Z-wave fait référence à un système radio utilisé par de nombreux appareils domestiques intelligents. La maison intelligente est une technologie essentielle du 21e siècle qui peut vous aider à toujours connecter une extrémité de votre système domestique à l'autre.. Les technologies Z-Wave et ZigBee sont deux standards majeurs qui peuvent être utilisés pour appareils intelligents, éclairage intelligent, contrôle d'automatisation, équipements de chauffage et de sécurité.
Qu'est-ce que la technologie Z-Wave?
Z-wave a été initialement développé en 1999 par une société danoise connue sous le nom de Zensys. C'est un simple, substitut économique et polyvalent aux systèmes domotiques. Depuis son développement, il a rapidement obtenu le soutien de plus de 700 marques et entreprises d'électronique domestique, comme Huawei, ADT, Samsung Intelligence, LG, General Electric, Août, SMIC, et Ingersoll Rand. Actuellement, il ya plus de 2,600 divers produits certifiés Z-Wave sur le marché, tous construits pour l'interopérabilité.
Comment fonctionne Z-Wave?
Le réseau Z-wave est spécialement conçu pour relier Maison intelligente appareils et hubs intelligents. La technologie Z-wave se retrouve dans les commutateurs intelligents, thermostats, capteurs, etc. Il peut connecter des appareils dans une maison de taille appropriée, bien qu'il consomme beaucoup moins d'énergie que le Bluetooth et le Wi-Fi classiques.
Comme la technologie Zigbee, Z-Wave se connecte aux appareils en utilisant une topologie de grille. Cela implique qu'au lieu que chaque appareil doive se connecter directement à un routeur ou un hub, les appareils utilisant la technologie Z-Wave peuvent transmettre des paquets de données entre les appareils. Donc, lorsque la distance entre une ampoule Z-Wave et le moyeu est grande, le signal peut toujours être transmis à l'emplacement souhaité, en passant par les capteurs et les appareils.
Cet arrangement rend Z-Wave plus flexible, encore légèrement plus lent que le Wi-Fi. Sa portée réseau augmente considérablement lorsque de nombreux appareils Z-Wave sont installés. De plus, l'installation de nombreux appareils rend la technologie Z-Wave plus robuste car il existe de nombreuses techniques pour transmettre des paquets de données d'un point à un autre.
Z-Wave contre Zigbee
Les fréquences de fonctionnement du Z-Wave vont de 800 à 900 MHz, alors que Zigbee peut même fonctionner pleinement à 2.4 GHz. Cela implique que les appareils activés avec Z-Wave ont un taux de transmission de données bien inférieur à celui des appareils activés avec ZigBee.. En outre, Z-wave prend en charge une transmission de données inférieure de 9.6-10 KBPS, alors que Zigbee peut prendre en charge des transmissions allant jusqu'à 250 KBPS.
Néanmoins, Les appareils Z-Wave ont une très faible possibilité d'interférence externe, alors que les appareils Zigbee ont une possibilité plus importante. Les technologies Z-wave et Zigbee ajoutent des appareils à leurs réseaux en mettant en œuvre des topologies de réseau maillé. Seulement moins de 232 les appareils peuvent être pris en charge dans un réseau Z-wave, mais Réseaux Zigbee peut supporter plus de 65,000 dispositifs. Dans le cas d'un propriétaire, ayant même 232 les unités sont plus que suffisantes pour gérer entièrement une maison.
Le cryptage AES 128 bits est utilisé en toute sécurité, sans piratage, dans les réseaux Z-Wave et ZigBee. La sécurité absolue étant une contradiction, il est essentiel de réaliser que les deux réseaux adoptent des méthodes similaires pour la sécurité des utilisateurs finaux. En plus, la gamme d'appareils Z-Wave est d'environ 30 mètres, alors que les appareils Zigbee ont une portée limitée de moins de 20 mètres.
En plus, il est essentiel de savoir que le Consortium Zigbee exploite et gère la technologie Zigbee standard disponible, alors que la société d'appareils Sigma possède à titre privé la technologie Z-Wave. Ils disposent donc de contrôles plus stricts qui garantissent la compatibilité des appareils avec de nombreux contrôleurs..
Z-Wave contre Wi-Fi
Les avantages du Wi-Fi pour l’automatisation
Le Wi-Fi présente de multiples avantages lorsqu’il est utilisé pour la domotique. Les appareils Wi-Fi peuvent être placés n'importe où dans une pièce sans craindre de trébucher sur les cordes nécessaires pour courir.. La systématisation avec un réseau Wi-Fi peut aider à libérer les ports du routeur pour ces autres appareils lorsqu'un ou plusieurs appareils sont câblés au routeur..
