Izpratne par z

Palielinoties ap bezvadu sensoru tīkliem, mājas automatizācijai un IoT balstītajām lietojumprogrammām, vajadzība pēc alternatīviem sakaru protokoliem bez parastajiem Bluetooth, Wi-Fi un GSM protokoliem kļuva acīmredzama. Vairākas tehnoloģijas, piemēram, Zigbee un Bluetooth Low Energy (BLE), tika izstrādātas kā alternatīvas, taču viena izcila tehnoloģija, kas īpaši izstrādāta mājas automatizācijas lietošanai, bija Z-Wave. Šodienas rakstam mēs izpētīsim Z-wave tehniskās īpašības, tā atšķirīgās iezīmes, standartu un daudz ko citu.

Kas ir Z-Wave

Z-Wave ir bezvadu sakaru protokols, kas galvenokārt izstrādāts izmantošanai mājas automatizācijas lietojumprogrammās. To 1999. gadā izstrādāja Kopenhāgenas uzņēmums Zensys kā jauninājumu uz viņu izveidoto patērētāju gaismas vadības sistēmu. Tas tika izstrādāts, lai nodrošinātu drošu, maza aiztures mazo datu paku pārraidi, izmantojot zemas enerģijas radioviļņus ar datu pārraides ātrumu līdz 100 kbit / s ar caurlaidspēju līdz 40 kbit / s (9,6 kbiti / s, izmantojot vecās mikroshēmas), un ir piemērots vadības un sensoru lietojumiem.

Pamatojoties uz tīkla tīkla topoloģiju un darbojas nelicencētā 800–900 MHz (faktiskā frekvence mainās) ISM frekvenču joslā, uz Z-Wave bāzes ierīces spēj sasniegt sakaru attālumu līdz 40 metriem, turklāt ar ziņu papildu spēju uzlēkt starp 4 mezgliem. Visas šīs funkcijas padara to par piemērotu sakaru protokolu mājas automatizācijas lietojumprogrammām, piemēram, apgaismojuma kontrolei, termostatiem, logu vadības ierīcēm, slēdzenēm, garāžu durvju atvērējiem un daudzām citām, vienlaikus izvairoties no problemātiskiem sastrēgumiem, kas saistīti ar Wi-Fi un Bluetooth, jo tie izmanto 2,4 GHz un 5 GHz joslas.

Kā darbojas Z-Wave protokols?

Lai saprastu Z-Wave protokola darbību, analizēsim priekšmetu trīs galvenajās sadaļās, proti, Z-Wave sistēmas arhitektūra, datu pārraide / saņemšana un maršrutēšana un savienošana ar internetu

Z-Wave sistēmas arhitektūra:

Katru Z-viļņu tīklu veido divas plašas ierīču kategorijas;

Kontrolieris / kapteinis (-i)
Vergi

Galvenais parasti ir Z-Wave tīkla resursdators, pie kura var pieslēgt citas ierīces (vergus). Parasti tas tiek piegādāts ar iepriekš ieprogrammētu NetworkID (dažreiz to sauc par HomeID), kas tiek piešķirts katram vergam (kuram nav iepriekš ieprogrammēta ID), kad tie tiek pievienoti tīklam, izmantojot procesu, ko sauc par “iekļaušanu ”. Papildus HomeID katrai ierīcei, kas pievienota Z-wave tīklam, kontrolieris parasti piešķir ID, ko sauc par NodeID. NodeID ir unikāls katrā tīklā (par katru HomeID), kā tādu, tas tiek izmantots, lai adresi un galvenokārt atpazīt katru ierīci konkrētā tīklā.

Iekļaušana pēc nolūka ir līdzīga tam, kā maršrutētājs piešķir IP adreses ierīcēm savā tīklā, savukārt maģistri ir līdzīgi maršrutētājiem / vārtejām / ierīču centrmezgliem, un vienīgā atšķirība ir tīkla attiecības, kuras kapteiņiem ir ar vergiem tīklā. Lai noņemtu mezglus no Z-Wave tīkla, tiek veikts process ar nosaukumu “ izslēgšana ”. Izslēgšanas laikā no ierīces tiek izdzēsts mājas ID un mezgla ID. Ierīce tiek atiestatīta uz rūpnīcas noklusējuma stāvokli (kontrolieriem ir savs mājas ID, bet vergiem nav mājas ID).

Iepriekš minētie HomeID un NodeID ir divas identifikācijas sistēmas, ko Z-viļņu protokols nosaka, lai Z-viļņu tīklu varētu viegli organizēt.

HomeID ir visu mezglu, kas ir daļa no noteikta Z-Wave tīkla, kopīgā identifikācija, savukārt NodeID ir atsevišķu tīkla mezglu adrese.

HomeID parasti ir iepriekš ieprogrammēti un unikāli, un tie nosaka konkrēto Z viļņu tīklu. To garums ir 32 biti, kas nozīmē, ka ir iespējams izveidot līdz pat 4 miljardiem (2 ^ 32) dažādu HomeID un dažādu Z viļņu tīklu. Savukārt mezgla ID ir tikai baita (8 bitu) garums, kas nozīmē, ka tīklā mums varētu būt līdz 256 (2 ^ 8) mezgliem.

