Z-wave относится к радиосистеме, используемой многими устройствами умного дома.. Умный дом — это важная технология 21 века, которая поможет вам всегда соединить один конец домашней системы с другим.. Технологии Z-Wave и ZigBee — два основных стандарта, которые можно использовать для умные устройства, умное освещение, автоматизация управления, отопительное и охранное оборудование.
Что такое технология Z-Wave?
Z-wave изначально была разработана в 1999 датской компанией Zensys.. Это простой, экономичная и универсальная замена системам домашней автоматизации. С момента своего развития, он быстро завоевал поддержку более чем 700 бренды и компании бытовой электроники, например, Хуавей, АДТ, Самсунг Интеллект, LG, Дженерал Электрик, Август, СМИК, и Ингерсолл Рэнд. В настоящее время, Есть более 2,600 на рынке представлены различные продукты, сертифицированные Z-Wave, все создано для взаимодействия.
Как работает Z-Wave?
Сеть Z-wave специально создана для связи умный дом устройства и смарт-концентраторы. Технологию Z-wave можно найти в умных коммутаторах, термостаты, датчики, так далее. Он может подключать устройства в доме подходящего размера., хотя он потребляет гораздо меньше энергии, чем обычный Bluetooth и Wi-Fi..
Как технология Zigbee, Z-Wave подключается к устройствам, используя топологию сетки.. Это означает, что вместо того, чтобы каждое устройство напрямую подключалось к маршрутизатору или концентратору, устройства, использующие технологию Z-Wave, могут передавать пакеты данных туда и обратно между устройствами. Поэтому, когда расстояние между лампочкой Z-Wave и концентратором велико, сигнал все еще может передаваться в желаемое место, прохождение через датчики и устройства.
Такое расположение делает Z-Wave более гибким., даже немного медленнее, чем Wi-Fi. Диапазон его сети значительно увеличивается при установке большого количества устройств Z-Wave.. Более того, установка большого количества устройств делает технологию Z-Wave более надежной, поскольку существует множество методов передачи пакетов данных из одной точки в другую..
Z-Wave против Зигби
Рабочие частоты Z-Wave варьируются от 800 к 900 МГц, тогда как Zigbee может даже полноценно функционировать на 2.4 ГГц. Это означает, что устройства с поддержкой Z-Wave имеют гораздо более низкую скорость передачи данных, чем устройства с поддержкой ZigBee.. Более того, Z-wave поддерживает более низкую передачу данных 9.6-10 КБПС, тогда как Zigbee может поддерживать передачу до 250 КБПС.
Тем не менее, У устройств Z-Wave очень мала вероятность внешних помех., тогда как устройства Zigbee имеют более значительную возможность. Технологии Z-wave и Zigbee добавляют устройства в свои сети путем реализации топологий ячеистой сети.. Только меньше, чем 232 устройства могут поддерживаться в сети Z-wave, но Зигби-сети может поддержать более 65,000 устройства. В случае домовладельца, имея даже 232 единиц более чем достаточно, чтобы полностью управлять домом.
128-битное шифрование AES используется безопасно и без взлома в сетях Z-Wave и ZigBee.. Поскольку абсолютная безопасность является противоречием, важно понимать, что обе сети используют схожие методы обеспечения безопасности конечных пользователей.. Кроме того, ассортимент устройств Z-Wave составляет около 30 метры, тогда как устройства Zigbee имеют ограниченный радиус действия менее 20 метры.
Кроме, важно знать, что Консорциум Zigbee использует и управляет доступной стандартной технологией Zigbee., тогда как компания Sigma, производящая устройства, в частном порядке владеет технологией Z-Wave. Следовательно, у них более жесткий контроль, гарантирующий совместимость устройства со многими контроллерами..
Z-Wave против Wi-Fi
Преимущества Wi-Fi для автоматизации
Wi-Fi имеет множество преимуществ при использовании для домашней автоматизации.. Устройства Wi-Fi можно размещать в любом месте комнаты, не беспокоясь о том, что они споткнутся о веревки, необходимые для бега.. Систематизация с помощью сети Wi-Fi может помочь освободить порты маршрутизатора для других устройств, когда одно или несколько устройств жестко подключены к маршрутизатору..
