Z: n ymmärtäminen

Kun langattomiin anturiverkkoihin, kotiautomaatioon ja esineiden internetiin perustuvat sovellukset lisääntyivät, vaihtoehtoisten viestintäprotokollien tarve tavallisten Bluetooth-, Wi-Fi- ja GSM-protokollien lisäksi oli tulossa ilmeiseksi. Useat tekniikat, kuten Zigbee ja Bluetooth Low Energy (BLE), kehitettiin vaihtoehtona, mutta yksi stand-up-tekniikka, joka on kehitetty palvelemaan erityisesti koti-automaatio-sovelluksia, oli Z-Wave. Tämän päivän artikkelissa tarkastelemme Z-aallon teknisiä ominaisuuksia, sen erottavia ominaisuuksia, standardia ja paljon muuta.

Mikä on Z-Wave

Z-Wave on langaton tiedonsiirtoprotokolla, joka on kehitetty ensisijaisesti käytettäväksi koti-automaatio-sovelluksissa. Sen kehitti vuonna 1999 Kööpenhaminassa toimiva Zensys päivityksenä heidän luomaansa kuluttajien valonsäätöjärjestelmään. Se on suunniteltu tuottamaan pienten datapakettien luotettava, matalaviiveinen lähetys käyttämällä matalan energian radioaaltoja jopa 100 kbit / s datanopeudella ja jopa 40 kbit / s (9,6 kbit / s vanhoja siruja käytettäessä) tiedonsiirtonopeudella. soveltuu ohjaus- ja anturisovelluksiin.

Joka perustuu mesh-verkon topologiaa ja toimivat luvattoman 800-900MHz (todellinen taajuus vaihtelee) ISM-taajuuskaistalla, Z-Wave perustuvat laitteet voivat saavuttaa viestinnän etäisyys on enintään 40 metriä, jossa lisäksi kyky viestien Hop ylös enintään 4 solmun välillä. Kaikki nämä ominaisuudet tekevät siitä sopivan kommunikaatioprotokollan kodin automaatio-sovelluksiin, kuten valaistuksen ohjaukseen, termostaatteihin, ikkunoiden hallintalaitteisiin, lukkoihin, autotallin oven avaajiin ja moniin muihin, samalla kun vältetään Wi-Fi- ja Bluetooth-ongelmiin liittyvät ongelmat niiden käytön vuoksi. 2,4 GHz: n ja 5 GHz: n taajuudet.

Kuinka Z-Wave-protokolla toimii?

Ymmärtääksemme Z-Wave-protokollan toiminnan analysoidaan kohdetta kolmessa pääosassa: Z-Wave-järjestelmän arkkitehtuuri, tiedonsiirto / vastaanotto sekä reititys ja Internet-yhteys.

Z-Wave-järjestelmän arkkitehtuuri:

Jokainen Z-aaltoverkko koostuu kahdesta laajasta laiteluokasta;

1. Ohjain / päällikkö (t)
2. Orjat

Master toimii yleensä Z-Wave-verkon isäntänä, johon muut laitteet (orjat) voidaan liittää. Sen mukana tulee yleensä ennalta ohjelmoitu NetworkID (jota kutsutaan joskus HomeID-tunnukseksi), joka määritetään kullekin orjalle (jolla ei ole ennalta ohjelmoitua tunnusta), kun ne lisätään verkkoon prosessin, jota kutsutaan "sisällyttämiseksi ". HomeID: n lisäksi jokaiselle Z-aaltoverkkoon lisätylle laitteelle ohjain antaa yleensä NodeID-nimisen tunnuksen. NodeID on ainutlaatuinen jokainen verkko (joka HomeID), sellaisenaan, sitä käytetään osoite ja ensisijaisesti tunnistaa kunkin laitteen tietyn verkon.

