Z-wave označuje rádiový systém používaný mnoha zařízeními pro chytrou domácnost. Inteligentní domácnost je základní technologií 21. století, která vám může pomoci vždy propojit jeden konec vašeho domácího systému s druhým. Technologie Z-Wave a ZigBee jsou dva hlavní standardy, které lze použít chytrých zařízení, chytré osvětlení, řízení automatizace, topné a zabezpečovací zařízení.
Co je technologie Z-Wave?
Z-vlna byla původně vyvinuta v 1999 od dánské společnosti známé jako Zensys. Je to jednoduché, ekonomická a všestranná náhrada za systémy domácí automatizace. Od svého vývoje, rychle si získal podporu více než 700 značky a společnosti domácí elektroniky, jako je Huawei, ADT, Inteligence Samsung, LG, General Electric, srpen, SMIC, a Ingersoll Rand. V současné době, je jich více 2,600 různé produkty s certifikací Z-Wave na trhu, vše postaveno pro spolupráci.
Jak Z-Wave funguje?
Síť Z-wave je speciálně vytvořena pro propojení chytrý domov zařízení a chytré rozbočovače. Technologie Z-wave najdeme v chytrých přepínačích, termostaty, senzory, atd. Dokáže připojit zařízení v domě odpovídající velikosti, i když spotřebuje mnohem méně energie než běžné Bluetooth a Wi-Fi.
Stejně jako technologie Zigbee, Z-Wave se připojuje k zařízením pomocí topologie mřížky. To znamená, že spíše než každé zařízení se musí přímo připojit k routeru nebo rozbočovači, zařízení využívající technologii Z-Wave mohou mezi zařízeními přenášet datové pakety. Proto, když je vzdálenost mezi žárovkou Z-Wave a nábojem velká, signál může stále vysílat na požadované místo, procházející senzory a zařízeními.
Toto uspořádání činí Z-Wave flexibilnější, dokonce o něco pomalejší než Wi-Fi. Síťový rozsah výrazně roste, když je instalováno mnoho Z-Wave zařízení. navíc, instalace mnoha zařízení činí technologii Z-Wave robustnější, protože existuje mnoho technik pro přenos datových paketů z jednoho bodu do druhého.
Z-Wave VS Zigbee
Pracovní frekvence Z-Wave se pohybují od 800 na 900 MHz, zatímco Zigbee může dokonce plně fungovat při 2.4 GHz. To znamená, že zařízení s podporou Z-Wave mají mnohem nižší rychlost přenosu dat než zařízení se ZigBee.. Dále, Z-wave podporuje nižší přenos dat 9.6-10 KBPS, zatímco Zigbee může podporovat přenosy až 250 KBPS.
Nicméně, Z-Wave zařízení mají velmi malou možnost vnějšího rušení, zatímco zařízení Zigbee mají významnější možnost. Technologie Z-wave a Zigbee přidávají zařízení do svých sítí implementací topologií mesh sítí. Pouze méně než 232 zařízení mohou být podporována v síti Z-wave, ale Zigbee sítě může podpořit přes 65,000 zařízení. V případě majitele domu, mající dokonce 232 jednotek je více než dost potřebných k úplnému provozu domu.
128bitové šifrování AES se používá bezpečně bez hackování v sítích Z-Wave i ZigBee. Absolutní bezpečnost je v rozporu, je nezbytné si uvědomit, že obě sítě používají podobné metody jako zabezpečení koncových uživatelů. dodatečně, rozsah Z-Wave zařízení je cca 30 metrů, zatímco zařízení Zigbee mají omezený dosah menší než 20 metrů.
kromě, je nezbytné vědět, že Zigbee Consortium provozuje a spravuje dostupnou standardní technologii Zigbee, zatímco společnost Sigma zařízení soukromě vlastní technologii Z-Wave. Proto mají přísnější ovládací prvky, které zaručují kompatibilitu zařízení s mnoha ovladači.
Z-Wave VS Wi-Fi
Výhody Wi-Fi pro automatizaci
Wi-Fi má mnoho výhod při použití pro domácí automatizaci. Zařízení Wi-Fi lze umístit kdekoli v místnosti, aniž byste se museli obávat, že zakopnete o lana potřebná k běhu. Systematizace pomocí sítě Wi-Fi může pomoci uvolnit porty routeru pro tato další zařízení, když je jedno nebo více zařízení připojeno k routeru napevno..
