Z-wave se refiere a un sistema de radio utilizado por muchos dispositivos domésticos inteligentes. El hogar inteligente es una tecnología esencial del siglo XXI que puede ayudarle a conectar siempre un extremo de su sistema doméstico al otro.. Las tecnologías Z-Wave y ZigBee son dos estándares principales que se pueden utilizar para dispositivos inteligentes, iluminación inteligente, control de automatización, equipos de calefacción y seguridad.
¿Qué es la tecnología Z-Wave??
La onda Z se desarrolló inicialmente en 1999 por una empresa danesa conocida como Zensys. es un sencillo, sustituto económico y versátil de los sistemas domóticos. Desde su desarrollo, ha conseguido rápidamente el apoyo de más de 700 marcas y empresas de electrónica para el hogar, como Huawei, TDA, Inteligencia de Samsung, LG, Energia General, Agosto, SMIC, e Ingersoll Rand. Actualmente, hay más de 2,600 Varios productos certificados Z-Wave en el mercado., todo construido para la interoperación.
¿Cómo funciona Z-Wave??
La red Z-wave está especialmente diseñada para vincular casa inteligente dispositivos y hubs inteligentes. La tecnología Z-wave se puede encontrar en interruptores inteligentes, termostatos, sensores, etc.. Puede conectar dispositivos en una casa del tamaño adecuado., aunque consume mucha menos energía que el Bluetooth y el Wi-Fi normales.
Como la tecnología Zigbee, Z-Wave se conecta a dispositivos mediante una topología de red. Esto implica que, en lugar de que cada dispositivo tenga que conectarse directamente a un enrutador o concentrador, Los dispositivos que utilizan la tecnología Z-Wave pueden transmitir paquetes de datos de un lado a otro entre los dispositivos.. Por lo tanto, cuando la distancia entre una bombilla Z-Wave y el concentrador es grande, la señal aún puede transmitirse a la ubicación deseada, pasando por los sensores y los dispositivos.
Esta disposición hace que Z-Wave sea más flexible, incluso un poco más lento que el Wi-Fi. Su alcance de red crece significativamente cuando se instalan muchos dispositivos Z-Wave. Además, La instalación de muchos dispositivos hace que la tecnología Z-Wave sea más robusta ya que existen muchas técnicas para transmitir paquetes de datos de un punto a otro..
Z-Wave VS Zigbee
Las frecuencias de funcionamiento de Z-Wave van desde 800 a 900 megahercio, mientras que Zigbee puede incluso funcionar plenamente a 2.4 GHz. Esto implica que los dispositivos habilitados con Z-Wave tienen una tasa de transmisión de datos mucho menor que los dispositivos habilitados con ZigBee.. Además, Z-wave admite una menor transmisión de datos de 9.6-10 kbps, Considerando que Zigbee puede soportar transmisiones de hasta 250 kbps.
Sin embargo, Los dispositivos Z-Wave tienen una posibilidad muy pequeña de interferencia externa, Considerando que los dispositivos Zigbee tienen una posibilidad más significativa. Las tecnologías Z-wave y Zigbee agregan dispositivos a sus redes implementando topologías de red en malla. Sólo menos de 232 Los dispositivos pueden ser compatibles con una red Z-wave., pero Redes Zigbee puede soportar más 65,000 dispositivos. En el caso de un propietario de vivienda, teniendo incluso 232 Se necesitan más que suficientes unidades para administrar una casa por completo..
El cifrado AES de 128 bits se utiliza de forma segura sin piratería en las redes Z-Wave y ZigBee.. Siendo la seguridad absoluta una contradicción, Es esencial darse cuenta de que ambas redes adoptan métodos similares para la seguridad del usuario final.. Además, la gama de dispositivos Z-Wave es de aproximadamente 30 metros, Considerando que los dispositivos Zigbee tienen un alcance limitado de menos de 20 metros.
Además, Es esencial saber que Zigbee Consortium ejecuta y gestiona la tecnología Zigbee estándar disponible., Considerando que la empresa de dispositivos Sigma posee de forma privada la tecnología Z-Wave. De ahí que tengan controles más estrictos que garantizan la compatibilidad del dispositivo con muchos controladores..
