Razumijevanje z

Kako su se aplikacije temeljene na bežičnim senzorskim mrežama, kućnoj automatizaciji i IoT-u povećavale, potreba za alternativnim komunikacijskim protokolom uz redovite Bluetooth, Wi-Fi i GSM protokole postajala je očita. Nekoliko tehnologija kao što su Zigbee i Bluetooth Low Energy (BLE) razvijeno je kao alternativa, ali jedna istaknuta tehnologija, razvijena da posebno služi aplikacijama kućne automatizacije, bila je Z-Wave. Za današnji ćemo članak ispitati tehničke značajke Z-vala, njegove značajke koje razlikuju, Standard i još mnogo toga.

Što je Z-Wave

Z-Wave je protokol bežične komunikacije razvijen prvenstveno za upotrebu u aplikacijama automatizacije kuće. Razvio ga je 1999. godine Zensys iz Kopenhagena kao nadogradnju potrošačkog sustava za upravljanje svjetlom koji su stvorili. Dizajniran je za pružanje pouzdanog prijenosa malih podatkovnih paketa s malim kašnjenjem, koristeći niskoenergetske radio valove brzinom prijenosa podataka do 100kbit / s s protokom do 40kbit / s (9,6kbit / s pomoću starih čipova) pogodno za upravljanje i primjene senzora.

Na temelju topologije mrežaste mreže i rada u nelicenciranom 800-900MHz (stvarna frekvencija varira) ISM frekvencijskog opsega, uređaji temeljeni na Z-Waveu mogu postići komunikacijsku udaljenost do 40 metara, uz dodatnu sposobnost slanja poruka između do 4 čvora. Sve ove značajke čine ga prikladnim komunikacijskim protokolom za aplikacije automatizacije kuće poput upravljanja osvjetljenjem, termostata, kontrola prozora, brava, otvarača garažnih vrata i mnogih drugih, istodobno izbjegavajući problematične gužve povezane s Wi-Fi-jem i Bluetoothom zbog njihove upotrebe Opsezi 2,4 GHz i 5 GHz.

Kako funkcionira Z-Wave Protocol?

Da bismo razumjeli rad Z-Wave protokola, analizirajmo temu u tri glavna dijela, a to su Z-Wave Arhitektura sustava, Prijenos / Prijem podataka i Usmjeravanje i povezivanje na Internet

Z-Wave arhitektura sustava:

Svaka mreža Z-valova sastoji se od dvije široke kategorije uređaja;

Kontrolor / Master (i)
Robovi

Master obično služi kao domaćin Z-Wave mreže na koju se mogu povezati drugi uređaji (Slaves). Obično dolazi s unaprijed programiranim NetworkID-om (ponekad se naziva i HomeID) koji se dodjeljuje svakom slave-u (koji ne dolazi s unaprijed programiranim ID-om) kada se dodaju u mrežu postupkom nazvanim "uključivanje ". Pored HomeID-a, za svaki uređaj dodan u mrežu Z-valova, upravljač obično dodjeljuje ID koji se naziva NodeID. NodeID je jedinstvena na svakom mreži (za svaki HomeID), kao takva, ona se koristi za adresu i prije svega prepoznati svaki uređaj na određenu mrežu.

Uključivanje je s namjerom slično načinu na koji usmjerivač dodjeljuje IP adrese uređajima u svojoj mreži, dok su glavni uređaji slični usmjerivačima / pristupnicima / čvorištima uređaja, s jedinom razlikom u mrežnom odnosu majstora s robovima u mreži. Za uklanjanje čvorova iz Z-Wave mreže izvodi se postupak nazvan " Izuzimanje ". Tijekom izuzimanja, kućni ID i ID čvora brišu se s uređaja. Uređaj se vraća na tvornički zadano stanje (kontroleri imaju vlastiti kućni ID, a podređeni nemaju kućni ID).

Gore spomenuti HomeID i NodeID dva su identifikacijska sustava definirana protokolom Z-vala radi lakše organizacije mreže Z-valova.

HomeID je zajednička identifikacija svih čvorova koji su dio određene Z-Wave mreže, dok je NodeID adresa pojedinih čvorova u mreži.

HomeID-ovi su obično unaprijed programirani i jedinstveni te definiraju određenu mrežu Z-valova. Dolaze u duljini od 32 bita, što znači da je moguće stvoriti do 4 milijarde (2 ^ 32) različitih HomeID-ova i različitih mreža Z-valova. ID čvora, s druge strane, samo je bajt (8 bitova) duljine, što znači da bismo u mreži mogli imati do 256 (2 ^ 8) čvorova.