Системы домашней автоматизации, основанные на сети Wi-Fi, так же надежны, как и беспроводная сеть. Автоматизация снижается всякий раз, когда сеть Wi-Fi часто выходит из строя..
Преимущества Z-Wave для автоматизации
К вопросу о том, подходит ли Z-Wave для автоматизации больше, чем Wi-Fi? Хочешь верь, хочешь нет, сеть Z-Wave настроить проще, чем Wi-Fi, так как не нужно беспокоиться о том, что она помешает домашнему сигналу Wi-Fi..
Большинство устройств Z-Wave могут напрямую и быстро добавлять новые устройства в домашнюю систему, поскольку они могут автоматически обнаруживать друг друга.. Более того, сеть Z-Wave более гибкая, и тысячи различных устройств могут работать на частотах Z-Wave. Следовательно, легче установить лучшее устройство для ваших нужд.
Совместимость — еще одна вещь, с которой сеть Z-Wave не может конкурировать с Wi-Fi.. Устройства, использующие сеть Z-wave, обратно совместимы.. Таким образом, старые устройства совместимы с нынешней системой, и ожидается, что любые новые разработанные устройства будут совместимы с уже существующими настройками..
Z-wave автоматизирована с помощью Wi-Fi.
Системы домашней автоматизации можно настроить как с помощью Z-Wave, так и с помощью Сети Wi-Fi. От систем безопасности до умной бытовой техники, освещения и устройств открывания гаражных ворот., обе сети можно использовать для подключения практически к любому электронному устройству..
Если в вашем доме уже есть действующая сеть Wi-Fi, не требуется никакой дополнительной настройки или затрат. Устройства домашней автоматизации с поддержкой Wi-Fi дешевле, чем устройства с поддержкой Z-Wave., хотя различные проблемы возникают, когда к сети Wi-Fi одновременно подключено слишком много устройств.
Системы Z-wave стоят дороже, но они устраняют проблемы, связанные с помехами, поскольку работают на относительно другой длине волны, чем сигналы Wi-Fi..
Какие устройства используют Z-Wave?
Технология Z-wave изначально разрабатывалась для беспроводного управления умными домами., концентрируясь на управлении освещением в коммерческих и жилых помещениях. Он заменяет некоторые автономные устройства интеллектуальными сетевыми устройствами., тем самым облегчая беспроводное управление и мониторинг. Технология Z-Wave широко используется в детекторах дыма., Дистанционное управление, управление освещением, безопасность и климат-контроль, Техника, дверные замки, и датчики безопасности. Более того, его также можно использовать в интеллектуальных счетчиках, чтобы указать скорость потребления данных для домашнего мониторинга HVAC..
Насколько безопасна технология Z-Wave?
Сеть Z-Wave действительно очень безопасна.. Он присваивает каждому устройству уникальный идентификатор сети.. Поскольку каждая система управления имеет свой идентификатор, который автоматически контролируется, никакая внешняя сторона не может управлять устройствами.
Всякий раз, когда требуется дополнительный уровень безопасности, такие как дверные замки и другие устройства безопасности, Z-Wave защищает данные устройства, используя более совершенную технику шифрования AES128.. Метод шифрования Z-Wave AES используется большинством продуктов, работающих в сети Z-Wave..
Введение в протокол связи Z-Wave
Короткие управляющие данные последовательно передаются между узлами. Снизу вверх, его протоколы разделены на пять уровней: физический уровень, MAC-уровень, транспортный уровень, уровень маршрутизации, и прикладной уровень. Роль уровня MAC заключается в установлении, поддерживать, и разорвать любые беспроводные информационные соединения между устройствами. Всего, он выполняет проверку кадра, контролирует доступ к каналу, и оставляет за собой управление временными интервалами.
