Forståelse av z

Da applikasjoner basert på trådløse sensornettverk, hjemmeautomatisering og IoT økte, ble behovet for alternativ kommunikasjonsprotokoll bortsett fra de vanlige Bluetooth-, Wi-Fi- og GSM-protokollene tydelig. Flere teknologier som Zigbee og Bluetooth Low Energy (BLE) ble utviklet som alternativer, men en standout-teknologi, utviklet for spesielt å betjene hjemmeautomatiseringsapplikasjoner, var Z-Wave. For dagens artikkel vil vi undersøke det tekniske ved Z-wave, det er forskjellige funksjoner, Standard og mye mer.

Hva er Z-Wave

Z-Wave er en trådløs kommunikasjonsprotokoll utviklet primært for bruk i hjemmeautomatiseringsapplikasjoner. Den ble utviklet i 1999 av Zensys i København som en oppgradering til et lysstyringssystem for forbrukerne de opprettet. Den ble designet for å gi pålitelig overføring med liten latens til små datapakker ved bruk av lavenergiradiobølger med datahastigheter på opptil 100 kbit / s med en gjennomstrømning på opptil 40 kbit / s (9,6 kbit / s ved bruk av gamle brikker) og er egnet for kontroll- og sensorapplikasjoner.

Basert på mesh-nettverkstopologien og opererer innenfor det ikke-lisensierte 800-900MHz (faktisk frekvens varierer) ISM-frekvensbånd, er Z-Wave-baserte enheter i stand til å oppnå en kommunikasjonsavstand på opptil 40 meter, med den ekstra muligheten for meldinger til Hop up mellom opptil 4 noder. Alle disse funksjonene gjør det til en passende kommunikasjonsprotokoll for hjemmeautomatiseringsapplikasjoner som lyskontroll, termostater, vinduskontroller, låser, garasjeportåpnere og mange flere, samtidig som de unngår problematiske trengsler knyttet til Wi-Fi og Bluetooth på grunn av deres bruk av 2,4 GHz og 5 GHz bånd.

Hvordan fungerer Z-Wave Protocol?

For å forstå hvordan Z-Wave-protokollen fungerer, la oss analysere emnet i tre hoveddeler, nemlig Z-Wave-systemarkitektur, dataoverføring / mottakelse og ruting og tilkobling til Internett.

Z-Wave systemarkitektur:

Hvert Z-bølge nettverk består av to store kategorier av enheter;

Kontroller / Master (er)
Slaver

Mesteren fungerer vanligvis som vert for Z-Wave-nettverket som andre enheter (slaver) kan kobles til. Det kommer vanligvis med forhåndsprogrammert NetworkID (noen ganger kalt HomeID) som tildeles hver slave (som ikke kommer med en forhåndsprogrammert ID) når de legges til nettverket gjennom en prosess som kalles "inkludering ". Foruten HomeID, tildeles vanligvis en ID kalt NodeID for hver enhet som legges til Z-bølgenettverket, av kontrolleren. Den Node er unikt på hvert nettverk (for hver HomeID), som sådan, er det brukt til adresse og hovedsakelig å gjenkjenne hver enhet i et bestemt nettverk.

Inkludering er lik i hensikten med hvordan en ruter tildeler IP-adresser til enheter i nettverket sitt, mens mesterne ligner på rutere / gateways / Device Hubs, med den eneste forskjellen er nettforholdet som mesterne har til slaver i nettverket. For å fjerne noder fra et Z-Wave-nettverk utføres en prosess kalt “ Exclusion ”. Under ekskludering blir Hjem-ID og Node-ID slettet fra enheten. Enheten tilbakestilles til fabrikkstandard (kontrollerne har sin egen hjemme-ID og slaver har ingen hjemme-ID).

HomeID og NodeID nevnt ovenfor er de to identifikasjonssystemene definert av Z-wave-protokollen for enkel organisering av Z-wave-nettverket.

HomeID er vanlig identifikasjon av alle noder som er en del av et bestemt Z-Wave-nettverk, mens NodeID er adressen til individuelle noder i et nettverk.

HomeIDene er vanligvis forhåndsprogrammerte og unike, og de definerer det spesifikke Z-bølgenettverket. De kommer i en lengde på 32 bits, noe som betyr at det er mulig å lage opptil 4 milliarder (2 ^ 32) forskjellige HomeIDer og forskjellige Z-bølgenettverk. Node-ID, derimot, er bare en byte (8 bits) i lengde, noe som betyr at vi kan ha opptil 256 (2 ^ 8) noder i et nettverk.