Systémy domácí automatizace založené na síti Wi-Fi jsou stejně spolehlivé jako bezdrátové sítě. Automatizace se snižuje vždy, když síť Wi-Fi často vypadává.
Výhody Z-Wave pro automatizaci
Na otázku, zda je Z-Wave pro automatizaci vhodnější než Wi-Fi? Věř tomu nebo ne, je snazší nastavit síť Z-Wave než Wi-Fi, protože se nemusíte obávat, že by se pletla do domácího signálu Wi-Fi.
Většina Z-Wave zařízení může přímo a rychle přidávat nová zařízení do domácího systému, protože se mohou navzájem automaticky detekovat. navíc, síť Z-Wave je flexibilnější, a tisíce různých zařízení mohou běžet na frekvencích Z-Wave. Proto, je snazší vytvořit to nejlepší zařízení pro vaše potřeby.
Kompatibilita je další věc, kterou síť Z-Wave nemůže konkurovat Wi-Fi. Zařízení využívající Z-wave síť jsou zpětně kompatibilní. Tím pádem, starší zařízení jsou kompatibilní se současným systémem, a očekává se, že všechna nově vyvinutá zařízení budou kompatibilní s již existujícím nastavením.
Z-wave je automatizovaný s Wi-Fi.
Systémy domácí automatizace lze nastavit pomocí Z-Wave i Wi-Fi sítě. Od bezpečnostních systémů přes chytré spotřebiče až po osvětlení a otvírače garážových vrat, obě sítě lze použít pro připojení téměř k jakémukoli elektronickému zařízení.
Pokud váš domov již má existující síť Wi-Fi, není nutné žádné další nastavení ani náklady. Zařízení domácí automatizace s Wi-Fi jsou levnější než zařízení s podporou Z-Wave, i když různé problémy vznikají, když je k síti Wi-Fi současně připojeno příliš mnoho zařízení.
Systémy Z-wave jsou dražší, ale odstraňují problémy související s rušením, protože pracují na relativně jiné vlnové délce než signály Wi-Fi.
Jaká zařízení používají Z-Wave?
Technologie Z-wave byla původně navržena pro bezdrátové ovládání chytrých domácností, se zaměřením na řízení osvětlení obchodních a obytných budov. Některá samostatná zařízení mění na chytrá síťová zařízení, což usnadňuje bezdrátové ovládání a monitorování. Technologie Z-Wave je široce používána pro detektory kouře, dálkové ovládání, ovládání osvětlení, zabezpečení a klimatizace, spotřebiče, dveřní zámky, a bezpečnostní senzory. navíc, může být také použit v inteligentních měřičích, aby nabídl míru spotřeby dat pro domácí monitorování HVAC.
Jak bezpečná je technologie Z-Wave?
Síť Z-Wave je skutečně velmi bezpečná. Každému zařízení přiřadí jedinečné ID sítě. Protože každý řídicí systém má jiné ID, které je automaticky řízeno, žádná externí strana nemůže ovládat zařízení.
Kdykoli je vyžadována další úroveň zabezpečení, jako jsou dveřní zámky a další bezpečnostní zařízení, Z-Wave zabezpečuje a chrání data zařízení pomocí pokročilejší techniky šifrování AES128. Metodu šifrování Z-Wave AES používá většina produktů běžících v síti Z-Wave.
Úvod do komunikačního protokolu Z-Wave
Krátká řídicí data jsou konzistentně přenášena mezi jednotkami uzlů. Zespodu nahoru, jeho protokoly jsou rozděleny do pěti vrstev: fyzické vrstvy, MAC vrstva, transportní vrstva, vrstva směrování, a aplikační vrstva. Role MAC vrstvy je zakládat, udržovat, a ukončete veškerá bezdrátová informační spojení mezi zařízeními. Celkem, provádí ověření rámu, řídí přístup ke kanálu, a vyhrazuje si správu časových úseků.
Mediální vrstva přijímá mechanismy zabránění kolizi (CSMA krokodýl CA) a vícenásobný přístup se snímáním nosného pro zvýšení spolehlivosti přenosu dat. Zabraňuje také ostatním uzlům přenášet signály, když jsou uzly k dispozici pro sdílení informací. Na druhou stranu, transportní vrstva se primárně používá k zajištění konzistentního vysílání dat mezi uzly. Jeho klíčové role jsou; ověření rámu, retransmisi, řízení toku, a ověření rámu.