Z-Wave versus Wi-Fi
Los beneficios del Wi-Fi para la automatización
El Wi-Fi tiene múltiples ventajas cuando se utiliza para la domótica. Los dispositivos Wi-Fi se pueden colocar en cualquier lugar de una habitación sin preocuparse de tropezarse con las cuerdas necesarias para funcionar.. Sistematizar con una red Wi-Fi puede ayudar a liberar puertos del enrutador para esos otros dispositivos cuando uno o más dispositivos están cableados en el enrutador.
Los sistemas domóticos basados en la red Wi-Fi son tan fiables como Conexiones inalámbricas. La automatización se reduce cada vez que una red Wi-Fi se cae con frecuencia.
Los beneficios de Z-Wave para la automatización
Sobre la cuestión de si Z-Wave es más adecuado para la automatización que Wi-Fi? Por extraño que parezca, Es más fácil configurar una red Z-Wave que Wi-Fi, ya que no hay que preocuparse de que interfiera con la señal Wi-Fi doméstica..
La mayoría de los dispositivos Z-Wave pueden agregar directa y rápidamente nuevos dispositivos a un sistema doméstico, ya que pueden detectarse automáticamente entre sí.. Además, la red Z-Wave es más flexible, y miles de dispositivos diferentes pueden funcionar con frecuencias Z-Wave. Por eso, es más fácil establecer el mejor dispositivo para tus necesidades.
La compatibilidad es otra cosa que la red Z-Wave no puede competir con Wi-Fi. Los dispositivos que utilizan la red Z-wave son compatibles con versiones anteriores. De este modo, Los dispositivos más antiguos son compatibles con el sistema actual., y se espera que cualquier dispositivo nuevo desarrollado sea compatible con la configuración ya existente.
Z-wave se automatiza con Wi-Fi.
Los sistemas de automatización del hogar se pueden configurar utilizando Z-Wave y Redes wifi. Desde sistemas de seguridad hasta electrodomésticos inteligentes, iluminación y abridores de puertas de garaje., Ambas redes se pueden utilizar para conectarse a casi cualquier dispositivo electrónico..
Si tu casa ya tiene una red Wi-Fi existente, no se requiere configuración ni costo adicional. Los dispositivos domóticos con Wi-Fi son más baratos que los dispositivos con Z-Wave, aunque surgen varios problemas cuando se conectan demasiados dispositivos a una red Wi-Fi simultáneamente.
Los sistemas Z-wave son más costosos, pero eliminan los problemas relacionados con las interferencias, ya que funcionan en una longitud de onda relativamente diferente a la de las señales Wi-Fi..
¿Qué dispositivos usan Z-Wave??
La tecnología Z-wave se diseñó inicialmente para el control inalámbrico de hogares inteligentes, concentrándose en el control de iluminación residencial y comercial. Cambia algunos dispositivos independientes a dispositivos de red inteligentes, facilitando así el control y seguimiento inalámbrico. La tecnología Z-Wave se utiliza ampliamente para detectores de humo., control remoto, control de iluminación, seguridad y control del clima, accesorios, cerraduras de las puertas, y sensores de seguridad. Además, También se puede utilizar en medidores inteligentes para ofrecer la tasa de consumo de datos para el monitoreo de HVAC en el hogar..
¿Qué tan segura es la tecnología Z-Wave??
La red Z-Wave es realmente muy segura.. Asigna a cada dispositivo una ID de red única. Dado que cada sistema de control tiene una identificación diferente que se controla automáticamente, ningún tercero externo puede controlar los dispositivos.
Siempre que se requiera un nivel de seguridad extra, como cerraduras de puertas y otros dispositivos de seguridad, Z-Wave asegura y protege los datos del dispositivo utilizando una técnica de cifrado AES128 más avanzada.. La mayoría de los productos que se ejecutan en una red Z-Wave utilizan el método de cifrado Z-Wave AES..
Introducción al protocolo de comunicación Z-Wave
Los datos de control cortos se transfieren consistentemente entre unidades de nodos. De abajo a arriba, sus protocolos se clasifican en cinco capas: la capa fisica, capa MAC, capa de transporte, capa de enrutamiento, y capa de aplicación. La función de la capa MAC es establecer, mantener, y terminar cualquier conexión de información inalámbrica entre dispositivos. En total, lleva a cabo la verificación del marco, controla el acceso al canal, y se reserva la gestión de las franjas horarias.