Bortsett fra å tillate enkel adressering av noder, hjelper Identification-systemet med å forhindre interferens i Z-bølgenettverk fordi to noder med forskjellige HomeID-er ikke kan kommunisere selv om de har samme NodeID. Dette betyr at du kan distribuere to z-bølgenettverk side om side uten at et forstyrrende charter fra nettverk A blir mottatt av B.

Dataoverføring, mottak og ruting:

I typiske trådløse nettverk har den sentrale kontrolleren / master en direkte, en-til-en trådløs forbindelse til nodene i nettverket. Så nyttig som det arrangementet er for disse protokollene, skaper det en begrensning rundt dataoverføring slik at "Enhet A" ikke vil være i stand til å samhandle med "Enhet B" hvis det er en pause i koblingen mellom en av dem og mesteren. Dette er imidlertid ikke tilfelle for Z-bølger takket være Mesh-nettverkstopologien, og Z-bølgenoders evne til å videresende og gjenta meldinger til andre noder. Dette sikrer at kommunikasjon kan gjøres til hver node i et nettverk, selv når de ikke er i direkte rekkevidde til kontrolleren. For å forstå dette bedre, vurder bildet nedenfor;

Z-wave nettverksillustrasjonen viser at kontrolleren kan kommunisere direkte med enhetene 1, 2 og 4, mens Node 6 er utenfor radioområdet. På grunn av funksjonene som er beskrevet tidligere, vil node 2 imidlertid anta en repeater / videresendingsstatus og utvide kontrollområdet til node 6 slik at enhver meldingsoverskrift til node 6 vil bli sendt gjennom node 2. Noder som node 2 i store nettverk kalles ruter og de bidrar til fleksibiliteten og robustheten til Z-wave Networks. For å bestemme hvilke av rutemeldingene som skal reise for å nå en bestemt node, bruker Z-wave-nettverk et verktøy som kalles rutetabell.

Hver node i et Z-bølgenettverk er i stand til å bestemme de andre nodene (kalt Neighbors) i sitt direkte trådløse dekningsområde, og under Inkludering eller senere informerer noden kontrolleren om disse naboene. Ved hjelp av listen over naboer fra hver node oppretter kontrolleren en rutetabell som brukes til å kartlegge ruter til noder som er utenfor kontrollerens direkte trådløse rekkevidde.

Det er viktig å merke seg at ikke alle noder kan konfigureres som videresendere. Z-wave-protokollen tillater bare noder som er plugged-in (ikke batteridrevne) å fungere som "Routing Nodes".

Koble til Internett:

Ved å bruke den nylige “Gateway / Aggregator” -tilnærmingen av andre protokoller, kan et Z-Wave-system styres via Internett ved hjelp av en Z-Wave gateway eller Controller (master) -enhet som fungerer som både hubkontrolleren og portalen på utsiden. Et eksempel på dette er Delock 78007 Z-Wave® Gateway.

Z-Wave Alliance

Mens de første Z-bølgebaserte enhetene ble utgitt så tidlig som i 1999, fikk teknologien ikke virkeligheten før i 2005 da en gruppe selskaper, inkludert hjemmeautomatiseringsgiganten Leviton, Danfoss og Ingersoll-Rand, vedtok Z-Wave og dannet en allianse kalt Z-Wave Alliance.

Alliansen ble dannet for å fremme bruk og interoperabilitet av Z-Wave-teknologi og enheter basert på den. I tråd med dette utvikler og vedlikeholder alliansen Z-wave-standarden, og sertifiserer alle Z-Wave-baserte enheter for å sikre at de overholder standarden. Alliansen startet med 5 medlemsbedrifter, men har nå over 600 selskaper som produserer mer enn 2600 Z-Wave-sertifiserte enheter.

Forskjellen mellom Z-Wave og andre protokoller

For å forstå hvorfor det er fornuftig å ha en annen kommunikasjonsprotokoll som Z-wave, vil vi sammenligne den med noen andre kommunikasjonsprotokoller som brukes i hjemmeautomatisering inkludert; Bluetooth, WiFi og Zigbee

Z-wave vs Bluetooth:

Den mest uttalte fordelen med Z-Wave over Bluetooth er Range. Z-bølger har et effektivt større dekningsområde enn Bluetooth. Bluetooth-signaler er også utsatt for forstyrrelser og avbrudd fordi de sender og mottar informasjon om 2,4 GHz-båndet, og dermed konkurrerer om båndbredde med WiFi-baserte enheter som bruker samme frekvensbånd.