Vrstva směrování řídí směrování datového rámce mezi uzly. Taky, zajišťuje, že datové rámce lze opakovaně přenášet mezi různými uzly, skenuje topologii sítě, a udržuje směrovací tabulku. Aplikační vrstva je odpovědná za provádění a dešifrování instrukcí v síti Z-Wave. Jeho primární role jsou; HomeID a No ID přiřazení, Manchester dekódování, replikace síťového řadiče, rozpoznávání pokynů, a řízení užitečného zatížení pro přijaté a přenesené rámce.
Zavedení frekvence Z-Wave
Fyzická vrstva
Z-vlna je a bezdrátové technologie který klade důraz na aplikaci nízké sazby. Jeho přenosové rychlosti se pohybují mezi 9,6 kbit/s a 40 kbit/s. Předchozí je více než uspokojivý pro přenos řídicích příkazů, zatímco druhý může nabídnout pokročilejší mechanismy zabezpečení sítě. Má flexibilní pracovní frekvenční pásmo v pásmu ISM 900 MHz, 908.42MHz ve Spojených státech, a 868,42 MHz v Evropě. V těchto pásmech efektivně funguje jen relativně málo zařízení.
Zigbee a Bluetooth využívají pásmo 2,4 GHz, který je postupně přeplněný, a vniknutí je nevyhnutelné. Proto, Technologie Z-Wave zaručuje spolehlivou komunikaci, i když jeho spotřeba energie je relativně nižší. Obsahuje klíčování s frekvenčním posunem (FSK) způsob bezdrátové komunikace, který je vhodnější pro chytré domácí sítě. Uzly napájené bateriemi jsou primárně udržovány ve stavu spánku, kde se často budí, sledovat, zda existují nějaké informace, které potřebuje obdržet. Uzly používají dva běžné No. 7 baterie s výdrží až 10 let.
Zajišťuje dlouhodobou stabilitu aplikace, což umožňuje uživateli vyhnout se obavám z opakovaného nabíjení a výměny elektrického bazénu. Z-Wave má méně komplexní systém než ZigBee a je menší než ZigBee Bluetooth síť. Vyžaduje malé úložiště, a jeho protokol je jednoduchý. Protokol standardního Z-Wave modulu je zachycen vestavěnou 32KB flash pamětí, zatímco stejný modul ZigBee potřebuje k použití asi 128 kB. Bluetooth vyžaduje relativně velký modul. Proto, Moduly Z-Wave jsou levnější než moduly ZigBee nebo Bluetooth.
Síť Z-Wave podporuje max 4 úrovňových tras a má jedinou schopnost asi 232 uzly, mnohem méně než ZigBee 65,535. Z-Wave nemůže ve srovnání se ZigBee budovat rozsáhlé sítě v univerzální aplikaci. Taky, síť Z-Wave může využívat technologii virtuálních uzlů ke komunikaci s jinými druhy sítí.
Vrstva MAC
Vrstva MAC řídí bezdrátové médium v síti Z-wave. Tok dat přebírá kódování Manchester, který se skládá z hlavy rámu, rámový ocas, rámová data, a předchozí kód. Rámcová data obsahují část rámce, která je předána transportní vrstvě. Všechny informace jsou přenášeny prostřednictvím režimu little-endian.
Přestože vrstva MAC je autonomní na bezdrátové frekvenci, střední, a modulační technika, vyžaduje, aby úplný binární signál nebo data rámce byla snadno získatelná z Manchester kódovaných nebo dekódovaných bitových toků při příjmu informací.. K přenosu dat se používá 8bitový datový blok. Nejvýznamnější kousek (MSB) je první bit dat, který se má přenést. Data jsou šifrována v Manchesteru, aby bylo dosaženo signálu bez DC.
Ve vrstvě MAC, mechanismus vyhýbání se konfliktům zabraňuje uzlům přenášet informace, když jiné uzly odesílají data. Mechanismus zamezení kolize je implementován uvedením uzlů, které nepřenášejí informace, do režimu příjmu a pozastavením komunikace v případě, že vrstva MAC je ve fázi příjmu.. Všechny druhy uzlů mají aktivní mechanismus předcházení kolizím. Přenosy snímků jsou vždy zpožděny o několik milisekund, kdykoli je médium zaneprázdněné.
