Z-wave は、多くのスマート ホーム デバイスで使用される無線システムを指します. スマート ホームは、ホーム システムの一方の端をもう一方の端に常に接続するのに役立つ 21 世紀の必須テクノロジーです。. Z-Wave テクノロジーと ZigBee テクノロジーは、次の目的で使用できる 2 つの主要な標準です。 スマートデバイス, スマート照明, 自動化制御, 暖房およびセキュリティ設備.
Z-Waveテクノロジーとは?
Z-waveが最初に開発されたのは、 1999 Zensysとして知られるデンマークの会社によって. シンプルです, ホームオートメーションシステムの経済的で多用途な代替品. 開発以来, それは急速に以上の人々の支持を獲得しました 700 家電ブランドと企業, ファーウェイなど, ADT, サムスンインテリジェンス, LG, ゼネラル・エレクトリック, 8月, SMIC, とインガソール・ランド. 現在, 終わりました 2,600 市場にあるさまざまな Z-Wave 認定製品, すべて相互運用のために構築されています.
Z-Waveの仕組み?
Z-wave ネットワークは、リンクするために特別に構築されています。 スマートホーム デバイスとスマートハブ. Z-wave テクノロジーはスマート スイッチに搭載されています, サーモスタット, センサー, 等. 適切なサイズの家の中でデバイスを接続できます, ただし、通常の Bluetooth や Wi-Fi よりも消費電力が大幅に少なくなります。.
Zigbeeテクノロジーのように, Z-Wave はグリッド トポロジを使用してデバイスに接続します. これは、すべてのデバイスがルーターまたはハブに直接リンクする必要があるのではなく、, Z-Wave テクノロジーを使用するデバイスは、デバイス間でデータ パケットを送受信できます。. したがって, Z-Waveバルブとハブ間の距離が遠い場合, 信号は依然として目的の場所に送信できます, センサーやデバイスを通過する.
この配置により、Z-Wave はより柔軟になります, Wi-Fiよりもわずかに遅い. 多くの Z-Wave デバイスがインストールされると、そのネットワーク範囲は大幅に拡大します. さらに, ある地点から別の地点にデータ パケットを送信するための技術が多数あるため、多くのデバイスを設置することで Z-Wave テクノロジーがより堅牢になります。.
Z-Wave VS Zigbee
Z-Wave の動作周波数の範囲は次のとおりです。 800 に 900 MHz, 一方、Zigbee は次の場合でも完全に機能します。 2.4 GHz. これは、Z-Wave が有効になっているデバイスのデータ送信速度が、ZigBee が有効になっているデバイスよりもはるかに低いことを意味します。. さらに, Z-wave は、より低いデータ伝送をサポートします。 9.6-10 KBPS, 一方、Zigbee は最大で 250 KBPS.
それにもかかわらず, Z-Wave デバイスは外部干渉の可能性が非常に低いです, 一方、Zigbee デバイスにはより重要な可能性があります。. Z-wave および Zigbee テクノロジーは、メッシュ ネットワーク トポロジを実装することでネットワークにデバイスを追加します. 未満のみ 232 Z-wave ネットワークでデバイスをサポートできます, しかし Zigbee ネットワーク 以上をサポートできます 65,000 デバイス. 持ち家の場合, 均一である 232 ユニットは家全体を運営するのに十分すぎるほど必要です.
AES 128 ビット暗号化は、Z-Wave ネットワークと ZigBee ネットワークの両方でハッキングされることなく安全に使用されます。. 絶対的な安全は矛盾している, 両方のネットワークがエンドユーザーのセキュリティに同様の方法を採用していることを認識することが重要です. さらに, Z-Wave デバイスの範囲は約 30 メートル, 一方、Zigbee デバイスの通信範囲は次の範囲に限られています。 20 メートル.
その上, Zigbee コンソーシアムが利用可能な標準 Zigbee テクノロジーを実行および管理していることを知っておくことが重要です。, 一方、シグマデバイス会社は Z-Wave テクノロジーを非公開で所有しています。. したがって、多くのコントローラーとのデバイスの互換性を保証するより厳密な制御が行われます。.