Osim što omogućuje lako adresiranje čvorova, sustav identifikacije pomaže u sprječavanju smetnji u mrežama Z-valova jer dva čvora s različitim HomeID-ovima ne mogu komunicirati čak i ako imaju isti NodeID. To znači da biste mogli rasporediti dvije mreže z-valova jednu pored druge, a da B. ne primi povelju mreže A

Prijenos podataka, prijem i usmjeravanje:

U tipičnim bežičnim mrežama središnji kontroler / glavni ima izravnu, jedan na jedan bežičnu vezu s čvorovima u mreži. Koliko god je taj aranžman koristan za te protokole, on stvara ograničenje oko prijenosa podataka tako da "Uređaj A" neće moći komunicirati s "Uređajem B" ako dođe do prekida veze između njih i glavnog. To, međutim, nije slučaj sa Z-valovima zahvaljujući topologiji mreže Mesh i sposobnosti čvorova Z-valova da prosljeđuju i ponavljaju poruke drugim čvorovima. To osigurava mogućnost komunikacije sa svakim čvorom u mreži, čak i kada nisu u izravnom dometu kontrolera. Da biste to bolje razumjeli, razmotrite donju sliku;

Ilustracija mreže Z-valova pokazuje da kontroler može izravno komunicirati s uređajima 1, 2 i 4, dok je Čvor 6 izvan dosega radija. Međutim, zbog prethodno opisanih značajki, Čvor 2 poprimit će status repetitora / prosljeđivača i proširiti domet kontrolera na Čvor 6 tako da će bilo koja poruka koja vodi prema Čvoru 6 biti proslijeđena kroz Čvor 2. Čvorovi poput Čvora 2 u velikim mrežama nazivaju se rutama i doprinose fleksibilnosti i robusnosti mreža Z-valova. Da bi odredile koju od ruta poruke trebaju putovati da bi došle do određenog čvora, mreže Z-valova koriste alat koji se naziva tablica usmjeravanja.

Svaki čvor u mreži z-valova može odrediti ostale čvorove (zvane Neighbours) u svom izravnom području bežične pokrivenosti, a tijekom Uključivanja ili kasnije čvor obavještava upravljača o tim susjedima. Koristeći popis susjeda sa svakog čvora, kontroler stvara tablicu usmjeravanja koja se koristi za mapiranje ruta na čvorove koji su izvan izravnog bežičnog dometa kontrolera.

Važno je napomenuti da se svi čvorovi ne mogu konfigurirati kao prosljeđivači. Z-wave protokol omogućuje samo čvorovima koji su priključeni (ne napajaju se baterijama) da služe kao „usmjeravajući čvorovi”.

Povezivanje na Internet:

Koristeći nedavni pristup "Gateway / Aggregator" drugih protokola, Z-Wave sustavom može se upravljati putem Interneta pomoću Z-Wave gateway-a ili Controller (master) uređaja koji služi i kao kontroler čvorišta i kao portal prema van. Primjer za to je Delock 78007 Z-Wave® Gateway.

Z-Wave savez

Iako su prvi uređaji temeljeni na Z-waveu objavljeni već 1999. godine, tehnologija se zapravo nije uhvatila sve do 2005. godine, kada je grupa tvrtki, uključujući diva za kućnu automatizaciju Leviton, Danfoss i Ingersoll-Rand, usvojila Z-Wave i stvorila savez pod nazivom Z-Wave Savez.

Savez je stvoren za promicanje upotrebe i interoperabilnosti tehnologije Z-Wave i uređaja temeljenih na njoj. U skladu s tim, savez razvija i održava Z-val standard i certificira sve uređaje temeljene na Z-Waveu kako bi se osiguralo da su u skladu sa standardom. Savez je započeo s pet tvrtki članica, ali sada ima preko 600 tvrtki koje proizvode više od 2600 uređaja s certifikatom Z-Wave.

Razlika između Z-vala i ostalih protokola

Da bismo razumjeli zašto ima smisla imati drugi komunikacijski protokol poput Z-vala, usporedit ćemo ga s nekim drugim komunikacijskim protokolima koji se koriste u kućnoj automatizaciji, uključujući; Bluetooth, WiFi i Zigbee

Z-val u odnosu na Bluetooth:

Najizraženija prednost Z-Wavea nad Bluetoothom je domet. Z-valovi imaju efektivno veće područje pokrivanja od Bluetootha. Također, Bluetooth signali su skloni smetnjama i prekidima jer šalju i primaju informacije na opsegu 2,4 GHz, čime se natječu za propusnost s uređajima temeljenim na WiFi-u koji koriste isti frekvencijski opseg.