La capa de medios adopta los mecanismos de evitación de colisiones. (cocodrilo CSMA CA) y acceso múltiple con detección de operador para mejorar la confiabilidad de la transmisión de datos. También evita que otros nodos transfieran señales cuando los nodos están disponibles para compartir información.. Por otro lado, La capa de transporte se utiliza principalmente para ofrecer una transmisión de datos consistente entre nodos.. Sus funciones clave son; verificación de marco, retransmisión, control de flujo, y verificación de marco.
La capa de enrutamiento controla el enrutamiento del marco de datos entre nodos.. También, Se asegura de que los marcos de datos se puedan transferir repetidamente entre varios nodos., escanea la topología de una red, y mantiene la tabla de enrutamiento. La capa de aplicación es responsable de la ejecución y descifrado de instrucciones en la red Z-Wave.. Sus funciones principales son; HomeID y sin asignación de ID, decodificación de Manchester, replicación del controlador de red, reconocimiento de instrucciones, y control de carga útil para tramas recibidas y transferidas.
Introducción de la frecuencia Z-Wave
la capa fisica
La onda Z es una tecnología inalámbrica que enfatiza en la aplicación de tasas bajas. Sus velocidades de transmisión están entre 9,6kbit/s y 40Kbit/s. El prior es más que satisfactorio para transferir comandos de control., mientras que este último puede ofrecer mecanismos de seguridad de red más avanzados. Tiene una banda de frecuencia de operación flexible en la banda ISM de 900MHz, 908.42MHz en Estados Unidos, y 868,42MHz en Europa. Sólo relativamente pocos dispositivos funcionan efectivamente en estas bandas.
Zigbee y Bluetooth utilizan la banda de 2,4GHz, que se está poblando progresivamente, y la intrusión es inevitable. Por lo tanto, la tecnología Z-Wave garantiza una comunicación confiable, aunque su tasa de consumo de energía es relativamente menor. Incorpora una codificación por cambio de frecuencia. (FSK) Modo de comunicación inalámbrica que es más adecuado para redes domésticas inteligentes.. Los nodos que funcionan con baterías se mantienen principalmente en estado de suspensión., donde frecuentemente se despiertan, para monitorear si hay alguna información que necesita recibir. Los nodos utilizan dos No ordinarios.. 7 baterías que duran hasta 10 años.
Garantiza que la aplicación tenga estabilidad a largo plazo., permitiendo así al usuario evadir la preocupación de cargar repetidamente y reemplazar la piscina eléctrica. Z-Wave tiene un sistema menos complejo que ZigBee y es más pequeño que el red bluetooth. Requiere poco almacenamiento, y su protocolo es sencillo. El protocolo de un módulo Z-Wave estándar es capturado por una memoria flash incorporada de 32 KB., mientras que el mismo módulo ZigBee necesita alrededor de 128 KB para usarse. Bluetooth requiere un módulo relativamente grande. Por eso, Los módulos Z-Wave son menos costosos que los módulos ZigBee o Bluetooth.
La red Z-Wave admite un máximo de 4 rutas niveladas y tiene una capacidad única de aproximadamente 232 nodos, mucho menos que el de ZigBee 65,535. Z-Wave no puede construir redes a gran escala en una aplicación universal en comparación con ZigBee. También, La red Z-Wave puede utilizar tecnología de nodo virtual para comunicarse con otros tipos de redes..
La capa MAC
La capa MAC controla el medio inalámbrico en la red Z-wave. La codificación Manchester es adoptada por el flujo de datos., que consiste en la cabeza del marco, cola del marco, datos del marco, y código anterior. Los datos del marco comprenden una parte del marco que se pasa a la capa de transporte.. Toda la información se transmite a través de un modo little-endian..
Aunque la capa MAC es autónoma de la frecuencia inalámbrica, medio, y técnica de modulación, requiere que la señal binaria completa o los datos de la trama se puedan obtener fácilmente a partir de los flujos de bits codificados o decodificados de Manchester al recibir información.. Se utiliza un bloque de datos de 8 bits para transmitir datos.. La parte más significativa (MSB) es el primer bit de datos que se transmite. Los datos se cifran en Manchester para lograr una señal sin CC..
En la capa MAC, Un mecanismo para evitar conflictos evita que los nodos transfieran información cuando otros nodos envían datos.. El mecanismo para evitar colisiones se implementa poniendo los nodos que no están transfiriendo información en modo de recepción y suspendiendo las comunicaciones en caso de que la capa MAC esté en la fase de recepción.. Todo tipo de nodos tienen un mecanismo activo para evitar colisiones.. Las transmisiones de tramas siempre se retrasan unos pocos milisegundos cuando el medio está ocupado..
