Kad zamišljamo pametni dom (smart home), u glavi nam je slika kuće čija se ulazna vrata otvaraju nakon što nam senzor skenira oči. Kako kročimo kroz hodnik prema dnevnom boravku, pred nama se, jedno za drugim, aktiviraju svjetla, namještena na našu omiljenu boju i razinu prigušenosti, ovisno o dobu dana. Temperatura u prostoru već je postavljena na preferiranih nam 23 °C, a iz nevidljivih zvučnika, integriranih u zidove i stropove, dopire ugodna ambijentalna glazba. Dok sjedamo u kauč, iz skrivenog otvora na komodi izlazi gigantski televizor, a istodobno se, iz drugog dijela prostorije, čuje tiho zujanje robotskog asistenta, koji užurbano priprema naše omiljeno piće. Taj imaginarni pametni dom mjesto je savršenog reda, opuštanja i potpune podređenosti tehnologije njegovom vlasniku.

U stvarnosti, pametni dom mjesto je frontalne kolizije standarda, protokola i "ekosustava", čije su različitosti i međusobna (ne)suradnja razlog zašto se mnogi korisnici još uvijek, u 2025. godini, neće odvažiti na mnogo više od kupnje pametne utičnice, koju će uključivati i isključivati preko mobitela.

Igra bez pravila

U svojoj osnovi, pametni dom je kućanstvo opremljeno kojekakvim uređajima i senzorima, kojima se može upravljati na daljinu, pomoću mobitela ili računala. Ne postoji neki dogovoreni broj uređaja koji treba doseći da bi se dom iz "glupog" pretvorio u pametni, niti imamo listu senzora koje kućanstvo mora imati da bi se moglo klasificirati kao pametno. U praksi se, u pravilu, nećete upuštati u izgradnju pametnog doma, već ćete svojoj kući dodavati mogućnosti praćenja i upravljanja na daljinu, u onim aspektima gdje smatrate da vam je to potrebno. Za nekoga će to značiti dodavanje pametne rasvjete, pametnih termostata, prekidača za upravljanje roletama i internetski povezivih klimatizacijskih uređaja u sve prostorije. Netko drugi će se, u skladu sa svojim potrebama i budžetom, ograničiti na nekoliko pametnih utičnica i pametnu bravu na ulaznim vratima, a netko treći nabavit će samo dva jeftina senzora, kojima će pratiti vlagu u vešeraju i stanje otvorenosti krovnog prozora. Jedno, drugo i treće u širem smislu ulazi u kategoriju pametnog doma, i upravo se zbog tolikih razlika u pristupima, opcijama, a u konačnici i potrebnim investicijama, ne vrijedi zamarati semantikom tog pojma.

Prvi korak u razumijevanju koncepta pametnog doma jest razlikovanje njihove podjele na platforme i protokole.

Platforme (ekosustavi) za pametni dom u osnovi su softverske okoline, namijenjene upravljanju uređajima, od kojih se pametni dom sastoji. Vaš mobitel, dakle, nije smart home platforma, ali jest sredstvo pomoću kojeg platformu koristite. Platforme ne omogućuju samo priprosto kontroliranje pojedinih uređaja, već i njihovo kombiniranje. Primjerice, platforma je ono što će vam omogućiti da, pritiskom jedne tipke, u vašem dnevnom boravku aktivirate ambijentalnu rasvjetu, osvježivač zraka i klimatizaciju, čak i kada se radi o uređajima različitih proizvođača. Najpoznatije i najraširenije platforme za pametni dom su Google Home, Apple HomeKit, Amazon Alexa, Samsung SmartThings i Home Assistant.

Pod protokolima se podrazumijevaju načini umrežavanja i međusobne komunikacije uređaja, kao što su Wi-Fi, Ethernet, Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee, Z-Wave i Thread. Neki od njih mogu se svrstati u istu kategoriju; Wi-Fi i Ethernet zapravo su samo dva načina spajanja, bežični i žični, na klasičnu računalnu mrežu. U praksi ćete u pravilu odlučivati hoće li osnova vašeg pametnog doma biti Wi-Fi (uz mjestimično žično umrežavanje pojedinih uređaja, kad je to zgodno ili potrebno), Zigbee ili Z-Wave. Ozbiljniji pametni domovi neće moći izbjeći neki oblik kombiniranja tih protokola, stoga je dobro znati da između njih postoji komunikacijsko sučelje – hubovi, koji istodobno komuniciraju s vašom Zigbee ili Z-Wave mrežom i klasičnim Wi-Fijem, odnosno Ethernetom, kako biste uređajima i senzorima i dalje mogli upravljati pomoću mobitela i računala.