Z-Wave VS Wi-Fi
自動化における Wi-Fi の利点
Wi-Fi をホーム オートメーションに使用すると、さまざまな利点があります. Wi-Fi デバイスは、走行に必要なロープにつまずく心配がなく、部屋のどこにでも設置できます。. Wi-Fi ネットワークを使用してシステム化すると、1 つ以上のデバイスがルーターに配線されている場合に、他のデバイス用にルーター ポートを解放できます。.
Wi-Fi ネットワークをベースにしたホーム オートメーション システムは、次のような信頼性があります。 ワイヤレスネットワーク. Wi-Fi ネットワークが頻繁にダウンすると自動化が低下します.
自動化における Z-Wave の利点
Z-Wave が Wi-Fi よりも自動化に適しているかどうかについて? 信じようと信じまいと, Z-Wave ネットワークは、家庭用 Wi-Fi 信号に干渉する心配がないため、Wi-Fi よりも簡単にセットアップできます。.
ほとんどの Z-Wave デバイスは相互に自動的に検出できるため、新しいデバイスをホーム システムに直接かつ迅速に追加できます。. さらに, Z-Wave ネットワークはより柔軟です, 数千のさまざまなデバイスが Z-Wave 周波数で実行可能. したがって、, 必要に応じて最適なデバイスを確立するのが簡単になります.
Z-Wave ネットワークが Wi-Fi に対抗できないもう 1 つの点は、互換性です。. Z-wave ネットワークを使用するデバイスには下位互換性があります. したがって, 古いデバイスは現在のシステムと互換性があります, 開発された新しいデバイスは、既存の設定と互換性があることが期待されます.
Z-wave は Wi-Fi で自動化されます.
ホーム オートメーション システムは、Z-Wave と Wi-Fiネットワーク. セキュリティ システムからスマート家電、照明やガレージ ドア オープナーまで, 両方のネットワークを使用して、ほぼすべての電子デバイスに接続できます.
ご自宅にすでに Wi-Fi ネットワークがある場合, 追加のセットアップやコストは必要ありません. Wi-Fi 対応のホーム オートメーション デバイスは、Z-Wave 対応のデバイスよりも安価です, ただし、Wi-Fi ネットワークに同時に接続するデバイスが多すぎると、さまざまな問題が発生します。.
Z-wave システムは高価です, ただし、Wi-Fi 信号とは比較的異なる波長で動作するため、干渉に関する問題は解消されます。.
Z-Wave を使用するデバイス?
Z-wave テクノロジーは当初、スマート ホームのワイヤレス制御のために設計されました, ビジネスと住宅の照明制御に注力. 一部のスタンドアロン デバイスをスマート ネットワーキング デバイスに変更します。, したがって、ワイヤレス制御と監視が容易になります。. Z-Wave テクノロジーは煙探知器に広く使用されています, リモコン, 照明制御, セキュリティと気候制御, 家電製品, ドアロック, およびセキュリティセンサー. さらに, スマート メーターで使用して、家庭用 HVAC モニタリングのデータ消費率を提供することもできます。.
Z-Wave テクノロジーの安全性はどのくらいですか?
Z-Wave ネットワークは確かに非常に安全です. すべてのデバイスに一意のネットワーク ID を割り当てます. 制御システム毎に自動制御されるIDが異なるため, 外部当事者はデバイスを制御できません.
追加のセキュリティ レベルが必要な場合, ドアロックやその他のセキュリティ装置など, Z-Wave は、より高度な AES128 暗号化技術を使用してデバイスのデータを保護します。. Z-Wave AES 暗号化方式は、Z-Wave ネットワーク上で実行されているほとんどの製品で使用されています.
Z-Wave通信プロトコルの概要
短い制御データがノードユニット間で一貫して転送されます. 下から上へ, そのプロトコルは 5 つの層に分類されます: 物理層, MAC層, トランスポート層, ルーティング層, とアプリケーション層. MAC 層の役割は、, 維持する, デバイス間の無線情報接続を終了します. 全体的に, フレーム検証を実行します, チャネルアクセスを制御する, タイムスロットの管理を予約します.
メディア層は衝突回避のメカニズムを採用しています。 (CSMA クロコダイル CA) データ伝送の信頼性を高めるためのキャリアセンスマルチアクセス. また、ノードが情報を共有できるときに他のノードが信号を転送することも停止します。. 一方で, トランスポート層は主に、ノード間で一貫したデータ ブロードキャストを提供するために使用されます。. その主な役割は次のとおりです。; フレーム検証, 再送信, フロー制御, そしてフレーム検証.