Papildus tam, ka identifikācijas sistēma ļauj ērti adresēt mezglus, tā palīdz novērst traucējumus Z viļņu tīklos, jo divi mezgli ar dažādiem HomeID nevar sazināties, pat ja tiem ir viens un tas pats NodeID. Tas nozīmē, ka jūs varētu izvietot divus z-viļņu tīklus blakus, neuztraucot hartu no A tīkla.

Datu pārraide, saņemšana un maršrutēšana:

Tipiskos bezvadu tīklos centrālajam kontrollerim / galvenajam ir tiešs bezvadu savienojums ar tīkla mezgliem. Lai cik noderīga būtu šī vienošanās attiecībā uz šiem protokoliem, tā rada datu pārraides ierobežojumu tā, ka “ierīce A” nevarēs mijiedarboties ar ierīci “ierīce B”, ja starp abiem no tiem un galveno ierīci būs pārtraukums. Tas tā nav gadījumā ar Z viļņiem, pateicoties tā tīkla tīkla topoloģijai un Z viļņu mezglu spējai pārsūtīt un atkārtot ziņojumus citiem mezgliem. Tas nodrošina, ka var sazināties ar visiem tīkla mezgliem pat tad, ja tie neatrodas kontroliera tiešajā diapazonā. Lai labāk to saprastu, apsveriet zemāk redzamo attēlu;

Z-viļņu tīkla attēlā redzams, ka kontrolieris var tieši sazināties ar 1., 2. un 4. ierīci, savukārt 6. mezgls atrodas ārpus tā radiofrekvenču diapazona. Tomēr iepriekš aprakstīto funkciju dēļ mezgls 2 uzņems atkārtotāja / pārsūtītāja statusu un paplašinās kontroliera diapazonu līdz mezglam 6 tā, ka jebkura ziņojuma virsraksts uz mezglu 6 tiks nodots caur mezglu 2. Mezgli, piemēram, 2. mezgls lielos tīklos tiek saukti par maršrutiem, un tie veicina Z-viļņu tīklu elastību un izturību. Lai noteiktu, kurš no maršrutiem jāceļo, lai sasniegtu konkrētu mezglu, Z viļņu tīkli izmanto rīku, ko sauc par maršrutēšanas tabulu.

Katrs mezgls Z-viļņu tīklā spēj noteikt citus mezglus (sauktus par kaimiņiem) tā tiešajā bezvadu pārklājuma zonā, un Iekļaušanas laikā vai vēlāk mezgls informē kontrolieri par šiem kaimiņiem. Izmantojot kaimiņu sarakstu no katra mezgla, kontrolieris izveido maršrutēšanas tabulu, ko izmanto, lai kartētu maršrutus uz mezgliem, kas atrodas ārpus kontroliera tiešā bezvadu diapazona.

Ir svarīgi atzīmēt, ka ne visus mezglus var konfigurēt kā ekspeditorus. Z-wave protokols ļauj tikai “Routing Nodes” kalpot mezgliem, kas ir ieslēgti (nav darbināmi ar akumulatoru).

Savienojuma izveide ar internetu:

Izmantojot neseno “Gateway / Aggregator” pieeju, izmantojot citus protokolus, Z-Wave sistēmu var vadīt caur internetu, izmantojot Z-Wave gateway vai Controller (master) ierīci, kas kalpo gan kā centrmezgla kontrolleris, gan portāls uz āru. Piemērs tam ir Delock 78007 Z-Wave® Gateway.

Z-Wave alianse

Kamēr pirmās uz Z viļņa bāzes ierīces tika izlaistas jau 1999. gadā, šī tehnoloģija īsti netika panākta līdz 2005. gadam, kad uzņēmumu grupa, tostarp mājas automatizācijas gigants Leviton, Danfoss un Ingersoll-Rand, pieņēma Z-Wave un izveidoja aliansi sauca par Z-Wave aliansi.

Alianse tika izveidota, lai veicinātu Z-Wave tehnoloģijas un uz tās balstītu ierīču izmantošanu un savietojamību. Saskaņā ar to alianse izstrādā un uztur Z-wave standartu un sertificē visas ierīces, kuru pamatā ir Z-Wave, lai nodrošinātu to atbilstību standartam. Alianse sākās ar 5 dalībfirmām, bet tagad tai ir vairāk nekā 600 uzņēmumu, kas ražo vairāk nekā 2600 Z-Wave sertificētas ierīces.

Atšķirība starp Z-Wave un citiem protokoliem

Lai saprastu, kāpēc ir jēga izmantot citu sakaru protokolu, piemēram, Z-wave, mēs salīdzināsim to ar dažiem citiem sakaru protokoliem, ko izmanto mājas automatizācijā, ieskaitot; Bluetooth, WiFi un Zigbee

Z-wave vs Bluetooth:

Visizteiktākā Z-Wave priekšrocība salīdzinājumā ar Bluetooth ir diapazons. Z viļņiem ir faktiski lielāks pārklājuma laukums nekā Bluetooth. Arī Bluetooth signāli ir pakļauti traucējumiem un traucējumiem, jo tie sūta un saņem informāciju par 2,4 GHz joslu, tādējādi sacenšoties par joslas platumu ar ierīcēm, kuru pamatā ir WiFi, izmantojot to pašu frekvenču joslu.