Wi-Fi i Ethernet

Kad su u pitanju bežična i žična računalna mreža, stvari su svima posve jasne. Kupite uređaj, povežete ga na kućni Wi-Fi ili žicom u lokalnu mrežu, i on postaje dostupan za korištenje unutar pripadajuće mobilne aplikacije, kao i preko podržanih smart home platformi.

Prilikom spajanja na Wi-Fi, a ovisno o konkretnom uređaju, za rad se koriste 2,4 ili 5-gigahercni frekvencijski pojasevi (nerijetko samo 2,4-gigahercni). Komunikacijska veza zaštićena je standardnom WPA/WPA2 enkripcijom, odnosno lozinkom koju je korisnik samostalno odabrao, što se samo za sebe može smatrati slabošću Wi-Fija. Jednostavnost instalacije i integracije očite su prednosti Wi-Fija kao protokola za pametni dom – svi koristimo taj protokol pa već imamo svu opremu potrebnu za njegov rad. U prednosti se može ubrojiti i doseg mreže, naravno, uz pretpostavku da se ne radi o višeetažnoj kući, gdje se čitava kvadratura pokušava pokriti jednim routerom, koji je korisnik dobio od svojeg davatelja internetske usluge. Iako se radi o protokolu velike brzine i dometa, Wi-Fi je istodobno energetski vrlo zahtjevan, zbog čega se izbjegava u uređajima napajanim baterijom. Također, u elaboriranim pametnim domovima, Wi-Fi može predstavljati usko grlo zbog pukog broja povezanih uređaja i senzora. Premda moderni routeri nazivno podržavaju do 256 Wi-Fi klijenata, u praksi će mnogi od njih pasti na koljena davno prije nego što dođu do troznamenkastog broja spojenih uređaja. Time smo se dotakli i još jednog potencijalnog nedostatka Wi-Fija – zagušenosti spomenutih frekvencijskih pojaseva. Što više uređaja ih koristi, to su oni napučeniji, a rizik od međusobne interferencije veći. Samim time, dovodi se u pitanje mogućnost skaliranja pametnog doma temeljenog isključivo na uređajima koji koriste Wi-Fi protokol.

Ethernet protokol, odnosno žična veza s računalnom mrežom, rješava većinu tih stalnih i potencijalnih ograničenja Wi-Fija, ali ima fundamentalnu manu – kabliranje je nepraktično, naporno, estetski neprihvatljivo, a u mnogim slučajevima i posve neizvedivo. Zbog toga, unatoč činjenici da se radi o robusnom načinu umrežavanja uređaja i senzora, mnogi od njih uopće ne nude Ethernet port.

Iskustvo nam je također pokazalo da je Wi-Fi ponekad brža solucija, čak i kad postoji opcija žičnog umrežavanja. S takvim smo se situacijama susreli kod nekolicine modernih pametnih televizora, koji su mahom opremljeni 100-megabitnim Ethernet portovima, a istodobno podržavaju bežični standard Wi-Fi 5 ili noviji. Kod takvih smo uređaja preko Wi-Fija redovito postizali više propusnosti od 100 Mbit/s, na koliko su limitirane njihove žične mrežne kartice.

Bluetooth Low Energy (BLE)

BLE je niskoenergetska varijanta protokola Bluetooth, koja se, zahvaljujući toj karakteristici, redovito koristi u uređajima i senzorima napajanim baterijom. Za rad koristi 2,4-gigahercni frekvencijski pojas pa je podložan interferencijama, osobito u okolinama s velikim brojem Wi-Fi mreža, odnosno uređaja, koji komuniciraju unutar istog tog pojasa.

S obzirom na to da BLE naglasak stavlja na što nižu potrošnju, taj protokol nije dizajniran za primjene gdje se iziskuje visoka brzina prijenosa podataka, kao ni velik domet. Potonje je razlog zašto ćete ga u praksi koristiti samo u situacijama kad se fizički nalazite u prostoriji s uređajima i senzorima kojima želite upravljati, i to najčešće samo kako biste ih konfigurirali, nakon čega će oni samostalno obavljati predviđeni zadatak.

Budući da svi mobiteli podržavaju Bluetooth, integracija uređaja i senzora s podrškom za BLE jednostavna je i za sobom ne povlači dodatne troškove za kupnju huba.