ルーティング層はノード間のデータフレームのルーティングを制御します. また, さまざまなノード間でデータ フレームを繰り返し転送できるようにします。, ネットワークのトポロジをスキャンします, そしてルーティングテーブルを維持します. アプリケーション層は、Z-Wave ネットワークでの命令の実行と復号化を担当します。. その主な役割は次のとおりです。; HomeID と ID 割り当てなし, マンチェスター復号化, ネットワークコントローラーのレプリケーション, 指示の認識, 受信および転送されたフレームのペイロード制御.
Z-Wave周波数の導入
物理層
Zウェーブというのは、 無線技術 低金利の適用を重視. 伝送速度は 9.6kbit/s ～ 40Kbit/s です。. 前例は制御コマンドの転送には十分以上です, 一方、後者はより高度なネットワーク セキュリティ メカニズムを提供できます。. 900MHzのISM帯域で柔軟な動作周波数帯域を備えています。, 908.42米国におけるMHz, ヨーロッパでは868.42MHz. これらの帯域で効果的に動作するデバイスは比較的少数です.
Zigbee と Bluetooth は 2.4GHz 帯域を使用します, 徐々に混雑してきています, そして侵入は避けられない. したがって, Z-Wave テクノロジーは信頼性の高い通信を保証します, 電力消費率は比較的低いですが、. 周波数シフトキーイングを組み込んでいます (FSK) スマートホームネットワークにより適した無線通信モード. バッテリーで電源が供給されているノードは、主にスリープモード状態に保たれます。, 彼らが頻繁に目覚める場所, 受信する必要がある情報があるかどうかを監視するため. ノードは 2 つの通常の No を使用します。. 7 バッテリー持続時間 10 年.
アプリケーションの長期的な安定性を保証します, したがって、ユーザーは繰り返しの充電や電気プールの交換の心配を回避できます。. Z-Wave のシステムは ZigBee よりも複雑ではなく、サイズも ZigBee よりも小さいです。 Bluetoothネットワーク. 小さいながらも資料置き場なども必要です, そしてそのプロトコルはシンプルです. 標準 Z-Wave モジュールのプロトコルは、内蔵の 32KB フラッシュ メモリにキャプチャされます, 一方、同じ ZigBee モジュールを使用するには約 128KB が必要です. Bluetooth には比較的大きなモジュールが必要です. したがって、, Z-Wave モジュールは ZigBee または Bluetooth モジュールよりも安価です.
Z-Wave ネットワークは最大で次のものをサポートします。 4 レベルのルートで、単一の機能は約 232 ノード, ZigBeeよりもはるかに少ない 65,535. Z-Wave は ZigBee と比較してユニバーサル アプリケーションで大規模なネットワークを構築できません. また, Z-Wave ネットワークは仮想ノード技術を使用して他の種類のネットワークと通信できます.
MAC層
MAC 層は Z-wave ネットワーク内の無線メディアを制御します. データストリームにはマンチェスター符号化が採用されています, フレームヘッドで構成されています, フレームテール, フレームデータ, およびその前のコード. フレーム データはトランスポート層に渡されるフレーム部分で構成されます. すべての情報はリトルエンディアンモードを通じて送信されます.
MAC 層は無線周波数に依存しませんが、, 中くらい, と変調技術, 情報を受信するときに、完全なバイナリ信号またはフレーム データがマンチェスター符号化または復号化されたビット ストリームから簡単に取得できる必要があります。. データの送信には8ビットのデータブロックが使用されます. 最上位ビット (MSB) 送信されるデータの最初のビットです. データはマンチェスターで暗号化され、DC フリーの信号が得られます。.
MAC層内, 競合回避メカニズムにより、他のノードがデータを送信するときにノードが情報を転送できなくなります。. 衝突回避メカニズムは、情報を転送していないノードを受信モードにし、MAC 層が受信フェーズにある場合に通信を一時停止することによって実装されます。. すべての種類のノードにはアクティブな衝突回避メカニズムが備わっています。. メディアがビジー状態の場合、フレーム送信は常に数ミリ秒遅れます。.
