Z-wave verwijst naar een radiosysteem dat door veel smart home-apparaten wordt gebruikt. Smart Home is een essentiële technologie van de 21e eeuw die u kan helpen om altijd het ene uiteinde van uw huissysteem met het andere te verbinden. De Z-Wave- en ZigBee-technologieën zijn twee belangrijke standaarden waarvoor gebruikt kan worden slimme apparaten, slimme verlichting, automatisering controle, verwarming en beveiligingsapparatuur.
Wat is Z-Wave-technologie?
Z-wave werd oorspronkelijk ontwikkeld in 1999 door een Deens bedrijf dat bekend staat als Zensys. Het is een simpele, economische en veelzijdige vervanger voor domoticasystemen. Sinds zijn ontwikkeling, het heeft snel de steun gekregen van meer dan 700 merken en bedrijven voor thuiselektronica, zoals Huawei, ADT, Samsung Intelligentie, LG, Algemeen Elektrisch, augustus, SMIC, en Ingersoll Rand. Momenteel, er zijn meer dan 2,600 diverse Z-Wave gecertificeerde producten op de markt, allemaal gebouwd voor onderlinge samenwerking.
Hoe werkt Z-Wave??
Het Z-wave netwerk is speciaal gebouwd om te koppelen slimme woning apparaten en slimme hubs. De Z-wave technologie vind je terug in slimme schakelaars, thermostaten, sensoren, enz. Het kan apparaten aansluiten in een huis van de juiste grootte, hoewel het veel minder stroom verbruikt dan gewone Bluetooth en Wi-Fi.
Zoals Zigbee-technologie, Z-Wave maakt verbinding met apparaten via een rastertopologie. Dit impliceert dat in plaats van dat elk apparaat rechtstreeks moet worden gekoppeld aan een router of hub, Apparaten die de Z-Wave-technologie gebruiken, kunnen datapakketten heen en weer tussen de apparaten verzenden. Daarom, wanneer de afstand tussen een Z-Wave-lamp en de hub groot is, het signaal kan nog steeds naar de gewenste locatie worden verzonden, door de sensoren en de apparaten gaat.
Deze opstelling maakt Z-Wave flexibeler, zelfs iets langzamer dan Wi-Fi. Het netwerkbereik groeit aanzienlijk als er veel Z-Wave-apparaten zijn geïnstalleerd. Bovendien, de installatie van veel apparaten maakt de Z-Wave-technologie robuuster omdat er veel technieken zijn om datapakketten van het ene punt naar het andere te verzenden.
Z-Wave versus Zigbee
De werkfrequenties van Z-Wave variëren van 800 naar 900 MHz, terwijl Zigbee zelfs volledig kan functioneren 2.4 GHz. Dit impliceert dat apparaten die zijn uitgerust met Z-Wave een veel lagere gegevensoverdrachtsnelheid hebben dan apparaten die zijn uitgerust met ZigBee. Verder, Z-wave ondersteunt een lagere datatransmissie van 9.6-10 KBPS, terwijl Zigbee transmissies van maximaal kan ondersteunen 250 KBPS.
Hoe dan ook, Z-Wave-apparaten hebben een zeer kleine kans op externe interferentie, terwijl Zigbee-apparaten een grotere mogelijkheid hebben. Z-wave- en Zigbee-technologieën voegen apparaten toe aan hun netwerken door mesh-netwerktopologieën te implementeren. Alleen minder dan 232 apparaten kunnen worden ondersteund in een Z-wave-netwerk, Maar Zigbee-netwerken voorbij kan steunen 65,000 apparaten. In het geval van een huiseigenaar, zelfs hebben 232 eenheden is meer dan genoeg om een huis volledig te laten draaien.
De AES 128-bit-codering wordt veilig gebruikt zonder hacking in zowel Z-Wave- als ZigBee-netwerken. Terwijl absolute veiligheid een tegenstrijdigheid is, het is essentieel om te beseffen dat beide netwerken vergelijkbare methoden gebruiken voor de beveiliging van eindgebruikers. Aanvullend, het bereik van Z-Wave-apparaten is ongeveer 30 meter, terwijl Zigbee-apparaten een beperkt bereik hebben van minder dan 20 meter.
