Forståelse af z

Da applikationer baseret på trådløse sensornetværk, hjemmeautomatisering og IoT steg, blev behovet for alternativ kommunikationsprotokol bortset fra de almindelige Bluetooth-, Wi-Fi- og GSM-protokoller indlysende. Flere teknologier som Zigbee og Bluetooth Low Energy (BLE) blev udviklet som alternativer, men en standout-teknologi, udviklet til specifikt at betjene hjemmeautomationsapplikationer, var Z-Wave. I dagens artikel vil vi undersøge de tekniske egenskaber ved Z-wave, det differentierer funktioner, standarden og meget mere.

Hvad er Z-Wave

Z-Wave er en trådløs kommunikationsprotokol udviklet primært til brug i hjemmeautomationsapplikationer. Det blev udviklet i 1999 af Zensys i København som en opgradering til et lysstyringssystem til forbrugere, de skabte. Det var designet til at give pålidelig transmission med lav latenstid af små datapakker ved hjælp af lavenergiradiobølger med datahastigheder op til 100 kbit / s med en gennemstrømning på op til 40 kbit / s (9,6 kbit / s ved brug af gamle chips) og velegnet til kontrol- og sensorapplikationer.

Baseret på mesh-netværkstopologien og fungerer inden for det ikke-licenserede 800-900MHz (faktisk frekvens varierer) ISM-frekvensbånd, er Z-Wave-baserede enheder i stand til at nå en kommunikationsafstand på op til 40 meter med den ekstra mulighed for meddelelser til Hop up mellem op til 4 noder. Alle disse funktioner gør det til en passende kommunikationsprotokol til hjemmeautomatiseringsapplikationer som belysningskontrol, termostater, vindueskontroller, låse, garageportåbnere og mange flere, samtidig med at man undgår de problematiske trængsler forbundet med Wi-Fi og Bluetooth på grund af deres brug af 2,4 GHz og 5 GHz bånd.

Hvordan fungerer Z-Wave-protokollen?

For at forstå funktionen af Z-Wave-protokollen, lad os analysere emnet i tre hovedafsnit, nemlig Z-Wave-systemarkitektur, datatransmission / modtagelse og routing og tilslutning til internettet

Z-Wave systemarkitektur:

Hvert Z-bølge netværk består af to brede kategorier af enheder;

Controller / Master (s)
Slaver

Masteren fungerer normalt som vært for Z-Wave-netværket, som andre enheder (slaver) kan tilsluttes. Det leveres normalt med forprogrammeret NetworkID (undertiden kaldet HomeID), der tildeles hver slave (som ikke kommer med et forprogrammeret ID), når de føjes til netværket gennem en proces kaldet "inklusion ". Bortset fra HomeID tildeles normalt en id kaldet NodeID for hver enhed, der føjes til Z-bølgenetværket, af controlleren. Den NodeID er unik på alle netværk (for hver HomeID), som sådan, er det bruges til adresse og primært genkende hver enhed på et bestemt net.

Inkludering er ens i hensigten med, hvordan en router tildeler IP-adresser til enheder på sit netværk, mens masters ligner routere / gateways / Device Hubs, hvor den eneste forskel er det mesh-forhold, som masters har med slaver i netværket. For at fjerne noder fra et Z-Wave-netværk udføres en proces kaldet " Exclusion ". Under udelukkelse slettes hjemme-id'et og node-id'et fra enheden. Enheden nulstilles til fabriksstandarden (controllere har deres eget hjem-id og slaver har ikke noget hjem-id).

HomeID og NodeID nævnt ovenfor er de to identifikationssystemer defineret af Z-wave-protokollen for nem organisering af Z-wave-netværket.

HomeID er den fælles identifikation af alle noder, der er en del af et bestemt Z-Wave-netværk, mens NodeID er adressen på individuelle noder inden for et netværk.

HomeID'erne er normalt forprogrammerede og unikke, og de definerer det bestemte Z-bølge netværk. De kommer i en længde på 32 bits, hvilket betyder, at det er muligt at oprette op til 4 milliarder (2 ^ 32) forskellige HomeID'er og forskellige Z-bølgenetværk. Node-ID'et er derimod kun en byte (8 bit) i længden, hvilket betyder, at vi kunne have op til 256 (2 ^ 8) noder i et netværk.

