スマートホームテクノロジー - すべてを支配する1つのプロトコル?

2024 年 10 月 3 日 | Devanjan Sikdar | この記事は 7 分で読めます

スマートホームテクノロジーの紹介

スマートホームデバイスは、より人気があり、手頃な価格になっています。しかし、これらのデバイスが互いに、そしてスマートフォンと通信できるようにするさまざまなワイヤレス技術の配列は混乱する可能性があります。これらの技術はプロトコルまたは規格であり、それぞれに異なる特徴、利点、欠点があります。最も一般的なプロトコルには、Wi-Fi Thread Matter Zigbee Amazon Sidewalk Z-Wave Bluetooth 独自規格などがあります。このブログ記事では、これらのスマートホーム技術を比較して、お客様のニーズと好みに応じて最適なものを判断するのに役立ちます。


Wi-Fi

Wi-Fi は、スマートホームデバイスを接続するための最も広く使用され、よく知られている技術です。ラップトップ、タブレット、または電話に使用するのと同じワイヤレスネットワークを使用し、高速データ転送と幅広いカバレッジを提供します。Wi-Fiは、Amazon Alexa、Google Assistant、Apple HomeKit、Samsung SmartThings などのほとんどのスマートホームデバイスやプラットフォームと互換性があります。Wi-Fi は 2.4 GHz と 5 GHz 周波数帯域で動作し、毎秒数ギガビットまでのデータレートをサポートできます。

利点

欠点

ビデオやオーディオのストリーミングに適した高いデータレートと帯域幅

高消費電力、頻繁な電池交換や外部電源が必要

ユビキタスで、多くのデバイスやプラットフォームと互換性があります

他の Wi-Fi デバイスやネットワークからの干渉や輻輳が発生しやすい

既存のインフラストラクチャと標準で簡単にセットアップおよび使用

特に大規模または複数階建ての建物では、範囲とカバレッジが限られている

クラウドやリモートでのアクセスと制御をサポート

ハッカーや不正アクセスによる潜在的なセキュリティおよびプライバシーリスク

ユースケース:

 

電源供給型デバイスと電池駆動型デバイス(大容量の一次電池、すなわちアルカリ電池)

  • スマートスピーカー、スマートディスプレイ、スマートテレビ、スマートカメラ
  • スマートサーモスタット、スマートロック、スマートドアベル
  • スマートプラグ、スマートスイッチ、スマート電球

 

Wi-Fi メッシュのユースケース:

Wi-Fi メッシュは、スマートホームデバイスの接続性と機能、特にルーターから離れた屋外にあるデバイスの接続性と機能を改善できます。これには、セキュリティカメラ、スマート照明、ペットトラッカーなどのデバイスが含まれ、Wi-Fiメッシュが提供するネットワーク範囲の拡張から恩恵を受けます。

Wi-Fi メッシュは、屋外照明、検知、制御、公園管理、環境管理、建物やキャンパスの管理、さらには空港でのアプリケーションにも適しています。




Thread

Thread は、低消費電力のメッシュベースのスマートホーム・プロトコルです。Wi-Fi と同じ周波数帯域を使用しますが、独立した専用の低消費電力メッシュネットワークを作成します。Thread デバイスは、堅牢なメッシュネットワーキングを使用して、家庭や商業ビルまでカバーします。Thread はアプリケーションレイヤーを定義しないため、メーカーは独自に開発する必要があるか、Apple HomeKit のような既存のエコシステムをサポートできる可能性があります。

利点

欠点

スレッドネットワークは Wi-Fi よりも消費電力が少なく、電池駆動のデバイスが長持ちすることを意味します。

低データレートと低帯域幅、ビデオやオーディオのストリーミングには適さない

ネットワークトポロジーや環境の変化に自動的に調整できるため、安定した堅牢な接続を維持

インターネットやクラウドのアクセスの境界ルーターまたはゲートウェイデバイスに依存する

各デバイスがルータとして機能し、ネットワーク範囲を拡張できるため、多数のデバイスをサポートします。

デバイスと製品の可用性と採用が限定的

ユースケース:

 

ライン電源装置および電池電源装置(コイン型電池)