Daarnaast, het is essentieel om te weten dat het Zigbee Consortium de beschikbare standaard Zigbee-technologie beheert en beheert, terwijl het bedrijf Sigma-apparaten particulier eigenaar is van de Z-Wave-technologie. Daarom hebben ze strengere controles die de compatibiliteit van apparaten met veel controllers garanderen.
Z-Wave versus wifi
De voordelen van Wi-Fi voor automatisering
Wi-Fi heeft meerdere voordelen bij gebruik voor domotica. Wi-Fi-apparaten kunnen overal in een kamer worden geplaatst zonder dat u zich zorgen hoeft te maken dat u over de touwen struikelt die nodig zijn om te rennen. Systematiseren met een Wi-Fi-netwerk kan helpen routerpoorten vrij te maken voor die andere apparaten wanneer een of meer apparaten via een router zijn aangesloten.
Domoticasystemen op basis van het Wi-Fi-netwerk zijn net zo betrouwbaar als draadloze netwerken. De automatisering neemt af wanneer een Wi-Fi-netwerk vaak uitvalt.
De voordelen van Z-Wave voor automatisering
Op de vraag of Z-Wave geschikter is voor automatisering dan Wi-Fi? Geloof het of niet, het is gemakkelijker om een Z-Wave-netwerk op te zetten dan Wi-Fi, omdat u zich geen zorgen hoeft te maken dat dit het Wi-Fi-signaal thuis verstoort.
De meeste Z-Wave-apparaten kunnen direct en snel nieuwe apparaten aan een thuissysteem toevoegen, omdat ze elkaar automatisch kunnen detecteren. Bovendien, het Z-Wave-netwerk is flexibeler, en duizenden verschillende apparaten kunnen op Z-Wave-frequenties werken. Vandaar, het is gemakkelijker om het beste apparaat voor uw behoeften te vinden.
Compatibiliteit is nog een ding dat het Z-Wave-netwerk niet kan betwisten met Wi-Fi. Apparaten die gebruik maken van het Z-wave netwerk zijn achterwaarts compatibel. Dus, oudere apparaten zijn compatibel met het huidige systeem, en van alle nieuwe apparaten die worden ontwikkeld wordt verwacht dat ze compatibel zijn met de reeds bestaande instellingen.
Z-wave is geautomatiseerd met Wi-Fi.
Domoticasystemen kunnen worden ingesteld met zowel Z-Wave als Wi-Fi-netwerken. Van beveiligingssystemen tot slimme apparaten tot verlichting en garagedeuropeners, beide netwerken kunnen worden gebruikt om verbinding te maken met vrijwel elk elektronisch apparaat.
Als uw huis al over een bestaand Wi-Fi-netwerk beschikt, er zijn geen extra instellingen of kosten vereist. Huisautomatiseringsapparaten met Wi-Fi zijn goedkoper dan apparaten met Z-Wave, hoewel er verschillende problemen optreden wanneer te veel apparaten tegelijkertijd op een Wi-Fi-netwerk zijn aangesloten.
Z-wave-systemen zijn duurder, maar ze elimineren problemen met betrekking tot interferentie omdat ze op een relatief andere golflengte werken dan Wi-Fi-signalen.
Welke apparaten gebruiken Z-Wave?
De Z-wave-technologie is in eerste instantie ontworpen voor het draadloos aansturen van slimme woningen, zich te concentreren op lichtregeling voor bedrijven en woningen. Het verandert sommige zelfstandige apparaten in slimme netwerkapparaten, waardoor draadloze bediening en monitoring mogelijk wordt. De Z-Wave-technologie wordt veelvuldig gebruikt voor rookmelders, afstandsbediening, licht controle, veiligheid en klimaatbeheersing, huishoudelijke apparaten, deursloten, en beveiligingssensoren. Bovendien, het kan ook worden gebruikt in slimme meters om het dataverbruik voor HVAC-monitoring in huis aan te bieden.
Hoe veilig is Z-Wave-technologie?