Sisällyttäminen on tarkoitukseltaan samanlainen kuin reititin, joka määrittää IP-osoitteet verkkoaan oleville laitteille, kun taas päälliköt ovat samanlaisia ​​kuin reitittimet / yhdyskäytävät / laitekeskittimet, ainoa ero on verkko-suhde, jonka päälliköillä on verkon orjien kanssa. Solmujen poistamiseksi Z-Wave-verkosta suoritetaan poissulkemisprosessi. Poissulkemisen aikana kodin tunnus ja solmun tunnus poistetaan laitteesta. Laite palautetaan tehdasasetuksiin (ohjaimilla on oma kotitunnus ja orjilla ei ole kotitunnusta).

Edellä mainitut HomeID ja NodeID ovat kaksi tunnistusjärjestelmää, jotka Z-aalto-protokolla määrittelee Z-aaltoverkon helpon järjestämisen helpottamiseksi.

HomeID on kaikkien tiettyyn Z-Wave-verkkoon kuuluvien solmujen yhteinen tunniste, kun taas NodeID on verkon yksittäisten solmujen osoite.

HomeID: t ovat yleensä esiohjelmoituja ja yksilöllisiä, ja ne määrittelevät tietyn Z-aaltoverkon. Niiden pituus on 32 bittiä, mikä tarkoittaa, että on mahdollista luoda jopa 4 miljardia (2 ^ 32) erilaista HomeID-tunnusta ja erilaisia ​​Z-aaltoverkkoja. Solmun tunnus on sen sijaan vain tavun (8 bittiä) pituinen, mikä tarkoittaa, että verkossa voi olla jopa 256 (2 ^ 8) solmua.

Sen lisäksi, että tunnistusjärjestelmä sallii helpon solmujen osoittamisen, se auttaa estämään häiriöitä Z-aaltoverkoissa, koska kaksi eri HomeID-solmua eivät voi kommunikoida, vaikka niillä olisi sama NodeID. Tämä tarkoittaa, että voit ottaa käyttöön kaksi z-aaltoverkkoa vierekkäin ilman, että B vastaanottaa häiritsevää verkkoa A.

Tiedonsiirto, vastaanotto ja reititys:

Tyypillisissä langattomissa verkoissa keskusohjaimella / masterilla on suora langaton yhteys verkon solmuihin. Niin hyödyllinen kuin kyseinen järjestely on noille protokollille, se luo rajoituksen tiedonsiirrolle siten, että "laite A" ei voi olla vuorovaikutuksessa "laite B": n kanssa, jos jommankumman ja isännän välisessä linkissä on katkos. Tämä ei kuitenkaan koske Z-aaltoja Mesh-verkon topologian ja Z-aaltosolmujen kyvyn välittää ja toistaa viestejä muille solmuille. Tämä varmistaa, että tiedonsiirto voidaan tehdä verkon kaikkiin solmuihin, vaikka ne eivät olisikaan ohjaimen suoralla alueella. Harkitse tätä paremmin ottamalla huomioon alla oleva kuva;

Z-aaltoverkon kuvassa ohjain voi kommunikoida suoraan laitteiden 1, 2 ja 4 kanssa, kun solmu 6 on radion kantaman ulkopuolella. Aikaisemmin kuvattujen ominaisuuksien vuoksi solmu 2 ottaa toistimen / huolitsijan tilan ja laajentaa ohjaimen alueen solmuun 6 siten, että kaikki solmuun 6 suuntautuvat viestit kulkevat solmun 2 kautta. Solmut kuten solmu 2 suurissa verkoissa kutsutaan reiteiksi ja ne lisäävät Z-aalto-verkkojen joustavuutta ja kestävyyttä. Z-aalto-verkot käyttävät reititystaulukkoa, jota kutsutaan reititystaulukoksi sen määrittämiseksi, minkä reittiviestien tulisi kulkea tietyn solmun saavuttamiseksi.