Bortset fra at det er let at adressere noder, hjælper Identification-systemet med at forhindre interferens i Z-bølgenetværk, fordi to noder med forskellige HomeID'er ikke kan kommunikere, selvom de har den samme NodeID. Dette betyder, at du kunne installere to z-bølgenetværk side om side uden, at et interfererende charter fra netværk A modtages af B.

Dataoverførsel, modtagelse og routing:

I typiske trådløse netværk har den centrale controller / master en direkte, en-til-en trådløs forbindelse til noderne i netværket. Så nyttigt som dette arrangement er for disse protokoller, skaber det en begrænsning omkring datatransmission, således at "Enhed A" ikke er i stand til at interagere med "Enhed B", hvis der er en pause i forbindelsen mellem nogen af dem og masteren. Dette er dog ikke tilfældet for Z-bølger takket være Mesh-netværkstopologien og Z-bølge-nodes evne til at videresende og gentage meddelelser til andre noder. Dette sikrer, at kommunikation kan foretages til hver node i et netværk, selv når de ikke er inden for controllerens direkte rækkevidde. For bedre at forstå dette skal du overveje billedet nedenfor;

Z-wave-netværksillustrationen viser, at controlleren kan kommunikere direkte med enhederne 1, 2 og 4, mens Node 6 er uden for radioområdet. På grund af de funktioner, der er beskrevet tidligere, antager Node 2 imidlertid en repeater / videresendingsstatus og udvider controllerens rækkevidde til Node 6, således at enhver meddelelsesoverskrift til Node 6 vil blive sendt gennem Node 2. Noder som Node 2 i store netværk kaldes ruter, og de bidrager til Z-wave Networks fleksibilitet og robusthed. For at bestemme, hvilke af rutebeskederne der skal rejse for at nå en bestemt node, bruger Z-wave-netværk et værktøj kaldet en routingtabel.

Hver knude i et Z-bølgenetværk er i stand til at bestemme de andre knudepunkter (kaldet naboer) i sit direkte trådløse dækningsområde, og under Inkludering eller senere informerer knudepunktet controlleren om disse naboer. Ved hjælp af listen over naboer fra hver node opretter controlleren en routingtabel, der bruges til at kortlægge ruter til noder, der er uden for controllerens direkte trådløse rækkevidde.

Det er vigtigt at bemærke, at ikke alle noder kan konfigureres som speditører. Z-wave-protokollen tillader kun noder, der er tilsluttet (ikke batteridrevet), til at fungere som "routing-noder".

Oprette forbindelse til Internettet:

Ved hjælp af den nylige “Gateway / Aggregator”-tilgang ved andre protokoller kan et Z-Wave-system styres via Internettet ved hjælp af en Z-Wave gateway eller Controller (master) -enhed, der fungerer som både hubcontroller og portal udefra. Et eksempel på dette er Delock 78.007 Z-Wave® Gateway.

Z-Wave Alliance

Mens de første Z-bølgebaserede enheder blev frigivet så tidligt som i 1999, fangede teknologien ikke rigtig op før 2005, da en gruppe virksomheder, herunder hjemmeautomatiseringsgiganten Leviton, Danfoss og Ingersoll-Rand, vedtog Z-Wave og dannede en alliance kaldte Z-Wave Alliance.

Alliancen blev dannet for at fremme brugen og interoperabiliteten af Z-Wave-teknologi og enheder baseret på den. I tråd med dette udvikler og vedligeholder alliancen Z-wave-standarden og certificerer alle Z-Wave-baserede enheder for at sikre, at de overholder standarden. Alliancen startede med 5 medlemsfirmaer, men har nu over 600 virksomheder, der producerer mere end 2600 Z-Wave-certificerede enheder.

Forskel mellem Z-Wave og andre protokoller

For at forstå hvorfor det giver mening at have en anden kommunikationsprotokol som Z-wave, sammenligner vi den med nogle andre kommunikationsprotokoller, der bruges i hjemmeautomatisering, herunder; Bluetooth, WiFi og Zigbee

Z-wave vs Bluetooth:

Den mest markante fordel ved Z-Wave over Bluetooth er Range. Z-bølger har et effektivt større dækningsområde end Bluetooth. Bluetooth-signaler er også tilbøjelige til interferens og afbrydelse, fordi de sender og modtager information om 2,4 GHz-båndet og derved konkurrerer om båndbredde med WiFi-baserede enheder, der bruger det samme frekvensbånd.