Het Z-Wave-netwerk is inderdaad erg veilig. Het wijst elk apparaat een unieke netwerk-ID toe. Omdat elk besturingssysteem een andere ID heeft die automatisch wordt bestuurd, geen enkele externe partij kan de apparaten bedienen.
Wanneer een extra beveiligingsniveau vereist is, zoals deursloten en andere beveiligingsapparatuur, Z-Wave beveiligt en beschermt de gegevens van het apparaat met behulp van een geavanceerdere AES128-coderingstechniek. De Z-Wave AES-coderingsmethode wordt gebruikt door de meeste producten die op een Z-Wave-netwerk draaien.
Inleiding tot het Z-Wave-communicatieprotocol
Korte besturingsgegevens worden consistent tussen knooppunteenheden overgedragen. Van beneden naar boven, de protocollen zijn onderverdeeld in vijf lagen: de fysieke laag, MAC-laag, transport laag, routeringslaag, en applicatielaag. De rol van de MAC-laag is om tot stand te komen, behouden, en beëindig alle draadloze informatieverbindingen tussen apparaten. Allemaal samen, het voert frameverificatie uit, regelt de kanaaltoegang, en behoudt zich het beheer van tijdslots voor.
De medialaag maakt gebruik van de mechanismen van het vermijden van botsingen (CSMA-krokodil CA) en Carrier Sense Multiple Access om de betrouwbaarheid van de datatransmissie te vergroten. Het voorkomt ook dat andere knooppunten signalen overbrengen wanneer knooppunten beschikbaar zijn om informatie te delen. Aan de andere kant, de transportlaag wordt voornamelijk gebruikt om consistente gegevensuitzending tussen knooppunten aan te bieden. De belangrijkste rollen zijn; frameverificatie, heruitzending, stroomcontrole, en frameverificatie.
De routeringslaag regelt de routering van het dataframe tussen knooppunten. Ook, het zorgt ervoor dat dataframes herhaaldelijk tussen verschillende knooppunten kunnen worden overgedragen, scant de topologie van een netwerk, en onderhoudt de routeringstabel. De applicatielaag is verantwoordelijk voor de uitvoering en decodering van instructies in het Z-Wave-netwerk. Zijn voornaamste rollen zijn; HomeID en Geen ID-toewijzing, Manchester-decodering, replicatie van netwerkcontrollers, instructie herkenning, en payload-controle voor ontvangen en overgedragen frames.
Introductie van Z-Wave-frequentie
De fysieke laag
Z-wave is een Draadloze technologie dat de nadruk legt op de toepassing van lage tarieven. De transmissiesnelheden liggen tussen 9,6 kbit/s en 40 kbit/s. De prior is ruim voldoende voor het overbrengen van besturingscommando's, terwijl laatstgenoemde meer geavanceerde netwerkbeveiligingsmechanismen kunnen bieden. Het heeft een flexibele werkfrequentieband in de ISM-band van 900 MHz, 908.42MHz in de Verenigde Staten, en 868,42 MHz in Europa. Slechts relatief weinig apparaten werken effectief in deze banden.
Zigbee en Bluetooth maken gebruik van de 2,4GHz-band, dat steeds drukker wordt, en de inbraak is onvermijdelijk. Daarom, de Z-Wave-technologie garandeert betrouwbare communicatie, hoewel het stroomverbruik relatief lager is. Het bevat een Frequency-Shift Keying (FSK) draadloze communicatiemodus die meer geschikt is voor slimme thuisnetwerken. Knooppunten die op batterijen werken, worden voornamelijk in een slaapmodus gehouden, waar ze vaak wakker worden, om te controleren of er informatie is die het moet ontvangen. De knooppunten gebruiken twee gewone nr. 7 batterijen met een levensduur van maximaal 10 jaren.
Het zorgt ervoor dat de applicatie stabiliteit op de lange termijn heeft, waardoor de gebruiker de zorg van herhaaldelijk opladen en het vervangen van het elektrische zwembad kan omzeilen. Z-Wave heeft een minder complex systeem dan ZigBee en is kleiner dan de Bluetooth-netwerk. Het vereist een kleine opslagruimte, en het protocol is eenvoudig. Het protocol van een standaard Z-Wave-module wordt vastgelegd door een ingebouwd flashgeheugen van 32 KB, terwijl dezelfde ZigBee-module ongeveer 128 KB nodig heeft om te gebruiken. Bluetooth vereist een relatief grote module. Vandaar, Z-Wave-modules zijn goedkoper dan ZigBee- of Bluetooth-modules.