Les systèmes domotiques basés sur le réseau Wi-Fi sont aussi fiables que réseaux sans fil. L'automatisation diminue chaque fois qu'un réseau Wi-Fi tombe fréquemment en panne.
Les avantages du Z-Wave pour l’automatisation
Sur la question de savoir si le Z-Wave est plus adapté à l'automatisation que le Wi-Fi? Croyez-le ou non, il est plus facile de configurer un réseau Z-Wave qu'un réseau Wi-Fi car il n'y a pas de soucis à ce sujet qui interfère avec un signal Wi-Fi domestique.
La plupart des appareils Z-Wave peuvent ajouter directement et rapidement de nouveaux appareils à un système domestique car ils peuvent se détecter automatiquement.. De plus, le réseau Z-Wave est plus flexible, et des milliers d'appareils différents peuvent fonctionner sur les fréquences Z-Wave. Ainsi, il est plus facile d'établir le meilleur appareil pour vos besoins.
La compatibilité est une chose de plus que le réseau Z-Wave ne peut pas contester avec le Wi-Fi. Les appareils utilisant le réseau Z-wave sont rétrocompatibles. Ainsi, les appareils plus anciens sont compatibles avec le système actuel, et tous les nouveaux appareils développés devraient être compatibles avec les paramètres déjà existants.
Z-wave est automatisé avec le Wi-Fi.
Les systèmes domotiques peuvent être configurés à l'aide de Z-Wave et Réseaux Wi-Fi. Des systèmes de sécurité aux appareils intelligents en passant par l’éclairage et les ouvre-portes de garage, les deux réseaux peuvent être utilisés pour se connecter à presque tous les appareils électroniques.
Si votre maison dispose déjà d'un réseau Wi-Fi existant, aucune configuration ou coût supplémentaire n'est requis. Les appareils domotiques compatibles Wi-Fi sont moins chers que les appareils compatibles Z-Wave, bien que divers problèmes surviennent lorsque trop d'appareils sont connectés simultanément à un réseau Wi-Fi.
Les systèmes Z-wave sont plus coûteux, mais ils éliminent les problèmes liés aux interférences car ils fonctionnent à une longueur d'onde relativement différente de celle des signaux Wi-Fi.
Quels appareils utilisent Z-Wave?
La technologie Z-wave a été initialement conçue pour le contrôle sans fil des maisons intelligentes, se concentrer sur le contrôle de l'éclairage commercial et résidentiel. Il transforme certains appareils autonomes en appareils réseau intelligents, facilitant ainsi le contrôle et la surveillance sans fil. La technologie Z-Wave est largement utilisée pour les détecteurs de fumée, télécommande, contrôle d'éclairage, sécurité et contrôle climatique, appareils électroménagers, serrures de porte, et capteurs de sécurité. De plus, il peut également être utilisé dans les compteurs intelligents pour offrir le taux de consommation de données pour la surveillance CVC domestique.
Dans quelle mesure la technologie Z-Wave est-elle sécurisée?
Le réseau Z-Wave est en effet très sécurisé. Il attribue à chaque appareil un identifiant de réseau unique. Puisque chaque système de contrôle a un identifiant différent qui est automatiquement contrôlé, aucune partie externe ne peut contrôler les appareils.
Chaque fois qu'un niveau de sécurité supplémentaire est requis, tels que les serrures de porte et autres dispositifs de sécurité, Z-Wave sécurise et protège les données de l'appareil à l'aide d'une technique de cryptage AES128 plus avancée. La méthode de cryptage Z-Wave AES est utilisée par la plupart des produits fonctionnant sur un réseau Z-Wave.
Introduction au protocole de communication Z-Wave
Des données de contrôle courtes sont transférées de manière cohérente entre les unités de nœuds. De bas en haut, ses protocoles sont classés en cinq couches: la couche physique, Couche MAC, couche de transport, couche de routage, et couche d'application. Le rôle de la couche MAC est d'établir, maintenir, et mettre fin à toutes les connexions d'informations sans fil entre les appareils. Tout à fait, il effectue une vérification de trame, contrôle l'accès aux chaînes, et se réserve la gestion des plages horaires.
La couche média adopte les mécanismes d'évitement des collisions (CSMA crocodile CA) et accès multiple par détection de transporteur pour améliorer la fiabilité de la transmission de données. Il empêche également les autres nœuds de transférer des signaux lorsque les nœuds sont disponibles pour partager des informations.. D'autre part, la couche transport est principalement utilisée pour offrir une diffusion de données cohérente entre les nœuds. Ses rôles clés sont; vérification de la trame, retransmission, contrôle de flux, et vérification du cadre.