El CSMA/CA forma el núcleo del mecanismo para evitar colisiones MAC.. El CSMA/CA comprende tres mecanismos; el intervalo entre fotogramas, escucha del portador, y retroceso aleatorio. Cada nodo utiliza el algoritmo de acceso distribuido de Carrier Sense Multiple Access (CSMA) para hacerlo completamente completo para que el canal logre la transmisión con precisión. El acuse de recibo (Reconocimiento) El mecanismo o el mecanismo de doble apretón de manos se utiliza en el modo CSMA/CA.. La trama ACK se envía inmediatamente cada vez que el receptor obtiene la trama correcta. La trama se envía correctamente cuando el remitente recibe la trama de Acuse de recibo..
Los datos se transmiten en una transmisión retrasada cuando el intervalo de trama es menor o igual que el tiempo de inactividad del medio.. El mecanismo de escucha de portadoras constituye la base de CSMA/CA.. El monitoreo de la portadora física se realiza en la capa física detectando las señales válidas de la antena.. La detección de señales válidas indica que el seguimiento de la portadora física ha considerado el canal ocupado. Además, La monitorización de la portadora MAC se logra en la capa MAC detectando el dominio entre tenacidad de la trama MAC..
La información se transmite solo cuando hay un canal inactivo. Un canal ocupado ejecuta el algoritmo de retroceso donde el canal se vuelve a detectar para evitar fallas entre los medios compartidos.. Varios nodos están esperando el medio.. Todos los nodos envían datos cuando el medio está inactivo, provocando así múltiples colisiones. De este modo, CSMA/CA controla el envío de tramas de cada nodo utilizando el tiempo de retroceso aleatorio.
La capa de transporte
La capa de transporte se utiliza para transmitir datos confiables entre nodos.. Comprende verificación de trama., control de flujo, retransmisión, y confirmación del marco. Además, La capa de transporte consta de tres tipos de marcos.. Ellos son;
Trama unidifusión: se dirige a un nodo definido.. La trama Unicast responde con una trama de respuesta ACK cuando el nodo objetivo recibe efectivamente la trama.. Por otro lado, la trama Unicast se vuelve a enviar una vez dañada o perdida. La trama de retransmisión encuentra retrasos aleatorios para evadir colisiones con otros sistemas.. El retraso inesperado siempre debe ser constante con la longitud máxima de la trama transferida y el tiempo necesario para obtener la trama de respuesta.. Las tramas Unicast también desactivan opcionalmente el mecanismo de respuesta en sistemas que no necesitan una transmisión confiable.. Una trama de respuesta es un tipo de trama de unidifusión en la red Z-Wave con un campo de datos de longitud O.
Tramas de multidifusión: las tramas de multidifusión se transfieren en la red desde los nodos. 1 a 232. El destino de la trama de multidifusión especifica todos los nodos de destino sin transmitir una trama discreta a cada nodo.. Las tramas de multidifusión no se pueden utilizar en sistemas que necesitan comunicaciones confiables ya que no responden activamente. Cuando las tramas de multidifusión necesitan confiabilidad, las tramas de unidifusión deben seguirlas.
Trama de transmisión: la trama de transmisión se transfiere a todos los nodos de la red.. La trama no recibe respuesta de ningún nodo.. Similar al marco de multidifusión, el marco de transmisión no se puede utilizar en sistemas que necesitan una comunicación confiable. Además, la trama de transmisión debe ir seguida de una trama de unidifusión en caso de que la trama de transmisión requiera confiabilidad.
Soluciones Z-Wave
Dispositivos como impresoras., escritorios, portátiles, y los microondas consumen energía incluso cuando no están en uso, representando así casi 20% de todas las facturas mensuales de energía en un hogar. Siempre es difícil apagar el termostato al salir de casa.. Los productos Z-Wave pueden ayudarle a volverse ecológico rápidamente, ya que están diseñados para ahorrar energía y costos en su hogar todos los días..
Los productos Z-wave se diferencian del resto porque interactúan a través de un sistema cohesivo. red de malla que permite el acceso y conexión de todos los dispositivos a través de una única aplicación portátil. Usando una aplicación que administra cuidadosamente toda tu casa inteligente, Puedes apagar todos los dispositivos que consumen más energía en menos de un segundo desde casi cualquier lugar.. Algunas de las formas en que se puede utilizar la tecnología Z-Wave para minimizar las facturas de energía en los hogares son;
- Iluminación inteligente – Cambiar a una iluminación que detecte movimiento para impedir que las luces consuman energía cuando todos están ausentes. Podrás establecer un programa de iluminación que encienda y apague las luces automáticamente según la hora del día.. Además, Puedes ajustar automáticamente el brillo de tus luces usando sensores de luz..