Zigbee

Zigbee je bežični komunikacijski protokol, koji radi u frekvencijskom pojasu od 2,4 GHz, a razvijen je za uređaje male snage i niske brzine prijenosa podataka. Idealan je za primjenu u pametnim domovima, osobito kao protokol za povezivanje kojekakvih senzora i pametne rasvjete.

Specifičnost Zigbeeja, a ujedno i njegova velika prednost pred protokolima poput Wi-Fija, sposobnost je izgradnje mesh mreže između povezanih uređaja. Kao što nam je poznato iz svijeta Wi-Fija, u mrežama s mesh topologijom svaki je uređaj ujedno i čvor, koji radi kao odašiljač, primatelj i repetitor bežičnog signala. Tako se gradi isprepletena mreža čvorova, u kojoj si senzori i uređaji međusobno poboljšavaju performanse i domet. Iz toga jasno je i kako korisničke naredbe ne moraju putovati izravno od platforme do uređaja, već ih mogu prenijeti i drugi uređaji, preko Zigbeejeve mesh mreže. Osim toga, opisana topologija blagotvorno utječe na pouzdanost čitave mreže, jer se automatski prilagođava pojavi smetnji, pa čak i kvarova pojedinih uređaja. Ako do toga dođe, mreža se samostalno rekonfigurira, bez potrebe za ikakvom interakcijom s korisničke strane.

Mreže temeljene na protokolu Zigbee sposobne su primiti veliki broj uređaja, njih do 65.000. Premda je brzina mreže ograničena na svega 250 kbit/s, za uređaje poput pametnih žarulja i termostata, kao i kojekakvih senzora, to se u praksi pokazuje dostatnim. O koliko se sposobnom i upotrebljivom protokolu radi, možda najbolje govori informacija da ga Philips koristi za svoj Hue – zacijelo najpoznatiju (nažalost i najskuplju) liniju pametne rasvjete na tržištu.

Premda radi unutar istog 2,4-gigahercnog frekvencijskog pojasa poput Wi-Fija, protokol Zigbee s Wi-Fijem zna komunicirati isključivo preko odgovarajućeg huba, stoga je on nužan za upravljanje uređajima iz Zigbee mreže. Zigbee hubovi mogu uredno surađivati s uređajima različitih proizvođača – mogu, ali ne moraju.

U situacijama kad jedan hub ne prepoznaje sve uređaje i senzore, rješenje je da se upogoni Zigbee2MQTT, open-source softverska platforma namijenjena povezivanju Zigbee uređaja različitih proizvođača. Za to su potrebni Zigbee2MQTT server (najčešće se koristi Raspberry-Pi, ali može poslužiti bilo koje računalo), Zigbee adapter (u osnovi jeftini USB dongle s odgovarajućim čipom) i malo čarobiranja u naredbenom retku. Zigbee2MQTT za rad koristi komunikacijski protokol MQTT (Message Queue Telemetry Transport) te nas lišava potrebe da u domu koristimo više Zigbee hubova, odnosno mreža. Ipak, postupak instalacije nije blagonaklon prema manje iskusnim korisnicima, stoga se radi o rješenju za iskusnije. Bilo kako bilo, sve bitne informacije dostupne su na stranicama projekta (www.zigbee2mqtt.io), stoga svatko za sebe treba odlučiti želi li se upuštati u eksperimentiranje.

Z-Wave

Z-Wave dijeli temeljne karakteristike s protokolom Zigbee: namijenjen je povezivanju pametnih uređaja koji za rad iziskuju malo energije, uređaji među sobom grade mrežu s mesh topologijom, koja se proširuje s porastom njihova broja, te se u slučaju bilo kakvih smetnji automatski rekonfigurira, a za komunikaciju s Wi-Fijem potreban je hub. Sličnosti tu, međutim, završavaju. Protokol Z-Wave radi u frekvencijskom pojasu od 868,42 MHz, koji je mnogo manje kontaminiran od 2,4-gigahercnog, stoga nema rizika od pojave interferencija u zagušenim okolinama. Nadalje, protokol Z-Wave ima nižu brzinu prijenosa podataka unutar mreže, koja je ograničena na 100 kbit/s, a sama mreža limitirana je na 232 uređaja – mnogo manje od Zigbeejevih 65.000 uređaja, iako još uvijek više nego dovoljno za primjenu u pametnim domovima.