  • モーション、温度、湿度、光センサーなどのスマートセンサー
  • スマートスイッチ、スマートプラグ、スマート照明
  • スマートロック

ドアスレッドのアプリケーションを超えて

  • センサーネットワーク、資産追跡、制御システム
  • 街灯制御、環境監視、交通管理
  • ガーデンオートメーション、プールモニタリング、屋外照明



Matter

Matter は、Amazon、Apple、Google、Samsung、Silicon Labs などを含むテクノロジー企業のグループである Connectivity Standards Alliance 2022 によって 年にリリースされた新しいスマートホームプロトコルです。Matter は、ブランド、プラットフォーム、テクノロジーに関係なく、スマートホームデバイス向けの普遍的で相互運用可能な標準を作成することを目指しています。

利点

欠点

複数のワイヤレス技術とプロトコルをサポートし、柔軟性と汎用性を実現します。

新しい規格は通常、メーカーからの強力な製品ミックスを展開するために時間を必要とします。

IP ベースの通信と他のデバイスやプラットフォームとの相互運用性をサポートします。相互運用性のための共通の認証とロゴを有効にします。

ベンダーと異なるエコシステム間の課題や相互運用性の問題に直面する可能性がある。

公開鍵インフラストラクチャとデバイス認証により、高いセキュリティと暗号化をサポートします。また、Google、Apple、Amazon、Samsung などの既存のエコシステムや製品でもサポートされています。

採用の不確実性

ユースケース:

 

電源供給型デバイスと電池駆動型デバイス

  • スマートスピーカー、スマートディスプレイ、スマートテレビ、スマートカメラ
  • スマートサーモスタット、スマートロック、スマートドアベル
  • スマートプラグ、スマートスイッチ、スマート電球
  • スマートセンサー、スマートボタン、スマートリモート
  • スマート家電と大型家電

 

下の図は、Matter over Thread や Matter over Wi-Fi がどのアプリケーションに最も適しているかを示しています。

Smart home technology comparison fig1



Zigbee

Zigbee は、Philips Hue、Ikea、Honeywell などの多くの人気ブランドで使用される、最も古く、最も確立されたスマートホームプロトコルの 1 つです。また、Wi-Fi と同じ周波数帯域で動作する低消費電力でメッシュベースのプロトコルですが、異なる変調とコーディング方式を使用しています。Zigbee デバイスは、数百のノードのネットワークを形成し、互いに、または中央ハブやコーディネーターと通信することができます。Zigbee は、Amazon Echo や Samsung SmartThings、Tuya などの一部のスマートホーム・プラットフォームで直接サポートされており、Google Nest や Apple HomeKit などの他のプラットフォームとアクションやスキルを通じて連携することができます。

利点

欠点

消費電力は非常に少ないため、バッテリー駆動のデバイスは数年間使用できます。

Zigbee にはハブ/ゲートウェイが必要です。一部のエコシステムデバイスやデバイスのメーカーは、このネイティブを持っています。

センサー、スイッチ、ライト、ロック、サーモスタットなど、さまざまなデバイスタイプとアプリケーションをサポートします。

高速データ転送には適していません。

Zigbee メッシュネットワーキングと高出力パワーと感度の組み合わせにより、自宅やフロントドアの向こうでも優れたカバレッジを提供します。

Zigbee 技術のインストールは、ネットワークのサイズと範囲、互換性のある製品の可用性、アプリケーションの複雑さによって価格が異なるため、コストがかかります。

ユースケース:

 

ライン電源装置および電池電源装置(コイン型電池)

屋外用 Zigbee アプリケーション

  • センサーネットワーク、資産追跡、制御システム
  • 街灯制御、環境監視、交通管理
  • ガーデンオートメーション、プールモニタリング、屋外照明



Amazon Sidewalk

Amazon Sidewalk は 2021 年に開始され、自宅、玄関先、近隣、都市を越えて IoT デバイスを接続する共有ワイヤレスネットワークを可能にするスマートホームプロトコルを提供しました。

これは、900 MHz(長距離)と 2.4 GHz Bluetooth Low Energy(LE)(In Home)を使用してスマートホームデバイスを接続し、ネットワークカバレッジを拡張する長距離および低帯域幅プロトコルです。Amazon Sidewalk は、2 つの変調技術を使用して900 MHz 帯域でデータを送信します。周波数シフトキーイング(FSK)とチャープ拡散スペクトル(CSS)。FSK は、Amazon Sidewalk で Echo や Ring などの Amazon Sidewalk Bridge デバイスと Amazon Sidewalk 対応デバイス間の中距離通信に使用されます。CSS は FSK よりも長い範囲を提供することができますが、データレートははるかに低くなります。FSK と CSS を使用することで、Amazon Sidewalk は、広いエリアをカバーし、さまざまな低消費電力デバイスをサポートする、信頼性が高く安全なワイヤレスネットワークを構築できます。