CSMA/CA は MAC 衝突回避メカニズムの中核を形成します. CSMA/CA は 3 つのメカニズムで構成されます; フレーム間間隔, キャリアリスニング, そしてランダムなバックオフ. すべてのノードはキャリアセンスマルチアクセスの分散アクセスアルゴリズムを使用します (CSMA) チャネルが正確に送信できるように完全に完了させるため. ACK (了承) CSMA/CA モードではメカニズムまたは 2 回ハンドシェイク メカニズムが使用されます. 受信者が正しいフレームを取得すると、すぐに ACK フレームが送信されます。. 送信者が確認応答フレームを受信すると、フレームは正常に送信されます。.
フレーム間隔がメディアのアイドル時間以下の場合、データは遅延送信で送信されます。. キャリアリスニングメカニズムは CSMA/CA の基礎を形成します. 物理キャリアのモニタリングは、アンテナの有効な信号を感知することによって物理層で行われます。. 有効な信号の検出は、物理キャリア監視がチャネルがビジーであるとみなしたことを示します。. さらに, MAC キャリアのモニタリングは、MAC フレームのインターテナシティ ドメインを検知することによって MAC 層で実行されます。.
空きチャンネルがある場合のみ情報をブロードキャストします。. 使用中のチャネルはバックオフ アルゴリズムを実行し、共有メディア間のクラッシュを回避するためにチャネルが再検出されます。. 複数のノードがメディアを待っています. メディアがアイドル状態のときにすべてのノードがデータを送信します, したがって多重衝突につながる. したがって, CSMA/CA は、ランダムなバックオフ時間を使用して、すべてのノードのフレームの送信を制御します。.
トランスポート層
トランスポート層は、ノード間で信頼性の高いデータを送信するために使用されます。. フレーム検証を含む, フロー制御, 再送信, そしてフレーム確認. さらに, トランスポート層は 3 種類のフレームで構成されます. 彼らです;
ユニキャスト フレーム – 特定のノードに送信されます. ユニキャスト フレームは、ターゲット ノードがフレームを効果的に受信すると、ACK 応答フレームで応答します。. 一方で, ユニキャスト フレームは破損または紛失した場合に再送信されます. 再送信フレームは、他のシステムとの衝突を回避するためにランダムな遅延が発生します。. 予期しない遅延は、転送されるフレームの最大長と応答フレームを取得するのにかかる時間によって常に一定である必要があります。. ユニキャスト フレームは、信頼性の高い送信を必要としないシステムの応答メカニズムをオプションでオフにすることもできます。. 応答フレームは、Z-Wave ネットワークにおけるユニキャスト フレームの一種で、データ フィールドの長さは O です。.
マルチキャスト フレーム – マルチキャスト フレームはノードからネットワーク内で転送されます。 1 に 232. マルチキャスト フレームの宛先は、個別のフレームをすべてのノードに送信せずに、すべての宛先ノードを指定します。. マルチキャスト フレームは積極的に応答しないため、信頼性の高い通信を必要とするシステムでは使用できません。. マルチキャストフレームに信頼性が必要な場合, ユニキャストフレームはそれに続く必要があります.
ブロードキャスト フレーム – ブロードキャスト フレームはすべてのネットワーク ノードに転送されます。. フレームはどのノードからも応答を受信しません. マルチキャストフレームと同様, ブロードキャストフレームは信頼性の高い通信を必要とするシステムでは使用できません. さらに, ブロードキャスト フレームに信頼性が必要な場合は、ブロードキャスト フレームの後にユニキャスト フレームを続ける必要があります。.
Z-Wave ソリューション
プリンターなどのデバイス, デスクトップ, ラップトップ, 電子レンジは使用していないときでも電力を消費します, したがって、ほぼ 20% 家庭の毎月の光熱費のうち. 家から出るときにサーモスタットのスイッチを切るのがいつも大変です. Z-Wave 製品は、ご家庭で毎日のエネルギーとコストを節約するように作られているため、環境にすぐに配慮できます。.
Z-wave 製品は、凝集力を介して相互作用するため、他の製品とは異なります。 メッシュネットワーク 単一のポータブル アプリケーションを通じてすべてのデバイスへのアクセスと接続を許可します。. スマートホーム全体を注意深く管理するアプリケーションの使用, ほぼどこからでも、より多くのエネルギーを消費するすべてのデバイスのスイッチを 1 秒以内にオフにできます。. Z-Wave テクノロジーを使用して家庭の光熱費を最小限に抑える方法には、次のようなものがあります。;
- スマート照明 – 人がいないときの照明の電力消費を抑えるため、動きを検知する照明に切り替える. 時間帯に応じて照明を自動的にオン/オフする照明プログラムを確立できます。. さらに, 光センサーを使用してライトの明るさを自動的に調整できます.