Med Z-wave i stedet for at gøre netværket langsommere eller støjende arbejder hver Z-wave signal repeater sammen for at gøre netværket stærkere, således at jo flere enheder du har, jo lettere er det at oprette et robust netværk, der er i stand til at omgå forhindringer.

Z-bølge vs WiFi:

Ligesom Bluetooth er WiFi-baserede netværk også modtagelige for interferens, afbrydelse og rækkevidde relaterede problemer og fungerer som sådan under Z-bølgebaserede netværk under disse omstændigheder.

Bortset fra at konkurrere om båndbredde med Bluetooth-enheder, konkurrerer WiFi-enheder også med hinanden, og dette kan påvirke signalstyrken og netværkshastigheden i hjem, hvor mange enheder er baseret på WiFi. Dette er ikke tilfældet med Z-wave, da netværket blomstrer med tilføjelsen af flere enheder til netværket.

WiFi-baserede enheder har dog en opadgang i sammenligning med Z-bølger. De er i stand til at sende større information som HD-videostreams og mere, mens Z-bølgebaserede netværk er i stand til at håndtere små byte af data som sensordata eller instruktioner til at tænde / slukke for en pære.

Z-bølge vs. Zigbee:

Zigbee er en anden trådløs teknologi og som Z-wave blev den designet med hjemmeautomation og nærliggende trådløse sensornetværk i tankerne. Ligesom Z-wave er det baseret på Mesh-netværkstopologien, og hver enhed på et Zigbee-netværk hjælper med at styrke signalet. Men i modsætning til Z-bølge fungerer den på 2,4 GHz frekvensbåndet, hvilket betyder, at den også konkurrerer om båndbredde med WiFi og Bluetooth og kan også være tilbøjelig til interferens og netværkshastighedsudfordringer forbundet med dem.

En anden forskel, hvis betydning jeg vil lade dig beslutte, er, at mens Z-Wave er en beskyttet teknologi (selvom der er planer om at gøre softwaren til open source), er Zigbee open source.

Z-Wave fordele og ulemper

Som alle ting har Z-Wave både fordele og ulemper. Vi vil diskutere dem efter hinanden.

Fordele ved Z-Wave

Nogle af fordelene ved Z-bølger inkluderer;

Evnen til at understøtte 232 enheder i teorien og mindst 50 i praksis.
Signaler kan bevæge sig op til 50 fod indendørs, hvilket muliggør forhindringer og op til 100 fod uhindret. Denne rækkevidde udvides betydeligt udendørs. Med de fire humle mellem enheder, der yderligere forbedrer rækkevidden, vil dækning ikke være et problem i spredte tilsluttede hjem.
Z-wave-alliancen består af op til 600 producenter, der producerer over 2600 certificerede enheder for at sikre kompatibilitet.
Mindre interferens på grund af brugt ISM-bånd.
Mindre dead spots sammenlignet med andre netværk takket være den robuste mesh-topologi
Det er overkommeligt og let at bruge.

Ulemper Z-Wave

I modsætning til nogle af de andre kommunikationsprotokoller blev Z-Waves specielt designet til brug i Home Automation-applikationer, som sådan blev den skræddersyet til applikationsbehovene og har meget små ulemper. Imidlertid kan de brugbare grænser på 50 enheder snarere end den teoretiske 232 være en udfordring i hjem, hvor mere end 50 enheder skal implementeres.

Dens manglende evne til at opretholde overførslen af store byte data gør det ikke så nyttigt i applikationer som videoovervågning, hvor megabyte data skal streames mellem slutenheder.

Konklusion

Z-bølger er til hjemmeautomatisering, hvad LoRa er for det bredere IoT-landskab. Den største fordel, den har over alle de andre protokoller i Home Automation-niche, er, at den er designet til den niche. Dette betyder, at det generelt vil fungere bedre end andre protokoller, der er designet til et bredere forbrug, og det vil fungere relativt godt for mindst 80% af applikationerne i den niche.