- Termostato inteligente: se puede utilizar un teléfono móvil para controlar un termostato inteligente. Se puede utilizar para ahorrar energía cuando está fuera de casa de manera eficiente y encenderlo automáticamente antes de llegar a casa.. El termostato inteligente se apaga automáticamente cuando la ventana está abierta, asegurándonos así de que no se utilice energía innecesaria. Estos termostatos se autorregulan mecánicamente según la configuración de temperatura del centro inteligente, para que el usuario no tenga que preocuparse por encender y apagar el termostato.
- Enchufes inteligentes: los enchufes inteligentes utilizan la red Z-Wave y ofrecen anillos teñidos en el exterior y cambios de color según los niveles de uso de energía para permitir al usuario controlar el uso.. Un enchufe inteligente se apaga automáticamente cada vez que hay un exceso de consumo de energía. Los dispositivos que desperdician energía y todos los productos tecnológicos que consumen energía se pueden controlar mediante enchufes inteligentes apagándolos cuando no estén en uso.
La historia de Z-Wave
La tecnología Z-wave fue desarrollada por una empresa danesa conocida como Zensys. Dos ingenieros daneses fundaron la empresa a finales de los años 90.. Zensys ha pasado de crear soluciones de domótica a ser un proveedor de comunicaciones técnicas. La empresa ofrece soporte técnico a empresas que diseñan soluciones de control interoperable. Proveedores de todo el mundo reconocen la tecnología Z-wave por su interoperabilidad y confiabilidad, construyendo así el mayor ecosistema compatible.
La empresa Zensys lanzó al mercado el primer hardware en 2003. Combinaba un transceptor estándar y un microcontrolador. (Atmel). La expansión de esta plataforma de hardware ha llevado al crecimiento de generaciones de chips posteriores. 100 (2003), 200 (2005), 300 (2007), 400 (2009) y lo último 500 (2012).
Otro hito en la historia de Z-Wave se realizó en 2005 después de la formación del Alianza Z-Wave. Esta alianza tiene como objetivo reunir empresas que fabriquen productos compatibles con la tecnología Z-Wave. Por 2008, encima 100 empresas manufactureras se habían sumado a la alianza. La Z-Wave Alliance se ha sostenido cada vez más para mejorar los estándares y gestionar eventos promocionales globales como ferias comerciales..
El Consorcio Z-Wave también es responsable de mantener la interoperabilidad de varios dispositivos basados en el protocolo Z-Wave.. Esto se logra mediante el establecimiento de un sistema de verificación crítico y una valiosa base de código fuente preempaquetado para garantizar que los dispositivos con el logotipo Z-Wave cumplan con los requisitos. 3 requisitos de la Alianza Z-Wave. Estos requisitos son; excelente eficiencia, Cumplimiento de las especificaciones del protocolo de comunicación., y experiencia de usuario confiable.
Estado del mercado de productos Z-Wave
El mercado estadounidense es el mayor objetivo para los productos Z-wave.. Encima 70% de quienes usan productos Z-Wave son de Estados Unidos, mientras que el otro 25% están en Europa y 5% tienen su sede en China. Siendo Estados Unidos una nación comparativamente desarrollada, Muchas personas en el país han adoptado rápidamente la tecnología Z-Wave.. Esto se debe a que la mayoría de las casas en las ciudades estadounidenses son grandes.; por lo tanto, es un desafío pasar de una habitación a otra, apagando las luces.
Además, ya que estados unidos es un país grande, la seguridad es su principal preocupación; por lo tanto, tienen servicios de sistemas de seguridad muy maduros.. En empresas de seguridad, La seguridad aguas abajo y aguas arriba de toda la cadena es perfecta., independientemente de si se trata de una construcción, producto, o servicio postventa. Basado en esto, Los sistemas domésticos inteligentes pueden mejorar las promulgaciones importantes para las empresas de seguridad.. Los hogares inteligentes son más frecuentes en los Estados Unidos, ya que las personas que viven allí están más que felices de adoptar esta nueva tecnología en sus hogares..
