Протокол z-wave

Содержание:

Тестовые сценарии

Автоматическое управление освещениемИспользуемые устройства:

Датчик движения AEOTEC Multisensor 6-in-1
FIBARO Dimmer 2
FIBARO RGBW модуль

, Сценарий «Выключить свет через 30 минут, если нет движения» с помощью FIBARO Home Center 2.Сценарий «Выключить свет через 30 минут, если нет движения» с помощью RaZberry.Сценарий «Днем включать свет на 100%, ночью на 20%» с помощью RaZberry.Перенос выключателя в удобное местоИспользуемые устройства:

Выключатель на батарейке Z-Wave.Me Dual Paddle WC
FIBARO Dimmer 2
FIBARO RGBW модуль

Сценарий «ВКЛ/ВЫКЛ бра и светодиодную ленту с выключателя» с помощью FIBARO Home Center 2.Сценарий «ВКЛ/ВЫКЛ бра и светодиодную ленту с выключателя» с помощью RaZberry.Управление климатомИспользуемые устройства:

Устройство управления кондиционером Remotec ZXT-120
Термоголовка на батарею Danfoss Living Connect
Датчик открытия двери/окна FIBARO Door/Window Sensor

Сценарий «При открытии окна выключить кондиционер» с помощью FIBARO Home Center 2.Сценарий «При открытии окна выключить кондиционер» с помощью RaZberry.Охрана помещенияИспользуемые устройства:

Датчик движения AEOTEC Multisensor 6-in-1
Датчик открытия двери/окна FIBARO Door/Window Sensor

Если установлен режим «Дом на охране», при срабатывании любого из датчиков отправлять тревожное сообщение, если установлен режим «Охрана снята», при срабатывании любого из датчиков выключаем кондиционер или управляем освещениемСценарий «Режим комфорт — режим охрана» с помощью FIBARO Home Center 2.Сценарий «Режим комфорт — режим охрана» с помощью RaZberry.

Протокол передачи данных

Пройдёмся по всем уровням модели OSI (кроме отсутствующего представительного) и опишем основные характеристики Z-Wave.

Физический уровень

Передача данных осуществляется на частоте:

869.0 МГц (Россия),
868.42 МГц (Европа, страны CEPT, Китай, Сингапур, ОАЭ, ЮАР),
908.42 МГц (США, Мексика),
921.42 МГц (Австралия, Бразилия, Новая Зеландия),
919.8 МГц (Гонконг),
865.2 МГц (Индия),
868.2 МГц (Малайзия),
Япония (951-956 и 922-926 МГц).

Модуляция: FSK (частотная манипуляция).

Скорость передачи:

42 кбит/с,
100 кбит/с
9.6 кбит/с (для совместимостью со старыми устройствами).

Скважность не более 1%. Предельная мощность передачи 1 мВт.

Предельная мощность передачи 1 мВт.

Канальный уровень

Используются пакеты с контролем целостности данных (контрольная сумма) и адресацией получателя и отправителя. В качестве получателя может использоваться multicast адрес или broadcast (в этом случае пакет принимается всеми участниками сети с включенным радио-модулем).

Сетевой уровень

Протокол Z-Wave определяет алгоритм маршрутизации, позволяющий передавать данные между устройствами вне прямой видимости. Все постоянно работающие узлы сети (бывают ещё спящие и «часто слушающие» узлы) могу участвовать в пересылке пакетов между другими участниками сети. Z-Wave использует механизм Source Routing, т.е. маршрут следования определяется отправителем. Broadcast и multicast пакеты не маршрутизируются. При невозможности найти нужный узел по маршрутам, записанным в памяти, существует механизм поиска узла по всей сети путём посылки специального пакета Explorer Frame (см. ниже) всем узлам сети. После успешного нахождения узла новый маршрут записывается отправителем в память для последующего использования.

Транспортный уровень

На данном уровне Z-Wave гарантирует подтверждение доставки и повторную отправку в случае, если пакет не был доставлен до получателя. Каждый узел, участвующий в пересылке, подтверждает факт получения сообщения. Для уменьшения загрузки эфира в Z-Wave используется механизм «молчаливых подтверждений»: узел (А), передавший пакет следующему узлу (Б) на пути следования пакета не ждёт подтверждения от него, а видит, что Б отправил пакет дальше узлу С и воспринимает это как факт подтверждения успешной пересылки пакета от А к Б. Получив пакет, конечный узел передаёт назад подтверждения доставки, которое путешествует назад тем же маршрутом до исходного отправителя. Таким образом отправитель всегда знает, дошёл ли пакет до точки назначения или нет.