Медиа-уровень использует механизмы предотвращения столкновений. (CSMA крокодил Калифорния) и множественный доступ с контролем несущей для повышения надежности передачи данных. Это также не позволяет другим узлам передавать сигналы, когда узлы доступны для обмена информацией.. С другой стороны, транспортный уровень в основном используется для обеспечения согласованной передачи данных между узлами.. Его ключевые роли заключаются в; проверка кадра, ретрансляция, управление потоком, и проверка кадра.
Уровень маршрутизации контролирует маршрутизацию кадра данных между узлами.. Также, он гарантирует, что кадры данных могут многократно передаваться между различными узлами, сканирует топологию сети, и поддерживает таблицу маршрутизации. Прикладной уровень отвечает за выполнение и расшифровку инструкций в сети Z-Wave.. Его основные роли заключаются в; Назначение HomeID и No ID, Манчестерская расшифровка, репликация сетевого контроллера, распознавание инструкций, и контроль полезной нагрузки для полученных и переданных кадров.
Введение частоты Z-Wave
Физический уровень
Z-волна – это беспроводная технология который делает упор на применении низких ставок. Его скорость передачи составляет от 9,6 кбит/с до 40 кбит/с.. Приор более чем удовлетворительен для передачи команд управления., в то время как последний может предложить более продвинутые механизмы сетевой безопасности.. Он имеет гибкий диапазон рабочих частот в диапазоне ISM 900 МГц., 908.42МГц в США, и 868,42 МГц в Европе. Лишь относительно небольшое количество устройств эффективно работают в этих диапазонах..
Zigbee и Bluetooth используют диапазон 2,4 ГГц., который становится все более переполненным, и вторжение неизбежно. Поэтому, технология Z-Wave гарантирует надежную связь, хотя его уровень энергопотребления относительно ниже. Он включает в себя частотную манипуляцию. (ФСК) режим беспроводной связи, который больше подходит для сетей умного дома. Узлы, питающиеся от батарей, преимущественно находятся в спящем режиме., где они часто просыпаются, отслеживать, есть ли какая-либо информация, которую необходимо получить. В узлах используются два обычных No.. 7 аккумуляторы, работающие до 10 годы.
Это обеспечивает долгосрочную стабильность приложения., тем самым позволяя пользователю избежать необходимости периодической зарядки и замены электрического бассейна.. Z-Wave имеет менее сложную систему, чем ZigBee, и меньше, чем сеть Bluetooth. Требуется небольшое хранилище, и его протокол прост. Протокол стандартного модуля Z-Wave записывается во встроенную флэш-память объемом 32 КБ., тогда как для использования того же модуля ZigBee требуется около 128 КБ.. Bluetooth требует относительно большого модуля. Следовательно, Модули Z-Wave дешевле, чем модули ZigBee или Bluetooth..
Сеть Z-Wave поддерживает максимум 4 одноуровневые маршруты и имеет единственную пропускную способность около 232 узлы, намного меньше, чем у ZigBee 65,535. Z-Wave не может строить крупномасштабные сети в универсальном приложении по сравнению с ZigBee.. Также, Сеть Z-Wave может использовать технологию виртуальных узлов для связи с другими типами сетей..
MAC-уровень
Уровень MAC управляет беспроводной средой в сети Z-wave.. Манчестерское кодирование принимается потоком данных, который состоит из рамной головки, рама хвост, данные кадра, и предыдущий код. Данные кадра содержат часть кадра, которая передается на транспортный уровень.. Вся информация передается в режиме прямого порядка байтов..
Хотя уровень MAC не зависит от частоты беспроводной сети, середина, и техника модуляции, необходимо, чтобы полный двоичный сигнал или данные кадра можно было легко получить из битовых потоков, закодированных или декодированных в Манчестере, при приеме информации.. Для передачи данных используется 8-битный блок данных.. Самый значимый бит (MSB) это первый бит данных, который будет передан. Данные шифруются в Манчестере для получения сигнала без постоянного тока..
На уровне MAC, механизм предотвращения конфликтов не позволяет узлам передавать информацию, когда другие узлы отправляют данные. Механизм предотвращения коллизий реализуется путем перевода узлов, которые не передают информацию, в режим приема и приостановки связи в случае, если уровень MAC находится в фазе приема.. Все виды узлов имеют активный механизм предотвращения столкновений.. Передача кадров всегда задерживается на несколько миллисекунд, когда канал занят..