Med Z-wave, i stedet for å gjøre nettverket tregere eller støyende, jobber hver Z-wave signal repeater sammen for å gjøre nettverket sterkere, slik at jo flere enheter du har, desto lettere er det å lage et robust nettverk som er i stand til å omgå hindringer.

Z-wave vs WiFi:

I likhet med Bluetooth er WiFi-baserte nettverk også utsatt for forstyrrelser, avbrudd og rekkeviddeproblemer og fungerer som sådan under Z-bølgebaserte nettverk under disse omstendighetene.

Bortsett fra å konkurrere om båndbredde med Bluetooth-enheter, konkurrerer WiFi-enheter også med hverandre, og dette kan påvirke signalstyrken og nettverkshastigheten i hjem der mange enheter er basert på WiFi. Dette er ikke tilfelle med Z-wave da nettverket blomstrer med tillegg av flere enheter til nettverket.

WiFi-baserte enheter har imidlertid en oppside i sammenligning med Z-bølger. De er i stand til å sende større informasjon som HD-videostrømmer og mer, mens Z-wave-baserte nettverk er i stand til å håndtere små byte med data som sensordata eller instruksjoner om å slå på / av en lyspære.

Z-wave vs. Zigbee:

Zigbee er en annen trådløs teknologi, og som Z-wave ble den designet med tanke på hjemmeautomatisering og nærliggende trådløse sensornettverk. I likhet med Z-wave er det basert på Mesh-nettverkstopologien, og hver enhet på et Zigbee-nettverk bidrar til å styrke signalet. Imidlertid, i motsetning til Z-wave, fungerer den på 2,4 GHz frekvensbåndet, noe som betyr at den også konkurrerer om båndbredde med WiFi og Bluetooth, og kan også være utsatt for forstyrrelser og nettverkshastighetsutfordringer knyttet til dem.

En annen forskjell hvis betydning jeg lar deg bestemme, er at mens Z-Wave er en proprietær teknologi (selv om det er planer om å gjøre programvaren åpen kildekode), er Zigbee åpen kildekode.

Z-Wave fordeler og ulemper

Som alle ting har Z-Wave både fordeler og ulemper. Vi vil diskutere dem etter hverandre.

Fordeler med Z-Wave

Noen av fordelene med Z-bølger inkluderer;

Evnen til å støtte 232 enheter i teorien og minst 50 i praksis.
Signalene kan bevege seg opptil 50 fot innendørs, slik at hindringer og opptil 100 fot kan hindres. Denne rekkevidden utvides betydelig utendørs. Med de fire humlene mellom enhetene som forbedrer rekkevidden ytterligere, vil dekning ikke være et problem i viltvoksende tilknyttede hjem.
Z-wave-alliansen består av opptil 600 produsenter som produserer over 2600 sertifiserte enheter for å sikre kompatibilitet.
Mindre forstyrrelser på grunn av at ISM-båndet blir brukt.
Mindre døde flekker sammenlignet med andre nettverk, takket være den robuste mesh-topologien
Den er rimelig og enkel å bruke.

Ulemper Z-Wave

I motsetning til noen av de andre kommunikasjonsprotokollene, ble Z-Waves spesielt designet for bruk i hjemmeautomatiseringsapplikasjoner, som sådan, ble den skreddersydd for applikasjonsbehovene og har svært små ulemper. Imidlertid kan de brukbare grensene på 50 enheter i stedet for den 232, være en utfordring i hjem der mer enn 50 enheter må distribueres.

Dessuten gjør dens manglende evne til å opprettholde overføring av store byte data det ikke så nyttig i applikasjoner som videoovervåking, der megabyte data må streames mellom sluttenhetene.

Konklusjon

Z-bølger er til hjemmeautomatisering hva LoRa er for det bredere IoT-landskapet. Den største fordelen den har over alle de andre protokollene i Home Automation-nisje, er det faktum at den ble designet for den nisje. Dette betyr at det generelt vil fungere bedre enn andre protokoller som er designet for bredere forbruk, og det vil fungere relativt bra for minst 80% av applikasjonene i den nisjeen.