно потребности производственных и офисных зданий, складов и торговых центров выступали локомотивом индустрии, а новые технологии в этой сфере распространялись лавинообразно. В свою очередь, такие технологии по мере их развития и популяризации активно проникали и в сферу домашней автоматизации, поскольку предлагали удобные и надежные решения для многих составляющих умного дома.
Так в 1988 году американская Echelon Corporation разработала специализированную технологию сигналов по витой паре и линиям электропитания, предназначенную для связи электронных устройств в сетях управления здания и промышленной автоматике. На базе этой технологии в 1999 году был представлен протокол LonTalk, принятый впоследствии как стандарт для сетей управления ANSI/CEA 709.1 и ставший частью более общей сетевой платформы мониторинга и управления LonWorks. Оборудование LonWorks (LON-оборудование) получило широкое распространение в мире систем SCADA (Supervisory control and data acquisition), но отдельные его виды оказались вполне пригодны и для использования в составе умных домов.
Аналогичная история и у протокола BACnet (название образовано от Building Automation and Control). Его разработка началась в 1987 году под эгидой организации American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). В качестве стандарта ASHRAE/ANSI (135) этот протокол был утвержден в 1995, а в 2003 он стал уже и международным стандартом ISO 16484-5. Технология BACnet имеет архитектуру и организацию сети, отличную от LON и больше распространена на уровне управления конкретным оборудованием, а не как система управления всей сетью.
Протокол Modbus
Еще одна выдающаяся разработка имеет свои корни еще в 1968 году, когда американская компания Modicon выпустила на рынок первый программируемый логический котроллер (ПЛК) — programmable logic controller (PLC). Впоследствии именно такие контроллеры стали важнейшим узлом любой промышленной (а затем и домашней) системы автоматизации. В 1970-х годах для организации взаимодействия ПЛК между собой понадобилось разработать специальный протокол. Такой протокол под названием Modbus был представлен в 1974 году. Поначалу для организации связи по Modbus использовался интерфейс RS-232. Впоследствии, после появления в 1983 году стандарта двухпроводной шины RS-485, протокол Modbus был адаптирован и под эту шину. Протокол Modbus очень прост в реализации и на практике может использоваться в любых системах с последовательными каналами связи. Существует практика использования этого протокола и поверх протоколов TCP и UDP в IP-сетях. Благодаря своей простоте и дешевизне проводки RS-485 на витых парах, протокол Modbus получил широчайшее распространение в оборудовании самого разного уровня и назначения (ПЛК, термостаты, управляемые источники питания, разнообразные датчики, счетчики и т.п.). По сути витая пара и Modbus стали заметным конкурентом любых специализированных протоколов для домашней автоматизации. Совместимое с Modbus оборудование выпускают тысячи производителей по всему миру, и практически всегда есть возможность подобрать подходящие по параметрам устройства при создании любых внутридомовых систем. Таким образом, на сегодняшний день именно пара Modbus/RS-485, а не новинки, вроде Insteon или Thread, предоставляет наиболее реальную альтернативу устаревшему X10. К примеру, многие недорогие модели комнатных WiFi-термостатов в качестве управляющего протокола верхнего уровня (над TCP/IP) используют именно Modbus.
И многие-многие другие
Еще один важный протокол, с которым приходится сталкиваться при построении умного дома является протокол OpenTherm. Этот протокол был разработан американской компанией Honeywell в 1996 году. Впоследствии оказалось, что многие производители HVAC-оборудования (Heating, ventilation, and air conditioning) заинтересованы в простых средствах коммуникации между комнатными контроллерами и бойлерами. В том же году была образована OpenTherm Association, которая и стала развивать этот протокол дальше. Многие современные котлы и комнатные термостаты взаимодействуют именно по протоколу OpenTherm, и он видимо останется с нами еще долгие и долгие годы.
На этом, конечно, не исчерпывается все многообразие стандартных и внутрифирменных протоколов, которые нашли применение в разнообразном оборудовании умного дома. Clipsal C-Bus, Mitsubishi M-Net, 1-Wire, Beckhoff EtherCAT, PROFINET, CRESTNET, SCS BUS, ОВЕН и другие технологии в разное время были и остаются частью развития умных домов и домашней автоматизации. Процессы разработки новых открытых и проприетарных решений не останавливаются ни на минуту и «зоопарк» технологий, доступных в этой сфере, продолжает жить бурной жизнью и поныне.