利点

欠点

スマートホームデバイスの接続性と機能、特にセキュリティカメラ、スマート照明、ペットトラッカーなど、ルーターから離れた屋外にあるデバイスの接続性と機能を改善します。

インターネットの帯域幅と電力の一部を消費し、パフォーマンスや課金に影響する可能性があります。

紛失物の検索、通知の受信、ゲスト Wi-Fi へのアクセスなど、新しい機能やサービスを有効にします。

誰が Sidewalk ネットワークにアクセスできるか、どのようなデータを収集できるかを完全に管理できない可能性があるため、データの共有と同意について懸念を提起します。

暗号化、認証、匿名化の技術を使用しているため、スマートホームデバイスのセキュリティとプライバシーを強化します。

互換性と可用性は限定的です。特定のデバイスでのみ動作し、現在は米国地域に限定されています。

ユースケース:

自宅
(Bluetooth LE)

玄関の外側
(Sub-GHz FSK)

フェンスを超えて
(サブ-GHz FSK と CSS)

追跡

盗難防止

アクセス制御

ホーム・オートメーション

屋外照明

水の緩和とコントロール

省エネ

アプライアンスの予知保全

公園管理

環境管理

ビルおよびキャンパス管理

空港




Z-Wave

Z-Wave は、特にセキュリティ、照明、気候制御など、スマートホームデバイスで広く使用されている 800~900 MHz の周波数帯域で動作する低消費電力のメッシュネットワークプロトコルです。これは Z-Wave アライアンスによって開発され、Z-Wave 互換デバイスを製造している 300 社以上の企業が含まれています。

Z-Wave は、信頼性、拡張性、安全性を持つように設計されています。メッシュネットワーク・トポロジーを使用します。つまり、各デバイスはリピータとして機能し、ネットワークの範囲を拡張できます。また、暗号化とデバイス認証を使用して、不正アクセスやハッキングを防ぎます。Z-Wave ネットワークは、主コントローラを含む最大 232 台のデバイス(ノード)を処理できます。

利点

欠点

異なる周波数帯域(868 MHz または 908 MHz、地域によって異なる)を使用しているため、他の Wi-Fi デバイスからの干渉や輻輳を回避します。

Z-Wave アライアンスによって認定された Z-Wave デバイスは、グローバルに通信しますが、地域周波数は互換性に影響を与える可能性があり、異なる地域のデバイスが異なる地域で異なる動作をし、グローバルな可用性に影響を与えます。例えば、米国で購入した Z-Wave デバイスはヨーロッパでは動作せず、その逆も同様です。これにより、世界中の Z-Wave デバイスの可用性と互換性が制限されます。

Z-Wave アライアンスが維持する標準化され認定されたプロトコルに従って、高いレベルの互換性と相互運用性を確保します。

Z-Wave デバイスの最大データレートは 100 kbps です。これは単純なコマンドやステータスの更新には十分ですが、オーディオやビデオのストリーミングには十分ではありません。Z-Wave デバイスには、メッセージあたり 4 ホップの制限もあります。つまり、ネットワークのサイズが大きくなると、ネットワーク遅延が増大します。さらに、Z-Wave デバイスは一度に 1 つのデバイスとしか通信できず、大規模なネットワークで輻輳や遅延を引き起こす可能性があります。

128 ビット AES キーと安全なペアリングプロセスを使用しているため、高度なセキュリティと暗号化を提供します。

ライセンス・チップと専用ハブまたはコントローラーを必要とするため、Zigbee よりも高価になる可能性があります。

ユースケース:

 

ホームの Z-Wave :ライン電源装置および電池電源装置(コイン型電池)

Z-Wave LR

  • Z-Wave LR は、1 つのネットワークで最大 4,000 ノードのより多くのデバイスをサポートでき、ユーザーは自宅にスマートホームの機能と機能を追加できます。これにより、複数の住居を持つ不動産管理者は、単一のネットワーク上の建物または複合施設をカバーできます。
  • Z-Wave LR は、リピータやエクステンダを必要とせずに、センサー、ドアロック、照明のワイヤレス接続を可能にします。これはは、庭、ドライブウェイ、裏庭などの広いエリアをカバーし、過酷な気象条件でもより信頼性の高い通信を提供します。