Het Z-Wave-netwerk ondersteunt maximaal 4 vlakke routes en heeft een enkele capaciteit van ongeveer 232 knooppunten, veel minder dan die van ZigBee 65,535. Z-Wave kan geen grootschalige netwerken bouwen in een universele toepassing vergeleken met ZigBee. Ook, het Z-Wave-netwerk kan virtuele knooppunttechnologie gebruiken om met andere soorten netwerken te communiceren.
De MAC-laag
De MAC-laag bestuurt het draadloze medium in het Z-wave-netwerk. De Manchester-codering wordt overgenomen door de datastroom, die bestaat uit de framekop, frame staart, framegegevens, en voorafgaande code. Framegegevens omvatten een framedeel dat wordt doorgegeven aan de transportlaag. Alle informatie wordt verzonden via een Little Endian-modus.
Hoewel de MAC-laag autonoom is van de draadloze frequentie, medium, en modulatietechniek, het vereist dat het volledige binaire signaal of de framegegevens gemakkelijk verkrijgbaar zijn uit de Manchester-gecodeerde of gedecodeerde bitstromen bij het ontvangen van informatie. Voor het verzenden van gegevens wordt een 8-bits datablok gebruikt. Het meest significante stukje (MSB) is het eerste gegevensbit dat wordt verzonden. De gegevens worden in Manchester gecodeerd om een DC-vrij signaal te verkrijgen.
In de MAC-laag, een conflictvermijdingsmechanisme voorkomt dat knooppunten informatie overdragen wanneer andere knooppunten gegevens verzenden. Het mechanisme om botsingen te vermijden wordt geïmplementeerd door knooppunten die geen informatie overdragen in de ontvangstmodus te zetten en de communicatie op te schorten in het geval dat de MAC-laag zich in de ontvangstfase bevindt. Alle soorten knooppunten hebben een actief mechanisme om botsingen te vermijden. Frametransmissies worden altijd met enkele milliseconden vertraagd wanneer het medium bezet is.
De CSMA/CA vormt de kern van het MAC-mechanisme om botsingen te vermijden. De CSMA/CA omvat drie mechanismen; het interframe-interval, vervoerder luisteren, en willekeurige terugtrekking. Elk knooppunt gebruikt het gedistribueerde toegangsalgoritme van Carrier Sense Multiple Access (CSMA) om het volledig compleet te maken voor het kanaal om de transmissie nauwkeurig te bereiken. De ACK (Erkenning) mechanisme of het tweemaal-handshake-mechanisme wordt gebruikt in de CSMA/CA-modus. Het ACK-frame wordt onmiddellijk verzonden wanneer de ontvanger het juiste frame ontvangt. Het frame is succesvol verzonden wanneer de afzender het bevestigingsframe ontvangt.
Gegevens worden verzonden in een vertraagde verzending wanneer het frame-interval kleiner is dan of gelijk is aan de inactieve tijd van het medium. Het carrier-luistermechanisme vormt de basis van CSMA/CA. Fysieke dragermonitoring gebeurt op de fysieke laag door de geldige signalen van de antenne te detecteren. De detectie van geldige signalen toont aan dat de fysieke draaggolfbewaking het kanaal als bezet heeft beschouwd. Bovendien, MAC-carriermonitoring wordt bereikt op de MAC-laag door het inter-tenacity-domein van het MAC-frame te detecteren.
Informatie wordt alleen uitgezonden als er een vrij kanaal is. Een bezet kanaal voert het backoff-algoritme uit, waarbij het kanaal opnieuw wordt gedetecteerd om crashes tussen de gedeelde media te voorkomen. Meerdere knooppunten wachten op het medium. Alle knooppunten verzenden gegevens wanneer het medium inactief is, wat tot meerdere botsingen leidt. Dus, CSMA/CA regelt het verzenden van frames van elk knooppunt met behulp van de willekeurige uitsteltijd.