La couche de routage contrôle le routage de la trame de données entre les nœuds. Aussi, il garantit que les trames de données peuvent être transférées de manière répétitive entre différents nœuds, analyse la topologie d'un réseau, et maintient la table de routage. La couche application est responsable de l'exécution des instructions et du décryptage dans le réseau Z-Wave. Ses rôles principaux sont; Attribution de HomeID et No ID, Décodage de Manchester, réplication du contrôleur réseau, reconnaissance d'instructions, et contrôle de la charge utile pour les trames reçues et transférées.
Introduction de la fréquence Z-Wave
La couche physique
La vague Z est une Technologie sans fil qui met l'accent sur l'application de taux bas. Ses débits de transmission sont compris entre 9,6kbit/s et 40Kbit/s. Le précédent est plus que satisfaisant pour transférer des commandes de contrôle, tandis que ces derniers peuvent offrir des mécanismes de sécurité réseau plus avancés. Il dispose d'une bande de fréquences de fonctionnement flexible dans la bande ISM de 900 MHz, 908.42MHz aux États-Unis, et 868,42 MHz en Europe. Seuls relativement peu d’appareils fonctionnent efficacement dans ces bandes.
Zigbee et Bluetooth utilisent la bande 2,4 GHz, qui devient progressivement bondé, et l'intrusion est inévitable. Donc, la technologie Z-Wave garantit une communication fiable, bien que son taux de consommation d'énergie soit relativement inférieur. Il intègre une modulation par changement de fréquence (FSK) mode de communication sans fil plus adapté aux réseaux de maison intelligente. Les nœuds alimentés par batteries sont principalement maintenus en mode veille, où ils se réveillent fréquemment, pour surveiller s'il y a des informations qu'il doit recevoir. Les nœuds utilisent deux Non ordinaires. 7 piles durent jusqu'à 10 années.
Il garantit que l’application a une stabilité à long terme, permettant ainsi à l'utilisateur d'éviter le souci de recharge récurrente et de remplacement du parc électrique. Z-Wave a un système moins complexe que ZigBee et est plus petit que le Réseau Bluetooth. Cela nécessite un petit stockage, et son protocole est simple. Le protocole d'un module Z-Wave standard est capturé par une mémoire flash intégrée de 32 Ko, alors que le même module ZigBee a besoin d'environ 128 Ko pour être utilisé. Bluetooth nécessite un module relativement gros. Ainsi, Les modules Z-Wave sont moins coûteux que les modules ZigBee ou Bluetooth.
Le réseau Z-Wave prend en charge un maximum de 4 routes de niveau et a une capacité unique d'environ 232 nœuds, bien moins que celui de ZigBee 65,535. Z-Wave ne peut pas créer de réseaux à grande échelle dans une application universelle par rapport à ZigBee. Aussi, le réseau Z-Wave peut utiliser la technologie des nœuds virtuels pour communiquer avec d'autres types de réseaux.
La couche MAC
La couche MAC contrôle le support sans fil dans le réseau Z-wave. Le codage Manchester est adopté par le flux de données, qui se compose de la tête du cadre, queue de cadre, données de trame, et le code précédent. Les données de trame comprennent une partie de trame qui est transmise à la couche de transport. Toutes les informations sont transmises via un mode petit-boutiste.
Bien que la couche MAC soit indépendante de la fréquence sans fil, moyen, et technique de modulation, cela nécessite que le signal binaire complet ou les données de trame puissent être facilement obtenus à partir des flux binaires codés ou décodés Manchester lors de la réception d'informations. Un bloc de données de 8 bits est utilisé pour transmettre des données. Le bit le plus important (MSB) est le premier bit de données à transmettre. Les données sont cryptées à Manchester pour obtenir un signal sans DC.
Dans la couche MAC, un mécanisme d'évitement des conflits empêche les nœuds de transférer des informations lorsque d'autres nœuds envoient des données. Le mécanisme d'évitement des collisions est mis en œuvre en mettant les nœuds qui ne transfèrent pas d'informations en mode réception et en suspendant les communications au cas où la couche MAC serait en phase de réception.. Tous les types de nœuds disposent d'un mécanisme actif d'évitement des collisions. Les transmissions de trames sont toujours retardées de quelques millisecondes lorsque le support est occupé.