CSMA/CA образует ядро механизма предотвращения коллизий MAC.. CSMA/CA включает три механизма.; межкадровый интервал, прослушивание несущей, и случайный откат. Каждый узел использует алгоритм распределенного доступа множественного доступа с контролем несущей. (ЦСМА) чтобы сделать его полностью завершенным, чтобы канал мог точно осуществлять передачу. АКК (Подтверждение) механизм или механизм двойного подтверждения используется в режиме CSMA/CA. Кадр ACK отправляется немедленно, когда получатель получает правильный кадр.. Кадр успешно отправлен, когда отправитель получает кадр подтверждения..
Данные передаются с задержкой, когда интервал кадров меньше или равен времени простоя носителя.. Механизм прослушивания несущей лежит в основе CSMA/CA.. Физический мониторинг несущей осуществляется на физическом уровне путем определения действительных сигналов антенны.. Обнаружение действительных сигналов показывает, что при физическом мониторинге несущей канал считается занятым.. Более того, Мониторинг несущей MAC осуществляется на уровне MAC путем определения домена межустойчивости кадра MAC..
Информация транслируется только при наличии свободного канала. Занятый канал выполняет алгоритм отсрочки, при котором канал повторно обнаруживается, чтобы избежать сбоев между общими носителями.. Несколько узлов ждут среды. Все узлы отправляют данные, когда среда простаивает, что приводит к множественным столкновениям. Таким образом, CSMA/CA контролирует отправку кадров каждого узла, используя случайное время задержки..
Транспортный уровень
Транспортный уровень используется для передачи надежных данных между узлами.. Он включает в себя проверку кадра, управление потоком, ретрансляция, и подтверждение кадра. Более того, Транспортный уровень состоит из трех типов кадров. Они есть;
Одноадресный кадр – направляется на определенный узел.. Кадр Unicast отвечает кадром ответа ACK, когда целевой узел фактически получает кадр.. С другой стороны, кадр Unicast отправляется повторно в случае повреждения или потери. Кадр повторной передачи сталкивается со случайными задержками, чтобы избежать конфликтов с другими системами.. Неожиданная задержка всегда должна быть постоянной с максимальной длиной передаваемого кадра и длительностью, необходимой для получения ответного кадра.. Одноадресные кадры также могут отключать механизм ответа в системах, которым не требуется надежная передача.. Ответный кадр — это своего рода одноадресный кадр в сети Z-Wave с полем данных длиной O..
Кадры многоадресной рассылки. Кадры многоадресной рассылки передаются в сети от узлов. 1 к 232. Назначение кадра многоадресной рассылки указывает все узлы назначения без передачи отдельного кадра каждому узлу.. Кадры многоадресной рассылки не могут использоваться в системах, которым требуется надежная связь, поскольку они не отвечают активно.. Когда многоадресным кадрам нужна надежность, одноадресные кадры должны следовать за ними.
Широковещательный кадр. Широковещательный кадр передается на все узлы сети.. Кадр не получает ответа ни от одного узла. Аналогично многоадресному кадру, широковещательный кадр нельзя использовать в системах, которым необходима надежная связь. Более того, за широковещательным кадром должен следовать одноадресный кадр, если широковещательный кадр требует надежности.
Z-Wave решения
Устройства, такие как принтеры, рабочие столы, ноутбуки, и микроволновые печи потребляют энергию, даже когда они не используются, таким образом представляя почти 20% всех ежемесячных счетов за электроэнергию в доме. Постоянно тяжело выключить термостат при выезде из дома.. Продукты Z-Wave могут помочь вам быстро стать экологичными, поскольку они созданы для ежедневной экономии энергии и затрат в вашем доме..