CSMA/CA tvoří jádro mechanismu předcházení kolizím MAC. CSMA/CA zahrnuje tři mechanismy; interval mezi snímky, poslouchání operátora, a náhodné couvání. Každý uzel používá distribuovaný přístupový algoritmus vícenásobného přístupu Carrier Sense (CSMA) aby byl kanál zcela kompletní, aby přesně dosáhl přenosu. ACK (Potvrzení) v režimu CSMA/CA se používá mechanismus double-handshake. ACK rámec je okamžitě odeslán, kdykoli přijímač získá správný rámec. Rámec je úspěšně odeslán, když odesílatel obdrží rámec potvrzení.
Data se přenášejí se zpožděným přenosem, když je interval snímků menší nebo roven době nečinnosti média. Mechanismus naslouchání nosiče tvoří základ CSMA/CA. Monitorování fyzického nosiče se provádí na fyzické vrstvě snímáním platných signálů antény. Detekce platných signálů ukazuje, že monitorování fyzické nosné považovalo kanál za obsazený. navíc, Monitorování MAC nosiče se provádí na vrstvě MAC snímáním domény mezi pevností rámce MAC.
Informace jsou vysílány pouze v případě, že je kanál nečinný. Zaneprázdněný kanál spustí algoritmus backoff, kde je kanál znovu detekován, aby se předešlo zhroucení mezi sdílenými médii. Na médium čeká několik uzlů. Všechny uzly odesílají data, když je médium nečinné, což vede k mnoha kolizím. Tím pádem, CSMA/CA řídí odesílání rámců každého uzlu pomocí náhodného backoff time.
Transportní vrstva
Transportní vrstva se používá k přenosu spolehlivých dat mezi uzly. Zahrnuje ověření rámce, řízení toku, retransmisi, a potvrzení rámce. navíc, transportní vrstva se skládá ze tří typů rámů. Oni jsou;
Unicast rámec – je směrován do určitého uzlu. Rámec Unicast odpoví rámcem odpovědi ACK, když cílový uzel účinně přijme rámec. Na druhou stranu, rám Unicast je po poškození nebo ztrátě znovu odeslán. Rámec opakovaného přenosu naráží na náhodná zpoždění, aby se vyhnul kolizím s jinými systémy. Neočekávané zpoždění by mělo být vždy konstantní s maximální délkou přenášeného rámce a dobou trvání získání rámce odpovědi. Unicast rámce také volitelně vypínají mechanismus odpovědi v systémech, které nepotřebují spolehlivý přenos. Rámec odpovědi je druh unicastového rámce v síti Z-Wave s datovým polem délky O.
Multicastové rámce – Multicastové rámce jsou přenášeny v síti z uzlů 1 na 232. Cíl rámce výběrového vysílání specifikuje všechny cílové uzly, aniž by do každého uzlu přenášel samostatný rámec. Rámce multicast nelze použít v systémech, které potřebují spolehlivou komunikaci, protože nereagují aktivně. Když multicastové rámce vyžadují spolehlivost, unicastové rámce by je měly následovat.
Rámec vysílání – Rámec vysílání je přenášen do všech uzlů sítě. Rámec neobdrží odpověď od žádného uzlu. Podobně jako u multicastového rámce, rámec vysílání nelze použít v systémech, které potřebují spolehlivou komunikaci. navíc, rámec plošného vysílání musí být následován rámcem unicastového vysílání v případě, že rámec plošného vysílání vyžaduje spolehlivost.
Z-Wave řešení
Zařízení jako tiskárny, stolní počítače, notebooky, a mikrovlny spotřebovávají energii, i když se nepoužívají, tedy představuje téměř 20% všech měsíčních účtů za energie v domě. Při stěhování z domu je neustále obtížné termostat vypnout. Produkty Z-Wave vám mohou pomoci rychle přejít k ekologii, protože jsou vyrobeny tak, aby šetřily energii a náklady ve vašem domě každý den.
Produkty Z-wave se liší od ostatních, protože interagují prostřednictvím soudržnosti mesh síť který umožňuje přístup a připojení všech zařízení prostřednictvím jediné přenosné aplikace. Pomocí aplikace, která pečlivě spravuje celý váš chytrý dům, všechna zařízení, která spotřebovávají více energie, můžete vypnout za méně než sekundu téměř z jakéhokoli místa. Některé ze způsobů, jak lze technologii Z-Wave využít k minimalizaci účtů za energii v domácnostech, jsou;
- Chytré osvětlení – Přepněte na osvětlení, které detekuje pohyb, aby se zabránilo spotřebě energie světel, když jsou všichni pryč. Můžete nastavit program osvětlení, který automaticky zapíná a vypíná světla v závislosti na denní době. dodatečně, můžete automaticky upravit jas vašich světel pomocí světelných senzorů.