Le CSMA/CA constitue le cœur du mécanisme d’évitement des collisions MAC. Le CSMA/CA comprend trois mécanismes; l'intervalle inter-trame, porteuse à l'écoute, et recul aléatoire. Chaque nœud utilise l'algorithme d'accès distribué de Carrier Sense Multiple Access (CSMA) pour le rendre complètement complet pour que le canal atteigne la transmission avec précision. L'ACK (Reconnaissance) Le mécanisme ou le mécanisme de prise de contact double est utilisé en mode CSMA/CA. La trame ACK est immédiatement envoyée chaque fois que le récepteur obtient la trame correcte. La trame est envoyée avec succès lorsque l'expéditeur reçoit la trame d'accusé de réception.
Les données sont transmises dans une transmission retardée lorsque l'intervalle de trame est inférieur ou égal au temps d'inactivité du support.. Le mécanisme d’écoute des porteuses constitue la base du CSMA/CA. La surveillance des porteurs physiques est effectuée au niveau de la couche physique en détectant les signaux valides de l'antenne.. La détection de signaux valides montre que la surveillance du support physique a considéré le canal occupé. De plus, La surveillance de la porteuse MAC est réalisée au niveau de la couche MAC en détectant le domaine inter-ténacité de la trame MAC..
Les informations sont diffusées uniquement lorsqu'il y a un canal inactif. Un canal occupé exécute l'algorithme d'interruption où le canal est redétecté pour éviter les plantages entre les médias partagés.. Plusieurs nœuds attendent le support. Tous les nœuds envoient des données lorsque le support est inactif, conduisant ainsi à de multiples collisions. Ainsi, CSMA/CA contrôle l'envoi de trames de chaque nœud en utilisant le temps d'attente aléatoire.
La couche transport
La couche transport est utilisée pour transmettre des données fiables entre les nœuds. Il comprend la vérification de la trame, contrôle de flux, retransmission, et confirmation de trame. De plus, la couche de transport est composée de trois types de trames. Ils sont;
Trame Unicast – Elle est dirigée vers un nœud défini. La trame Unicast répond avec une trame de réponse ACK lorsque le nœud cible reçoit effectivement la trame. D'autre part, la trame Unicast est renvoyée une fois endommagée ou perdue. La trame de retransmission rencontre des retards aléatoires pour éviter les collisions avec d'autres systèmes. Le délai inattendu doit toujours être constant avec la longueur maximale de la trame transférée et la durée nécessaire pour obtenir la trame de réponse.. Les trames Unicast désactivent également éventuellement le mécanisme de réponse dans les systèmes qui n'ont pas besoin d'une transmission fiable.. Une trame de réponse est une sorte de trame unicast dans le réseau Z-Wave avec un champ de données de longueur O..
Trames multicast – Les trames multicast sont transférées dans le réseau à partir des nœuds 1 à 232. La destination de la trame de multidiffusion spécifie tous les nœuds de destination sans transmettre de trame discrète à chaque nœud. Les trames multicast ne peuvent pas être utilisées dans les systèmes nécessitant des communications fiables car elles ne répondent pas activement. Lorsque les trames de multidiffusion ont besoin de fiabilité, les trames unicast doivent les suivre.
Trame de diffusion – La trame de diffusion est transférée à tous les nœuds du réseau. La trame ne reçoit de réponse d'aucun nœud. Similaire à la trame multicast, la trame de diffusion ne peut pas être utilisée dans des systèmes nécessitant une communication fiable. De plus, la trame de diffusion doit être suivie d'une trame unicast au cas où la trame de diffusion nécessiterait une fiabilité.
Solutions Z-Wave
Appareils comme les imprimantes, ordinateurs de bureau, ordinateurs portables, et les micro-ondes consomment de l'énergie même lorsqu'ils ne sont pas utilisés, représentant ainsi presque 20% de toutes les factures d'énergie mensuelles d'une maison. Il est constamment difficile d'éteindre le thermostat lorsque l'on quitte la maison. Les produits Z-Wave peuvent vous aider à passer rapidement au vert car ils sont conçus pour économiser quotidiennement de l'énergie et des coûts dans votre maison..
Les produits Z-wave sont différents des autres car ils interagissent via un réseau maillé qui permet l'accès et la connexion de tous les appareils via une seule application portable. Utiliser une application qui gère soigneusement toute votre maison intelligente, vous pouvez éteindre tous les appareils qui consomment plus d'énergie en moins d'une seconde depuis presque n'importe quel endroit. Certaines des façons dont la technologie Z-Wave peut être utilisée pour minimiser les factures d'énergie dans les maisons sont;
- Éclairage intelligent – Passez à un éclairage qui détecte les mouvements pour empêcher les lumières de consommer de l’énergie lorsque tout le monde est absent. Vous pouvez établir un programme d'éclairage qui allume et éteint automatiquement les lumières en fonction de l'heure de la journée.. En plus, vous pouvez régler automatiquement la luminosité de vos lumières à l'aide de capteurs de lumière.