De transportlaag
De transportlaag wordt gebruikt om betrouwbare gegevens tussen knooppunten te verzenden. Het omvat frameverificatie, stroomcontrole, heruitzending, en framebevestiging. Bovendien, de transportlaag bestaat uit drie soorten frames. Zij zijn;
Unicast-frame – Het is gericht op een bepaald knooppunt. Het Unicast-frame antwoordt met een ACK-antwoordframe wanneer het doelknooppunt het frame effectief ontvangt. Aan de andere kant, het Unicast-frame wordt opnieuw verzonden zodra het beschadigd of verloren is gegaan. Het hertransmissieframe ondervindt willekeurige vertragingen om botsingen met andere systemen te vermijden. De onverwachte vertraging moet altijd constant zijn met de maximale lengte van het overgedragen frame en de tijd die nodig is om het antwoordframe te verkrijgen. Unicast-frames schakelen optioneel ook het antwoordmechanisme uit in systemen die geen betrouwbare transmissie nodig hebben. Een antwoordframe is een soort unicast-frame in het Z-Wave-netwerk met een dataveld met lengte O.
Multicast-frames – Multicast-frames worden vanuit knooppunten in het netwerk overgedragen 1 naar 232. De multicast-framebestemming specificeert alle bestemmingsknooppunten zonder een afzonderlijk frame naar elk knooppunt te verzenden. Multicast-frames kunnen niet worden gebruikt in systemen die betrouwbare communicatie nodig hebben, omdat deze niet actief reageren. Wanneer multicast-frames betrouwbaarheid nodig hebben, unicast-frames moeten deze volgen.
Broadcast-frame – Het broadcast-frame wordt verzonden naar alle netwerkknooppunten. Het frame ontvangt van geen enkel knooppunt een antwoord. Vergelijkbaar met het multicast-frame, het uitzendframe kan niet worden gebruikt in systemen die betrouwbare communicatie nodig hebben. Bovendien, het uitzendframe moet worden gevolgd door een unicast-frame voor het geval het uitzendframe betrouwbaarheid vereist.
Z-Wave-oplossingen
Apparaten zoals printers, bureaubladen, laptops, en magnetrons verbruiken stroom, zelfs als ze niet in gebruik zijn, vertegenwoordigt dus bijna 20% van alle maandelijkse energierekeningen in een woning. Het is voortdurend moeilijk om de thermostaat uit te zetten als u het huis verlaat. Z-Wave-producten kunnen u helpen snel groen te worden, omdat ze zijn gebouwd om dagelijks energie en kosten bij u thuis te besparen.
Z-wave-producten verschillen van de rest omdat ze via een samenhangend geheel op elkaar inwerken Mesh-netwerk dat de toegang en verbinding van alle apparaten mogelijk maakt via één enkele draagbare applicatie. Met behulp van een applicatie die uw hele slimme huis zorgvuldig beheert, Vanaf vrijwel elke locatie kunt u in minder dan een seconde alle apparaten uitschakelen die meer energie verbruiken. Enkele manieren waarop de Z-Wave-technologie kan worden gebruikt om de energierekening in woningen te minimaliseren zijn:;
- Slimme verlichting – Schakel over naar verlichting die beweging detecteert om te voorkomen dat lampen stroom verbruiken als iedereen weg is. U kunt een verlichtingsprogramma instellen dat de verlichting automatisch in- en uitschakelt, afhankelijk van het tijdstip van de dag. Aanvullend, u kunt de helderheid van uw lampen automatisch aanpassen met behulp van lichtsensoren.
- Slimme Thermostaat – Een mobiele telefoon kan worden gebruikt om een slimme thermostaat te bedienen. Het kan worden gebruikt om efficiënt energie te besparen wanneer u niet thuis bent, en het automatisch in te schakelen voordat u thuiskomt. De slimme thermostaat schakelt automatisch uit als het raam open staat, Zo wordt ervoor gezorgd dat er geen onnodige energie wordt gebruikt. Deze thermostaten regelen zichzelf mechanisch op basis van de temperatuurinstellingen van de slimme hub, de gebruiker hoeft zich dus geen zorgen te maken over het in- en uitschakelen van de thermostaat.