Jokainen Z-aaltoverkon solmu pystyy määrittämään muut solmut (kutsutaan Naapureiksi) suoralla langattomalla peittoalueellaan ja Inclusiivuuden aikana tai myöhemmin solmu ilmoittaa ohjaimelle näistä naapureista. Ohjain luo kunkin solmun naapuriluettelon reititystaulukon, jota käytetään reittien kartoittamiseen solmuihin, jotka ovat ohjaimen suoran langattoman kantaman ulkopuolella.

On tärkeää huomata, että kaikkia solmuja ei voida määrittää kuormatraktoreiksi. Z-aaltoprotokolla sallii vain liitetyt solmut (ei paristokäyttöiset) toimia "reitityssolmuina".

Yhdistäminen Internetiin:

Muiden protokollien äskettäistä "Gateway / Aggregator" -lähestymistapaa käyttämällä Z-Wave-järjestelmää voidaan ohjata Internetin kautta käyttämällä Z-Wave-yhdyskäytävää tai Controller (master) -laitetta, joka toimii sekä keskittimen ohjaimena että portaalina ulkopuolelle. Esimerkki tästä on Delock 78007 Z-Wave® Gateway.

Z-Wave-allianssi

Ensimmäiset Z-aaltopohjaiset laitteet julkaistiin jo vuonna 1999, mutta tekniikka ei oikeastaan ​​tarttunut kiinni vuoteen 2005, jolloin joukko yrityksiä, mukaan lukien koti-automaation jättiläinen Leviton, Danfoss ja Ingersoll-Rand, ottivat Z-Waven käyttöön ja muodostivat liittouman. nimeltään Z-Wave Alliance.

Allianssi perustettiin edistämään Z-Wave-tekniikan ja siihen perustuvien laitteiden käyttöä ja yhteentoimivuutta. Tämän mukaisesti liitto kehittää ja ylläpitää Z-aallon standardia ja sertifioi kaikki Z-aalto-pohjaiset laitteet varmistaakseen, että ne ovat standardin mukaisia. Liitto perustettiin viiden jäsenyrityksen kanssa, mutta sillä on nyt yli 600 yritystä, jotka tuottavat yli 2600 Z-Wave-sertifioitua laitetta.

Ero Z-aallon ja muiden protokollien välillä

Ymmärtääksemme, miksi on järkevää käyttää toista tiedonsiirtoprotokollaa, kuten Z-aalto, vertaamme sitä joihinkin muihin kodiautomaatiossa käytettäviin tietoliikenneprotokolliin, mukaan lukien; Bluetooth, WiFi ja Zigbee

Z-aalto vs Bluetooth:

Z-Waven merkittävin etu Bluetoothiin verrattuna on Range. Z-aaltojen peittoalue on tehokkaasti suurempi kuin Bluetooth. Lisäksi Bluetooth-signaalit ovat alttiita häiriöille ja häiriöille, koska ne lähettävät ja vastaanottavat tietoa 2,4 GHz: n kaistalla ja kilpailevat siten kaistanleveydestä samaa taajuuskaistaa käyttävien WiFi-pohjaisten laitteiden kanssa.

Z-aallolla sen sijaan, että verkko olisi hitaampi tai meluisempi, jokainen Z-aaltosignaalin toistin toimii yhdessä verkon vahvistamiseksi siten, että mitä enemmän laitteita sinulla on, sitä helpompi on luoda vankka verkko, joka kykenee ohittamaan verkon esteitä.

Z-aalto vs WiFi:

Bluetoothin tavoin WiFi-pohjaiset verkot ovat myös alttiita häiriöille, keskeytyksille ja alueeseen liittyville ongelmille, ja ne toimivat sellaisenaan Z-aaltoihin perustuvien verkkojen alapuolella näissä olosuhteissa.

Sen lisäksi, että kilpailevat kaistanleveydestä Bluetooth-laitteiden kanssa, WiFi-laitteet kilpailevat myös keskenään, mikä voi vaikuttaa signaalin voimakkuuteen ja verkon nopeuteen kodeissa, joissa monet laitteet perustuvat WiFi- verkkoon. Näin ei ole Z-aallolla, koska verkko kukoistaa lisäämällä verkkoon lisää laitteita.