- スマート サーモスタット – 携帯電話を使用してスマート サーモスタットを制御できます。. 外出時に効率的にエネルギーを節約し、帰宅前に自動的にスイッチをオンにするために使用できます。. 窓が開いているとスマートサーモスタットが自動的にオフになります, したがって、不必要なエネルギーが使用されないようにします. これらのサーモスタットは、スマート ハブの温度設定に基づいて機械的に自己調整します。, そのため、ユーザーはサーモスタットのオン/オフを心配する必要がありません。.
- スマート プラグ – スマート プラグは Z-Wave ネットワークを使用し、外側に染色されたリングを提供し、エネルギー使用レベルに基づいて色の変化を提供して、ユーザーが使用量を監視できるようにします。. エネルギー使用量が過剰になるたびにスマートプラグが自動的にオフになります. エネルギーを浪費するデバイスや電力を消費するすべてのテクノロジー製品は、使用していないときは常に電源をオフにすることで、スマート プラグを使用して制御できます。.
Z-Waveの歴史
Z-wave テクノロジーは、Zensys として知られるデンマークの企業によって開発されました。. 2 人のデンマーク人エンジニアが 1990 年代後半に会社を設立. Zensys はホーム オートメーション ソリューションの開発から技術コミュニケーションのプロバイダーへと成長しました. 同社は、相互運用可能な制御のためのソリューションを設計する企業に技術サポートを提供しています. 世界中のベンダーが Z-wave テクノロジーの相互運用性と信頼性を認めています, したがって、最大の互換性のあるエコシステムを構築します.
Zensys 社は、最初のハードウェアを市場に投入しました。 2003. 標準トランシーバーとマイクロコントローラーを組み合わせたもの (アトメル). このハードウェア プラットフォームの拡張は、その後のチップ世代の成長につながりました。 100 (2003), 200 (2005), 300 (2007), 400 (2009) そして最新の 500 (2012).
Z-Wave の歴史におけるもう 1 つのマイルストーンは、 2005 の結成後 Z-Wave アライアンス. この提携は、Z-Wave テクノロジーに対応した製品を製造する企業を集めることを目的としています。. による 2008, 以上 100 製造会社がアライアンスに参加しました. Z-Wave Alliance は、標準を改善し、展示会などの世界的なプロモーション イベントを管理することをますます継続しています。.
Z-Wave コンソーシアムは、Z-Wave プロトコルに基づいて複数のデバイスの相互運用性を維持する責任もあります。. これは、Z-Wave ロゴが付いているデバイスが要件を満たしていることを確認するための、重要な検証システムと貴重なパッケージ化されたソース コード ベースを確立することによって実現されます。 3 Z-Wave Alliance の要件. これらの要件は、; 優れた効率, 通信プロトコルの仕様への準拠, 信頼性の高いユーザーエクスペリエンス.
Z-Wave 製品の市場状況
米国市場はZ-wave製品の最大のターゲットです. 以上 70% Z-Wave 製品を使用しているユーザーのうち、米国人が占めています, 一方、もう一方は 25% ヨーロッパにいて、 5% 中国に拠点を置いている. アメリカは比較的先進国なので、, 国内の多くの人がすぐに Z-Wave テクノロジーを採用しました. なぜなら、アメリカの都市の家はほとんどが大きいからです。; したがって、ある部屋から別の部屋に移動するのは困難です, 照明を消す.
さらに, アメリカは大きな国なので, 安全性が最大の関心事です; したがって、非常に成熟したセキュリティ システム サービスを備えています。. セキュリティ企業では, チェーン全体の下流と上流のセキュリティは完璧です, 建築かどうかは関係なく, 製品, またはアフターサービス. これに基づいて, スマート ホーム システムはセキュリティ企業の重要な制定を強化できる. 米国ではスマートホームがより普及しており、そこに住む人々はこの新しいテクノロジーを自宅で喜んで受け入れるようになっています。.