- Smart Plugs – Slimme pluggen maken gebruik van het Z-Wave-netwerk en bieden gekleurde ringen aan de buitenkant en kleurveranderingen op basis van het energieverbruik, zodat de gebruiker het gebruik kan volgen. Een slimme stekker schakelt automatisch uit als er sprake is van overbelasting in het energieverbruik. Energieverslindende apparaten en alle stroomverbruikende technologische producten kunnen worden bestuurd met behulp van slimme stekkers door ze uit te schakelen wanneer ze niet in gebruik zijn.
De geschiedenis van Z-Wave
De Z-wave-technologie is ontwikkeld door een Deens bedrijf dat bekend staat als Zensys. Twee Deense ingenieurs richtten het bedrijf eind jaren negentig op. Zensys is uitgegroeid van het creëren van domotica-oplossingen tot een leverancier van technische communicatie. Het bedrijf biedt technische ondersteuning aan ondernemingen die oplossingen ontwerpen voor interoperabele controle. Leveranciers over de hele wereld erkennen de Z-wave-technologie vanwege de interoperabiliteit en betrouwbaarheid ervan, waardoor het grootste compatibele ecosysteem wordt opgebouwd.
Het bedrijf Zensys bracht de eerste hardware op de markt 2003. Het combineerde een standaardtransceiver en een microcontroller (Atmel). De uitbreiding van dit hardwareplatform heeft geleid tot de groei van volgende chipgeneraties 100 (2003), 200 (2005), 300 (2007), 400 (2009) en de nieuwste 500 (2012).
Een andere mijlpaal in de geschiedenis van Z-Wave werd gerealiseerd in 2005 na de vorming van de Z-Wave alliantie. Deze alliantie heeft tot doel bedrijven te verzamelen die producten vervaardigen die compatibel zijn met de Z-Wave-technologie. Door 2008, over 100 productiebedrijven hadden zich bij de alliantie aangesloten. De Z-Wave Alliance heeft zich steeds meer ingezet om de normen te verbeteren en wereldwijde promotionele evenementen zoals beurzen te beheren.
Het Z-Wave Consortium is ook verantwoordelijk voor het behouden van de interoperabiliteit van verschillende apparaten op basis van het Z-Wave-protocol. Dit wordt bereikt door het opzetten van een kritisch verificatiesysteem en een waardevolle, voorverpakte broncodebasis om ervoor te zorgen dat de apparaten met een Z-Wave-logo voldoen aan de 3 vereisten van de Z-Wave Alliance. Deze eisen zijn; uitstekende efficiëntie, naleving van de specificaties van het communicatieprotocol, en betrouwbare gebruikerservaring.
Marktstatus voor Z-Wave-producten
De Amerikaanse markt is het grootste doelwit voor Z-wave-producten. Over 70% van degenen die Z-Wave-producten gebruiken, komt uit de Verenigde Staten, terwijl de andere 25% zijn in Europa en 5% zijn gevestigd in China. Omdat de VS een relatief ontwikkeld land zijn, Veel mensen in het land hebben de Z-Wave-technologie onmiddellijk omarmd. Dit komt omdat de meeste huizen in Amerikaanse steden groot zijn; daarom is het een uitdaging om van de ene kamer naar de andere te gaan, het uitschakelen van de lichten.
Bovendien, omdat de Verenigde Staten een groot land zijn, veiligheid is haar voornaamste zorg; daarom hebben ze zeer volwassen beveiligingssysteemdiensten. Bij beveiligingsbedrijven, de beveiliging stroomafwaarts en stroomopwaarts van de hele keten is perfect, ongeacht of het een constructie betreft, Product, of after-sales service. Op basis hiervan, Smart Home-systemen kunnen belangrijke wetgeving voor beveiligingsbedrijven verbeteren. Slimme huizen komen vaker voor in de Verenigde Staten, omdat de mensen die daar wonen deze nieuwe technologie graag in hun huis omarmen.