- Thermostat intelligent – Un téléphone mobile peut être utilisé pour contrôler un thermostat intelligent. Il peut être utilisé pour économiser efficacement de l'énergie lorsque vous êtes loin de la maison et l'allumer automatiquement avant de rentrer à la maison.. Le thermostat intelligent s'éteint automatiquement lorsque la fenêtre est ouverte, garantissant ainsi qu'aucune énergie inutile n'est utilisée. Ces thermostats s'autorégulent mécaniquement en fonction des paramètres de température du hub intelligent., l'utilisateur n'a donc pas à se soucier d'allumer et d'éteindre le thermostat.
- Prises intelligentes – Les prises intelligentes utilisent le réseau Z-Wave et proposent des anneaux teints à l'extérieur et des changements de couleur en fonction des niveaux de consommation d'énergie pour permettre à l'utilisateur de surveiller l'utilisation.. Une prise intelligente s'éteint automatiquement chaque fois que la consommation d'énergie est excessive. Les appareils énergivores et tous les produits technologiques consommateurs d'énergie peuvent être contrôlés à l'aide de prises intelligentes en les éteignant lorsqu'ils ne sont pas utilisés..
L'histoire de Z-Wave
La technologie Z-wave a été développée par une société danoise connue sous le nom de Zensys. Deux ingénieurs danois ont créé l'entreprise à la fin des années 1990.. Zensys est passé de la création de solutions domotiques à celle de fournisseur de communications techniques. La société offre un support technique aux entreprises qui conçoivent des solutions de contrôle interopérable. Les fournisseurs du monde entier reconnaissent la technologie Z-wave pour son interopérabilité et sa fiabilité, construisant ainsi le plus grand écosystème compatible.
La société Zensys a lancé le premier matériel sur le marché en 2003. Il combinait un émetteur-récepteur standard et un microcontrôleur (Atmel). L'expansion de cette plate-forme matérielle a conduit à la croissance des générations de puces suivantes 100 (2003), 200 (2005), 300 (2007), 400 (2009) et le dernier 500 (2012).
Une autre étape importante dans l'histoire de Z-Wave a été réalisée en 2005 après la formation du Alliance Z-Wave. Cette alliance vise à regrouper les entreprises qui fabriquent des produits compatibles avec la technologie Z-Wave. Par 2008, sur 100 des entreprises manufacturières avaient rejoint l'alliance. L'Alliance Z-Wave s'efforce de plus en plus d'améliorer les normes et de gérer des événements promotionnels mondiaux tels que des salons professionnels..
Le Consortium Z-Wave est également chargé de conserver l'interopérabilité de plusieurs appareils basés sur le protocole Z-Wave.. Cet objectif est atteint grâce à la mise en place d'un système de vérification critique et d'une précieuse base de code source préemballée pour garantir que les appareils épinglés avec un logo Z-Wave répondent aux exigences. 3 exigences de la Z-Wave Alliance. Ces exigences sont; excellente efficacité, respect des spécifications du protocole de communication, et une expérience utilisateur fiable.
État du marché pour les produits Z-Wave
Le marché américain est la plus grande cible des produits Z-wave. Sur 70% des utilisateurs de produits Z-Wave viennent des États-Unis, tandis que l'autre 25% sont en Europe et 5% sont basés en Chine. Les États-Unis étant un pays relativement développé, de nombreuses personnes dans le pays ont rapidement adopté la technologie Z-Wave. C'est parce que la plupart des maisons dans les villes américaines sont grandes; il est donc difficile de passer d'une pièce à l'autre, éteindre les lumières.
De plus, puisque les États-Unis sont un grand pays, la sécurité est sa première préoccupation; ils disposent donc de services de système de sécurité très matures. Dans les entreprises de sécurité, la sécurité en aval et en amont de toute la chaîne est parfaite, qu'il s'agisse ou non d'une construction, produit, ou service après-vente. Basé sur ceci, les systèmes de maison intelligente peuvent améliorer des mesures importantes pour les entreprises de sécurité. Les maisons intelligentes sont plus répandues aux États-Unis, car les personnes qui y vivent sont plus qu'heureuses d'adopter cette nouvelle technologie dans leur maison..