Bluetooth LE

Bluetooth LE は、デバイスを電話に接続するために主に使用されている、よく知られたもう 1 つの技術です。Wi-Fi と同じ周波数帯域を使用しますが、範囲が短く、データレートも低くなります。Bluetooth デバイスは、互いに、またはスマートフォンやタブレットと通信することができ、ピコネットと呼ばれる最大7つのデバイスのネットワークを形成することができます。典型的なスマートホームデバイスは、ホーム・コントロールで電話を使用するロックと照明です。Bluetooth には、自宅以外の制御用のハブが必要です。

利点

欠点

スマートフォンやタブレットとペアリングするだけで済むため、設定や使用が簡単になります。ほとんどのスマートフォン、タブレット、ラップトップ、スマートホームデバイスは Bluetooth 機能を備えているため、広く利用可能でサポートされています。

Bluetooth LE は、より大規模なスマートホームアプリケーションではなく、電話による接続をターゲットにしています。

ユースケース:

 

  • ワイヤレスヘッドフォン、スピーカー、イヤホン
  • ワイヤレスキーボード、マウス、ゲームコントローラー
  • スマートウォッチ、フィットネストラッカー、ヘルスモニター
  • スマートタグ、トラッカー、ビーコン



Bluetooth メッシュ

Bluetooth メッシュは、Bluetooth デバイスが互いにメッセージをリレーし、メッシュネットワークを形成することを可能にするネットワークトポロジです。つまり、Bluetooth デバイスは中央ハブやルーターに頼らずに相互に通信でき、より大きなエリアをカバーしてより多くのデバイスをサポートできます。Bluetooth メッシュは、自己修復、スケーラビリティ、セキュリティ、低消費電力などの機能も提供します。

利点

欠点

Bluetooth メッシュネットワークは自己修復機能を備えており、障害が発生したり範囲外になったりした場合に他のデバイスを介してメッセージを再ルーティングし、中断のない動作と信頼性の高いメッセージ配信を実現します。

Bluetooth メッシュ・ネットワークは、複数のデバイス、レイヤー、プロトコル、機能によって従来のネットワークよりも複雑になり、開発やメンテナンスのコストが増加し、より多くの専門知識とリソースが必要になります。

Bluetooth メッシュネットワークは、1 つのネットワークで最大 32,000 台のデバイスをサポートでき、さらにデバイスやサブネットを追加することで拡張できます。これにより、Bluetooth メッシュは大規模で複雑な IoT アプリケーションのニーズを満たすことができます。

Bluetooth メッシュネットワークは、従来の Bluetooth ネットワークよりもレイテンシーが高くなります。なぜなら、メッセージは宛先に到達する前に複数のデバイスをホップする必要があるからです。これは、リアルタイム通信を必要とする一部のアプリケーションのパフォーマンスと応答性に影響を与える可能性があります。

Bluetooth メッシュネットワークは公開/購読モデルを利用し、デバイスが必要に応じてメッセージを送受信できるようにし、消費電力を削減し、電池寿命を延ばし、安全なプロビジョニングをサポートします。

Bluetooth メッシュネットワークは、Wi-Fi、Zigbee、Z-Wave などの他のワイヤレス技術と同じ 2.4 GHz 周波数帯域を使用しています。これにより、干渉や輻輳が生じ、通信の質や信頼性が低下する可能性があります。

ユースケース:

 

  • スマート照明
  • ビル・オートメーション
  • 資産トラッキング
  • 環境モニタリング



独自規格(サブGHz と 2.4 GHz)

独自のワイヤレス技術は、サブ GHz や 2.4 GHz などの異なる周波数帯域で動作することができ、ベンダーやメーカーに応じて異なるデータレートや帯域幅をサポートできます。独自規格のワイヤレスデバイスは、ベンダーやメーカーに応じて、スター、ツリー、メッシュなどの異なるネットワークトポロジーを形成することができます。独自のネットワークには独自のハブまたはゲートウェイが必要であり、エコシステムに直接接続することはできません。独自のワイヤレスデバイスは、アクションやスキルを通じて Google Nest や Apple HomeKit などのエコシステムと連携できます。