Sa Z-valom, umjesto da mrežu čini sporijom ili bučnijom, svaki repetitor signala Z-vala zajedno čini mrežu jačom, tako da, što više uređaja imate, lakše je stvoriti robusnu mrežu sposobnu zaobići prepreke.

Z-val u odnosu na WiFi:

Poput Bluetootha, mreže zasnovane na WiFi također su osjetljive na smetnje, prekide i probleme u vezi s dometom i kao takve u tim okolnostima rade ispod mreža zasnovanih na Z-valovima.

Osim što se natječu za propusnost s Bluetooth uređajima, WiFi uređaji se također natječu jedni s drugima i to bi moglo utjecati na jačinu signala i brzinu mreže u domovima u kojima se puno uređaja temelji na WiFi-u. To nije slučaj sa Z-valom jer mreža cvjeta dodavanjem više uređaja u mrežu.

Uređaji zasnovani na WiFi-u imaju, međutim, prednost u usporedbi sa Z-valovima. Oni mogu slati veće informacije poput HD video streamova i više, dok mreže utemeljene na Z-valovima mogu obrađivati male bajtove podataka poput podataka senzora ili uputa za uključivanje / isključivanje žarulje.

Z-val protiv Zigbee-a:

Zigbee je još jedna bežična tehnologija i poput Z-vala, dizajniran je s obzirom na automatizaciju kuće i obližnje bežične senzorske mreže. Poput Z-vala, temelji se na topologiji Mesh mreže, a svaki uređaj na Zigbee mreži pomaže u jačanju signala. Međutim, za razliku od Z-vala, on radi na frekvencijskom opsegu 2,4 GHz, što znači da se također natječe za propusnost s WiFi-jem i Bluetoothom, a također može biti sklon smetnjama i izazovima mrežne brzine koji su s njima povezani.

Još jedna razlika o čijem značaju ću vam prepustiti da odlučite jest činjenica da, iako je Z-Wave zaštićena tehnologija (iako postoje planovi da se softver učini otvorenim), Zigbee je otvoren.

Prednosti i nedostaci Z-vala

Kao i sve stvari, Z-Wave ima i prednosti i nedostatke. Raspravljat ćemo o njima jedan za drugim.

Pros Z-Wave

Neke od prednosti Z-valova uključuju;

Sposobnost podržavanja 232 uređaja u teoriji i najmanje 50 u praksi.
Signali mogu putovati do 50 metara u zatvorenom prostoru, omogućujući prepreke i do 100 metara nesmetano. Ovaj doseg je znatno proširen na otvorenom. S četiri poskoka između uređaja koji dodatno povećavaju domet, pokrivenost neće predstavljati problem u prostranim povezanim kućama.
Z-val savez čini do 600 proizvođača koji proizvode više od 2600 certificiranih uređaja kako bi se osigurala kompatibilnost.
Manje smetnji zbog korištenog ISM opsega.
Manje mrtvih mjesta u usporedbi s drugim mrežama, zahvaljujući robusnoj mrežnoj topologiji
Pristupačan je i jednostavan za upotrebu.

Protiv Z-vala

Za razliku od nekih drugih komunikacijskih protokola, Z-Waves je posebno dizajniran za uporabu u aplikacijama za automatizaciju kuće, kao takav prilagođen je potrebama aplikacije i ima vrlo malo nedostataka. Međutim, izvediva ograničenja za 50 uređaja, a ne samo 232, mogu predstavljati izazov u domovima u kojima treba razmjestiti više od 50 uređaja.

Također, njegova nesposobnost da održi prijenos velikih bajtova podataka čini ga toliko korisnim u aplikacijama poput video nadzora, gdje megabajti podataka trebaju strujati između krajnjih uređaja.

Zaključak

Z-valovi su za automatizaciju kuće ono što je LoRa za širi IoT krajolik. Najveća prednost koju ima u odnosu na sve ostale protokole u niši kućne automatizacije je činjenica da je dizajniran za tu nišu. To znači da će općenito raditi bolje od ostalih protokola koji su dizajnirani za širu potrošnju i relativno dobro će se izvoditi za barem 80% aplikacija u toj niši.