Izmantojot Z-wave, nevis padarot tīklu lēnāku vai trokšņaināku, katrs Z-wave signāla atkārtotājs darbojas kopā, lai padarītu tīklu spēcīgāku tā, ka, jo vairāk jums ir ierīču, jo vieglāk ir izveidot stabilu tīklu, kas spēj apiet šķēršļiem.

Z-wave vs WiFi:

Tāpat kā Bluetooth, arī WiFi tīkli ir jutīgi pret traucējumiem, traucējumiem un ar diapazonu saistītiem jautājumiem, un tādos apstākļos tie darbojas zem Z-viļņu tīkliem.

Papildus konkurencei par joslas platumu ar Bluetooth ierīcēm, WiFi ierīces konkurē arī savā starpā, un tas varētu ietekmēt signāla stiprumu un tīkla ātrumu mājās, kur daudz ierīču pamatā ir WiFi. Tas nenotiek ar Z-wave, jo tīkls plaukst, pievienojot tīklam vairāk ierīču.

Tomēr uz WiFi balstītām ierīcēm ir augšupeja, salīdzinot ar Z viļņiem. Viņi spēj nosūtīt lielāku informāciju, piemēram, HD video straumes un daudz ko citu, savukārt Z-viļņu tīkli spēj apstrādāt mazus datu baitus, piemēram, sensora datus vai instrukcijas, kā ieslēgt / izslēgt spuldzi.

Z-wave pret Zigbee:

Zigbee ir vēl viena bezvadu tehnoloģija, un, tāpat kā Z-wave, tā tika izstrādāta, domājot par mājas automatizāciju un tuvumā esošajiem bezvadu sensoru tīkliem. Tāpat kā Z-wave, tā ir balstīta uz tīkla tīkla topoloģiju, un katra Zigbee tīkla ierīce palīdz stiprināt signālu. Tomēr atšķirībā no Z viļņa tas darbojas ar 2,4 GHz frekvenču joslu, kas nozīmē, ka tas konkurē arī par joslas platumu ar WiFi un Bluetooth, kā arī var būt pakļauts traucējumiem un tīkla ātruma izaicinājumiem, kas ar tiem saistīti.

Vēl viena atšķirība, kuras nozīmi es atstāšu jums izlemt, ir fakts, ka, lai gan Z-Wave ir patentēta tehnoloģija (lai gan ir plānots programmatūru padarīt par atvērtu pirmkoda), Zigbee ir atvērtā koda.

Z-Wave priekšrocības un trūkumi

Tāpat kā visām lietām, arī Z-Wave ir gan priekšrocības, gan trūkumi. Mēs tos apspriedīsim viens pēc otra.

Z-Wave plusi

Dažas no Z-viļņu priekšrocībām ir:

Spēja teorētiski atbalstīt 232 ierīces un vismaz 50 - praksē.
Signāli var pārvietoties telpās līdz 50 pēdām, ļaujot šķēršļiem, un līdz 100 pēdām netraucēti. Šī sasniedzamība ir ievērojami pagarināta ārpus telpām. Tā kā četri apiņi starp ierīcēm vēl vairāk uzlabo diapazonu, pārklājums nebūs problēma savienoto māju izplešanā.
Z-wave aliansi veido līdz 600 ražotājiem, kas ražo vairāk nekā 2600 sertificētas ierīces, lai nodrošinātu savietojamību.
Mazāk iejaukšanās ISM joslas dēļ.
Pateicoties izturīgajai acu topoloģijai, mazāk mirušu vietu, salīdzinot ar citiem tīkliem
Tas ir pieejams un ērti lietojams.

Mīnusi Z-Wave

Atšķirībā no dažiem citiem sakaru protokoliem, Z-Waves tika īpaši paredzēts lietošanai mājas automatizācijas lietojumprogrammās, tāpēc tas tika pielāgots lietojumprogrammu vajadzībām, un tam bija ļoti maz trūkumu. Tomēr 50 ierīču, nevis nosacītās 232, darbspējas ierobežojumi var būt izaicinājums mājās, kur jāizvieto vairāk nekā 50 ierīces.

Turklāt tā nespēja uzturēt lielu datu baitu pārsūtīšanu padara to ne tik noderīgu tādās lietojumprogrammās kā videonovērošana, kur starp gala ierīcēm ir jāpārraida megabaiti datu.

Secinājums

Z-viļņi ir domāti mājas automatizācijai, kas LoRa ir plašākai IoT ainavai. Lielākā priekšrocība, kāda tam ir salīdzinājumā ar visiem citiem Mājas automatizācijas nišas protokoliem, ir fakts, ka tā ir paredzēta šai nišai. Tas nozīmē, ka tas parasti darbosies labāk nekā citi protokoli, kas paredzēti plašākam patēriņam, un tas darbosies salīdzinoši labi vismaz 80% no šīs nišas lietojumiem.