利点

欠点

他のプロトコルでは利用できない、ユニークまたは排他的な機能を提供します。

異なるブランドやプラットフォームの製品を組み合わせることができない可能性があるため、スマートホームデバイスの互換性と選択を制限することができます。

独自のデバイス向けに最適化、カスタマイズされているため、高いレベルの品質とパフォーマンスを確保します。

スマートホームデバイスのコストと複雑性を高めることができます。スマートホームデバイスをインターネットやその他のプラットフォームに接続するために、追加のハードウェアやソフトウェアを購入する必要がある場合があります。

ユーザーと直接的かつ献身的な関係を持つため、より良いカスタマーサービスとサポートを提供します。

製造業者やプラットフォームによって更新またはサポートされない可能性があるため、陳腐化または中止のリスクが生じる可能性があります。

ユースケース:

 

  • 独自のスマートセンサー、スマートボタン、スマートリモート
  • 独自のスマートロック、スマートドアベル、スマートセキュリティシステム
  • 独自のスマートメーター、スマートプラグ、スマートアプライアンス


最適なスマートホームテクノロジーを決定する方法

ご覧のように、それぞれに独自の長所と短所があり、異なるニーズや好みに合う可能性があるため、単一のまたは最良のスマートホームプロトコルや標準はありません。以下の表に、すべてのプロトコルの概要を示します。

Smart home technology comparison fig 2

 

 

以下の質問に答えることで、スマートホームに最適なスマートホームプロトコルまたは標準を見つけることができます。

 

将来、スマートホームデバイスを追加したい場合、どのスマートホームテクノロジーを使用すべきですか?

  • スマートホームを将来にわたって保護し、増え続けるデバイスとの互換性を確保するには、Wi-Fi テクノロジーが強力な選択肢です。Wi-Fi のユビキタス性と多くのデバイスとの互換性により、多用途でスケーラブルなオプションとなっています。

 

スマートホームデバイスと、既存のプラットフォームや優先プラットフォーム、音声アシスタント、アプリとの互換性や相互運用性を検討する必要がある場合、どのスマートホームテクノロジーを使用すべきですか?

  • Matter が最良の選択です。

 

自宅や屋外エリアでスマートホームデバイスの範囲と範囲を広げたい場合、どのスマートホームテクノロジーが最適ですか?

  • Z-Wave テクノロジーは、拡張範囲とカバレッジを必要とするスマートホーム技術の強力な候補です。Z-Wave はサブ GHz 周波数帯域で動作し、各デバイスがルーターまたはリピータとして機能し、ネットワークの範囲とカバレッジを拡張できるメッシュネットワークを可能にします。
  • Amazon Sidewalk も考えられます。

 

スマートホームデバイスを検討しながら、消費電力が少なく、電池寿命が長いスマートホームテクノロジーはどれですか?

  • Zigbee は、長い電池寿命、ネットワークの信頼性、およびセキュリティを必要とするアプリケーション向けに設計された低消費電力や低データレートのワイヤレス技術で注目されています。Zigbee デバイスは、範囲とカバレッジを拡張するメッシュネットワークを形成することができ、効率的な電力使用にも貢献します。
  • ターゲットウェイクタイム(TWT)やBSS Max Idleなどの Wi-Fi 6 機能は、デバイスの消費電力を改善し、電池寿命を延ばすのに役立ちます。これらの機能により、デバイスは長時間スリープ状態になり、エネルギーを節約し、電池寿命を最適化できます。
  • Z-Wave 長距離(LR) は、電力効率を維持しながら Z-Wave ネットワークの範囲を拡張するように設計されています。Z-Wave LR をサポートしているため、コイン型電池で最長 10 年間デバイスを実行することができ、低消費電力と長い電池寿命の強力なオプションとなります。

 

スマートホームデバイスと個人データのセキュリティとプライバシーを考慮しながら、どのスマートホームテクノロジーが最適ですか?

  • Matter は、幅広いデバイスタイプをサポートし、エンドツーエンドの暗号化、デバイス認証、クラウド統合を提供し、スマートホームデバイスのセキュリティとプライバシーを強化できます。Z-Wave は暗号化とデバイス認証も提供していますが、クラウドサービスは内蔵されていません。

 

スマートホームデバイスとそのセットアップとメンテナンスのコストと複雑さが最も低いスマートホームテクノロジーはどれですか?

  • セットアップやメンテナンスなど、スマートホームデバイスの最小コストと複雑さを考慮してみると、Matter テクノロジーは際立っています。
Devanjan Sikdar
Devanjan Sikdar
製品マーケティング・マネージャー
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