- Chytrý termostat – K ovládání chytrého termostatu lze použít mobilní telefon. Může být použit k úsporám energie, když jste pryč z domu, a k automatickému zapnutí před návratem domů. Chytrý termostat se automaticky vypne, když je okno otevřené, tím je zajištěno, že není spotřebována žádná zbytečná energie. Tyto termostaty se mechanicky samoregulují na základě nastavení teploty chytrého hubu, takže uživatel nemá žádné starosti se zapínáním a vypínáním termostatu.
- Inteligentní zástrčky – Inteligentní zástrčky využívají síť Z-Wave a nabízejí obarvené kroužky na vnějšku a barevné změny na základě úrovně spotřeby energie, což umožňuje uživateli sledovat spotřebu.. Inteligentní zástrčka se automaticky vypne pokaždé, když dojde k přepracování spotřeby energie. Zařízení plýtvající energií a všechny technologické produkty spotřebovávající energii lze ovládat pomocí chytrých zástrček tak, že je vypnou, kdykoli se nepoužívají.
Historie Z-Wave
Technologie Z-wave byla vyvinuta dánskou společností známou jako Zensys. Dva dánští inženýři založili společnost na konci 90. let. Zensys vyrostl z vytváření řešení domácí automatizace na poskytovatele technické komunikace. Společnost nabízí technickou podporu podnikům navrhujícím řešení pro interoperabilní řízení. Prodejci po celém světě uznávají technologii Z-wave pro její interoperabilitu a spolehlivost, tak vybudovat největší kompatibilní ekosystém.
Společnost Zensys uvedla první hardware na trh v r 2003. Kombinoval standardní transceiver a mikrokontrolér (Atmel). Rozšíření této hardwarové platformy vedlo k růstu dalších generací čipů 100 (2003), 200 (2005), 300 (2007), 400 (2009) a nejnovější 500 (2012).
Další milník v historii Z-Wave byl realizován v r 2005 po vytvoření Aliance Z-Wave. Cílem této aliance je shromáždit společnosti, které vyrábějí produkty kompatibilní s technologií Z-Wave. Podle 2008, přes 100 výrobní společnosti se připojily k alianci. Z-Wave Alliance se stále více snaží zlepšovat standardy a řídit globální propagační akce, jako jsou obchodní výstavy.
Z-Wave Consortium je také zodpovědné za zachování interoperability několika zařízení založených na protokolu Z-Wave.. Toho je dosaženo vytvořením kritického ověřovacího systému a cenné předbalené základny zdrojového kódu, aby bylo zajištěno, že zařízení s logem Z-Wave splňují požadavky 3 požadavky Z-Wave Alliance. Tyto požadavky jsou; vynikající účinnost, soulad se specifikacemi komunikačního protokolu, a spolehlivé uživatelské zkušenosti.
Stav trhu pro produkty Z-Wave
Americký trh je největším cílem pro produkty Z-wave. Přes 70% z těch, kteří používají produkty Z-Wave, jsou ze Spojených států, zatímco ten druhý 25% jsou v Evropě a 5% sídlí v Číně. S tím, že USA jsou poměrně vyspělou zemí, mnoho jednotlivců v zemi okamžitě přijalo technologii Z-Wave. Je to proto, že většina domů v amerických městech je velkých; proto je obtížné přecházet z jedné místnosti do druhé, vypínání světel.
navíc, protože Spojené státy jsou velká země, bezpečnost je jeho primárním zájmem; proto mají velmi vyspělé služby bezpečnostního systému. V bezpečnostních podnicích, zabezpečení za a proti proudu celého řetězce je dokonalé, bez ohledu na to, zda se jedná o stavbu, produkt, nebo poprodejní servis. Na základě toho, systémy inteligentních domácností mohou zvýšit významná opatření pro bezpečnostní podniky. Inteligentní domy jsou více rozšířené ve Spojených státech, protože lidé, kteří tam žijí, jsou více než šťastní, že mohou tuto novou technologii ve svých domovech přijmout..