Продукты Z-wave отличаются от остальных, поскольку они взаимодействуют через сплоченную систему. ячеистая сеть которое обеспечивает доступ и подключение всех устройств через одно портативное приложение. Использование приложения, которое бережно управляет всем вашим умным домом, вы можете отключить все устройства, которые потребляют больше энергии, менее чем за секунду практически из любого места. Некоторые из способов использования технологии Z-Wave для минимизации счетов за электроэнергию в домах:;
- Умное освещение – Переключитесь на освещение, которое обнаруживает движение, чтобы предотвратить потребление энергии светом, когда всех нет дома.. Вы можете установить программу освещения, которая автоматически включает и выключает свет в зависимости от времени суток.. Кроме того, вы можете автоматически регулировать яркость освещения с помощью датчиков освещенности.
- Умный термостат. Для управления умным термостатом можно использовать мобильный телефон.. Его можно использовать для эффективной экономии энергии вдали от дома и автоматического включения перед возвращением домой.. Умный термостат автоматически выключается при открытии окна., таким образом, гарантируя, что не используется ненужная энергия. Эти термостаты механически саморегулируются в зависимости от настроек температуры интеллектуального концентратора., поэтому пользователю не нужно беспокоиться о включении и выключении термостата..
- Умные вилки. Умные вилки используют сеть Z-Wave и имеют окрашенные кольца на внешней стороне, а цвет меняется в зависимости от уровня потребления энергии, что позволяет пользователю контролировать использование.. Умная розетка автоматически отключается каждый раз, когда возникает перенапряжение в использовании энергии.. Энергопотребляющими устройствами и всеми энергоемкими технологическими продуктами можно управлять с помощью интеллектуальных розеток, отключая их, когда они не используются..
История Z-Wave
Технология Z-wave была разработана датской компанией Zensys.. Два датских инженера основали компанию в конце 1990-х годов.. Компания Zensys прошла путь от создания решений для домашней автоматизации до поставщика технических коммуникаций.. Компания предлагает техническую поддержку предприятиям, разрабатывающим решения для интероперабельного управления.. Поставщики по всему миру признают технологию Z-wave за ее совместимость и надежность., таким образом создавая крупнейшую совместимую экосистему.
Компания Zensys вывела на рынок первое оборудование в 2003. Он объединил в себе стандартный трансивер и микроконтроллер. (Атмел). Расширение этой аппаратной платформы привело к росту последующих поколений чипов. 100 (2003), 200 (2005), 300 (2007), 400 (2009) и последний 500 (2012).
Еще одна веха в истории Z-Wave произошла в 2005 после формирования Альянс Z-Wave. Целью этого альянса является объединение компаний, производящих продукцию, совместимую с технологией Z-Wave.. К 2008, над 100 производственные компании присоединились к альянсу. Альянс Z-Wave постоянно совершенствует стандарты и проводит глобальные рекламные мероприятия, такие как торговые выставки..
Консорциум Z-Wave также отвечает за сохранение совместимости нескольких устройств, основанных на протоколе Z-Wave.. Это достигается за счет создания критической системы проверки и ценной предварительно упакованной базы исходного кода, чтобы гарантировать, что устройства, отмеченные логотипом Z-Wave, соответствуют требованиям. 3 требования Z-Wave Alliance. Эти требования; отличная эффективность, соответствие спецификациям протокола связи, и надежный пользовательский опыт.
Состояние рынка продуктов Z-Wave
Рынок США является крупнейшей мишенью для продуктов Z-wave.. Над 70% из тех, кто использует продукцию Z-Wave, — из США, в то время как другой 25% находятся в Европе и 5% базируются в Китае. Поскольку США являются сравнительно развитой страной, многие люди в стране быстро освоили технологию Z-Wave. Это потому, что большинство домов в американских городах большие.; поэтому сложно перемещаться из одной комнаты в другую, выключение света.
Более того, поскольку США — большая страна, безопасность – его главная забота; следовательно, у них очень зрелые службы системы безопасности.. На охранных предприятиях, безопасность в нисходящем и восходящем направлении всей цепочки идеальна, независимо от того, является ли это конструкцией, продукт, или послепродажное обслуживание. Основываясь на этом, системы умного дома могут улучшить важные законы для предприятий безопасности. Умные дома более распространены в Соединенных Штатах, поскольку люди, живущие там, более чем счастливы использовать эту новую технологию в своих домах..