Ključna diferencijacija između protokola Zigbee i Z-Wave jest u tome što je prvi open-source, a drugi – zatvoren. Zbog toga, uređaji s podrškom za protokol Z-Wave načelno su nešto skuplji, ali istodobno lakši za instalaciju i korištenje, a nema ni komplikacija oko njihove međusobne kompatibilnosti, zato što svaki uređaj i senzor, temeljen na protokolu Z-Wave, mora proći odgovarajuću certifikaciju, kojom se osigurava da on uredno surađuje s hubovima i opremom drugih proizvođača.

Ako tražite protokol na kojem nećete polomiti zube kako biste ga upogonili, i kod kojeg ne treba razbijati glavu s kompatibilnošću uređaja, Z-Wave nameće se kao bolji izbor od Zigbeeja. Za iskusnije korisnike, osobito one koji u svojem pametnom domu planiraju koristiti jako velik broj uređaja i senzora, kao i za svakoga tko drži do sudjelovanja u open-source zajednici iz "religijskih" pobuda, Zigbee ima očitu prednost.

Thread

Iako se na tržištu pojavio 2015. godine, Thread se smatra mladićem u odnosu na ostale navedene protokole – BLE je ugledao svjetlo dana 2010., a Zigbee i Z-Wave pradavne 2003. godine. Propagiraju ga Apple, Google, Samsung, Qualcomm i mnogi drugi veći i manji igrači.

Radi se o protokolu koji je u tehničkom smislu vrlo sličan Zigbeeju: funkcionira unutar 2,4-gigahercnog frekvencijskog pojasa, namijenjen je uređajima i senzorima koji za rad traže malo energije, brzina komunikacije unutar mreže seže do 250 kbit/s, a sama mreža ima mesh topologiju, sa svim već spomenutim beneficijima takvog pristupa. Jedna Thread mreža podržava oko 250 uređaja.

Međutim, za razliku od Zigbeeja (i Z-Wavea), protokol Thread ne zahtijeva korištenje huba za međusobnu komunikaciju uređaja, s obzirom na to da uređaji i senzori, koji su na njemu temeljeni, komuniciraju preko klasične IP mreže. Ipak, još uvijek je potreban takozvani Thread border router – uređaj koji funkcionira kao prevoditelj između Thread i Wi-Fi bežičnih mreža. On ne mora nužno biti samostalan uređaj, već ta funkcionalnost može biti ugrađena u druge uređaje; Apple TV 4K 2. generacije i noviji, Apple HomePod Mini, Amazon Echo 4. generacije i Google Nest Hub 2. generacije, neki su primjeri pametnih uređaja s integriranim Thread border routerom.

Uređaji u Threadovoj mesh mreži neprestano aktivno traže optimalne rute do drugih uređaja, što rezultira nižim latencijama u odnosu na druge smart home protokole. Takvo što osobito je osjetno u sustavima s velikim brojem uređaja i senzora.

Premda se, iz svega navedenog, doima poput očitog pobjednika u svijetu protokola, Thread ima jednu veliku manu – još uvijek nije ni približno usvojen i prisutan kao njegovi konkurenti. To bi se moglo promijeniti popularizacijom komplementarnog standarda Matter, koji je zadužen za postizanje interoperabilnosti uređaja, stoga mu, samim time, protokol Thread čini savršenu podlogu.

Kako odabrati najbolji

Nakon upoznavanja protokola, postavlja se pitanje – koji odabrati? Kao što smo već naznačili, ako planirate izgradnju pametnog doma s većim brojem uređaja i senzora, u praksi ćete teško izbjeći korištenje barem dvaju protokola. Kompleksniji uređaji, poput pametnih zvona, svakako će morati biti povezani preko Wi-Fija ili Etherneta. Istodobno, uređaji i senzori napajani baterijama morat će biti integrirani pomoću protokola Zigbee ili Z-Wave (ili Thread, kad izraženije zaživi), pri čemu odabir jednog ili drugog ovisi o zagušenosti 2,4-gigahercnog frekvencijskog pojasa, iskusnosti korisnika, planiranom budžetu i sličnim parametrima.

A onda još treba odabrati i platformu – sučelje prema protokolima, odnosno uređajima koje oni okupljaju. Najpopularnije smart home platforme današnjice su Google Home, Apple HomeKit, Amazon Alexa, Samsung SmartThings i Home Assistant. Većina korisnika odlučuje se za jednu od prve dvije – ovisno o tome pripadaju li Googleovom ili Appleovom ekosustavu.

Home Assistant je za nekoliko redova veličine kompliciraniji za instalaciju i konfiguraciju, no istodobno je i uvjerljivo najmoćniji, stoga ćemo se u nastavku pozabaviti upravo njime.