WiFi-pohjaisilla laitteilla on kuitenkin ylöspäin verrattuna Z-aaltoihin. He pystyvät lähettämään suurempia tietoja, kuten HD-videovirrat ja paljon muuta, kun taas Z-aalto-pohjaiset verkot pystyvät käsittelemään pieniä tavuja tietoja, kuten anturitiedot tai ohjeet lampun kytkemiseksi päälle / pois päältä.

Z-aalto vs. Zigbee:

Zigbee on toinen langaton tekniikka, ja kuten Z-aalto, se on suunniteltu kotiautomaatio ja läheiset langattomat anturiverkot mielessä. Kuten Z-aalto, se perustuu Mesh-verkon topologiaan ja jokainen Zigbee-verkon laite auttaa vahvistamaan signaalia. Toisin kuin Z-aalto, se toimii kuitenkin 2,4 GHz: n taajuuskaistalla, mikä tarkoittaa, että se kilpailee myös kaistanleveydestä WiFi: n ja Bluetoothin kanssa ja voi myös olla alttiina niihin liittyville häiriö- ja verkon nopeushaasteille.

Toinen ero, jonka merkityksen jätän sinut päättämään, on se, että vaikka Z-Wave on oma tekniikka (vaikka ohjelmistosta on tarkoitus tehdä avointa lähdekoodia), Zigbee on avoimen lähdekoodin.

Z-Wave-edut ja haitat

Kuten kaikilla asioilla, Z-Wave -laitteella on sekä etuja että haittoja. Keskustelemme niistä yksi toisensa jälkeen.

Plussaa Z-Wave

Joitakin Z-aaltojen etuja ovat;

1. Kyky tukea teoriassa 232 laitetta ja käytännössä vähintään 50 laitetta.
2. Signaalit voivat kulkea jopa 50 jalkaa sisätiloissa sallien esteiden ja jopa 100 jalkaa esteetön. Tämä ulottuvuus kasvaa huomattavasti ulkona. Kun laitteiden välillä on neljä humalaa, jotka parantavat kantamaa, kattavuus ei ole ongelma yhdistettyjen kodeiden leviämisessä.
3. Z-wave-allianssi koostuu jopa 600 valmistajasta, jotka tuottavat yli 2600 sertifioitua laitetta yhteensopivuuden varmistamiseksi.
4. Vähemmän häiriöitä käytetyn ISM-kaistan takia.
5. Vähemmän kuolleita pisteitä verrattuna muihin verkkoihin vankan verkkotopologian ansiosta
6. Se on edullinen ja helppo käyttää.

Miinukset Z-Wave

Toisin kuin jotkut muut tiedonsiirtoprotokollat, Z-Waves on suunniteltu erityisesti kotiautomaatio-sovelluksiin, sellaisenaan se on räätälöity sovellustarpeisiin ja sillä on vain vähän haittoja. Kuitenkin 50 laitteen käyttökelpoiset rajat kuvitteellisen 232: n sijasta voivat olla haaste kodeissa, joissa on otettava käyttöön yli 50 laitetta.

Lisäksi sen kyvyttömyys ylläpitää suurten tavujen tiedonsiirtoa ei tee siitä niin hyödyllistä sovelluksissa, kuten videovalvonta, jossa megatavuja dataa on lähetettävä päätelaitteiden välillä.

Johtopäätös

Z-aallot tarkoittavat kodiautomaatiota, mikä LoRa on laajemmalle IoT-maisemalle. Suurin etu, jolla sillä on kaikki muut kodiautomaatiotekniikan protokollat, on se, että se on suunniteltu kyseiselle kapealle. Tämä tarkoittaa, että se toimii yleensä paremmin kuin muut protokollat, jotka on suunniteltu laajempaan kulutukseen, ja se toimii suhteellisen hyvin ainakin 80 prosentilla kyseisen kapealla olevista sovelluksista.