Прикладной уровень

Z-Wave также определяет алгоритм интерпретации получаемых на прикладном уровне команд. Данный уровень описан набором Классов Команд (Command Classes). Для некоторых Классов существует несколько вариантов интерпретации команд, которые зависят от Класса Устройства (Device Class), определяющего тип устройства.

С 2012 года физический и канальный уровни протокола Z-Wave вошли в стандарт ITU-T G.9959 (рекомендации сектора стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи).

Уровни от транспортного до канального реализованы в программном коде Sigma Designs и поставляются в прекомпилированном виде (в комплекте SDK). С одной стороны проприетарный код — это минус, но в закрытости данного протокола есть и свои плюсы: ни один производитель не может изменить нижние уровни протокола, что позволяет легче обеспечивать совместимость — все устройства основаны на одном хорошо отлаженном коде.

Все команды в Z-Wave предельно компактно упакованы. Это нужно для уменьшения размера пакета, что положительно влияет на занимаемое в эфире время, а также на уменьшение потерь при передаче. Z-Wave предназначен для передачи коротких команд без открытия сессии, т.е. совсем не подходит для потоковой передачи потоковых данных. Максимальный полезный размер передаваемых данных составляет 46 байт (размер данных прикладного уровня без шифрования).

Какие задачи лучше всего решает Z-Wave?

Протокол Z-Wave был разработан для квартир и небольших домов. Обычно такие системы содержать от 5 до 100 устройств. Основная особенность Z-Wave состоит в том, что он относится к формату «сделай сам» (DIY), т.е. установку и настройку системы владелец жилья может сделать самостоятельно. Протокол разрабатывался специально для управления такими устройствами как свет, жалюзи, ворота, термостаты и другими путём передачи коротких команд, требующих небольшого энергопотребления. Типичные небольшие задачи, решаемые при помощи Z-Wave — это установка проходных выключателей, перенос выключателей на более удобный уровень, дистанционное управление воротами и жалюзи, включение света по датчикам движения. Все эти задачи не требуют перекладывания проводов. Существуют и более сложные проекты автоматизации квартир, не уступающие по сложности промышленным системам автоматизации.

Что такое Z-Wave?

Z-Wave — это распространённый радио протокол передачи данных, предназначенный для домашней автоматизации. Характерной особенностью Z-Wave является стандартизация от физического уровня, до уровня приложения. Т.е. протокол покрывает все уровни OSI-классификации, что позволяет обеспечивать совместимость устройств разных производителей при создании гетерогенных сетей.

Что позволяет делать технология Z-Wave?

Управление освещением (реле/диммеры), шторами, рольставнями и воротами
Управление жалюзи и другими моторами (10-230 В)
Включение/выключение любых нагрузок до 3.5 кВт (модуль в розетку или встраиваемое реле)
Дистанционное управление с ПДУ
Управление обогревом (электрические тёплые полы с защитой от перегрева, электро котлы и радиаторы, термостаты для водяных клапанов радиаторов)
Управление кондиционерами (через ИК интерфейс имитируя пульт)
Детектирование тревожных событий (датчики движения, открытия двери/окна, протечки, сухие контакты)
Мониторинг состояния (датчики температуры, влажности, освещённости)
Управление A/V аппаратурой (по протоколу Z-Wave или через ИК интерфейс имитируя пульт)
Связь с любым программным обеспечением через ПК контроллер
Сбор данных со счётчиков

См. также

6LoWPAN — IPv6 поверх маломощных беспроводных персональных сетей
X10 — открытый индустриальный стандарт
ZigBee — спецификация сетевых протоколов регламентированных стандартом IEEE 802.15.4
EnOcean — проприентарная беспроводная технология с низким уровнем энергопотребления для устройств без батареек
INSTEON — двух-сетевая (радиочастотная и передача через линии питания) технология
ONE-NET (англ. One-Net) — первый открытый протокол беспроводной сети передачи данных
англ. DASH7 — Active RFID standard
англ. MyriaNed — low power, biology inspired, wireless technology
англ. OSIAN — Open Source IPv6 Automation Network

Работа от батареек

Большой плюс протокола Z-Wave — это возможность для устройств работать на батарейках. Существует два типа устройств, работающих от батареек:

Спящие. Такие устройства не будут участвовать в маршрутизации сети как ретранслятор, но сами могут использовать другие узлы для передачи своих пакетов. Оповещение о пробуждении, периоды просыпания и уход в сон регулируются Классом Команд Wakeup, т.е. на уровне приложения. Проснувшись, эти устройства сообщают, о своём пробуждении, ждут команд от других устройств сети, после чего засыпают назад. Чем раньше устройство уснёт, тем меньше будет израсходовано заряда батареек. При правильном управлении такими устройствами, они могут прожить на одном комплекте батареек год и более. Портативные контроллеры тоже являются спящими устройствами.
Часто слушающие (FLiRS = Frequently Listening Routing Slave)* — это устройства просыпающиеся раз в 0.25 или 1 секунду на короткое время (несколько миллисекунд) для того, чтобы проверить, нет ли в эфире специального пакета «проснись» (wake up beam). Такой пакет им посылают другие устройства перед тем, как начать общение с ними. Данный пакет длится 0.25 или 1 секунду соответственно, занимает эфир на всё это время, и позволяет часто спящему устройству, ненадолго проснувшись, увидеть, что для него есть пакет. Увидев пакет «проснись», оно полноценно просыпается, принимает предназначенные для него данные, обрабатывает их, возможно, посылает ответ, после чего засыпает назад. Такой механизм позволяет создавать устройства, доступ к которым должен всегда, но возможности провести сеть электропитания к месту их установки нет возможности. Типичный пример таких устройств: дверные замки, сирены.

===== Commad Classes (Классы Команд) =====

Все данные уровня приложения передаются в виде коротких пакетов следующего вида:
— Command Class ID
— Command ID
— специфические данные для команды

Сначала идёт класс команды, потом команда в этом классе, далее данные специфичные для этой команды. Благодаря строгому стандарту, описывающему Классы Команд, устройства разных производителей могут понимать друг друга без каких-либо проблем.

Приведём пример популярных классов и опишем из назначение.

Basic** — самый популярный класс, позволяющий устройствам разного типа быть совместимыми на минимальном уровне. Например, выключатель умеет посылать команды Включить/Выключить, которые диммер и реле будут интерпретировать как включение/выключение света, термостат как переход между режимами нормальный/энергосберегающий, а устройство управления жалюзи как ход/остановка движения ставней.
Switch Binary / Switch Multilevel — используются для управления освещением (реле/диммер), а также для управления моторами (для ставней или ворот).
Sensor Binary / Sensor Multilevel — для бинарного датчика (открытия двери, протечки, дыма, движения) и многопозиционного датчика (температуры, освещённости, влажности).
Meter — используется для снятия показаний и сброса накопленных значений счётчиков.
Association — позволяет устанавливать связи между устройствами. Например, на устройстве есть 3 кнопки. Для них есть 3 соответствующие кнопкам группы ассоциаций. При нажатии на кнопку посылаются команды Basic Set Включить соответствующей группе. Класс Association используется для ведения списка узлов в этой группе. Такой подход позволяет просто и эффективно настраивать прямые взаимосвязи между устройствами сети.
Configuration — позволяет менять некоторые заложенные производителем параметры устройств. Например, скорость диммирования света или чувствительность датчика движения.
Battery — позволяет запрашивать заряд батареек устройств.
Wakeup — для управление параметрами просыпания спящих устройств.
MultiChannel — используется для адресации к конкретной компоненте сложного устройства, состоящего из нескольких элементов. Обычные Классы Команд (Basic, Switch/Sensor Binary/Multilevel, Meter) инкапсулируются в команду данного класса с указанием номера элемента. Например, устройство может содержать два реле или три датчика (температуры, влажности и движения).

Список поддерживаемых устройством Классов Команд содержится в пакете NIF (Node Information Frame — пакет описания устройства). Благодаря ему можно определить Класс Устройства (Device Class, см. ниже) и список возможностей устройства. Этот пакет приходи первичному контроллеру при включении устройства в сеть, а также при нажатии один или три раза на кнопку (у большинства устройств, см. документацию к конкретному устройству).

Z-Wave Alliance

Z-Wave Альянс — это открытый консорциум, объединяющий более 700 (по состоянию на 2018 год) независимых производителей, которые создают продукцию и услуги на основе Z-Wave. Члены Z-Wave Alliance — это лидеры отрасли всего спектра рынка домашней автоматизации: разработчики программного обеспечения и крупнейшие дистрибьютеры оборудования Z-Wave, операторы связи, управляющие компании и магазины электроники. Общая цель консорциума — координация направления развития протокола Z-Wave, организация выставок и маркетинговых мероприятий, маркетинговая поддержка членов альянса, контроль за сертификацией устройств Z-Wave.

Основные члены включают ADT, GE/Jasco, Evolve, Ingersoll-Rand, Linear, FAKRO и Sigma Designs. В России также есть производители, официальные представители и инсталляторы Z-Wave Alliance: DEFARO Z-Wave.Me, ИМАГ, Tronic.

По состоянию на 2018, на рынке представлено более 2700 различных сертифицированных продуктов.

Установка Z-Way на Raspberry Pi

RaZberry

Для работы Z-Way требуется плата RaZberry, устанавливаемая в колодку GPIO Raspberry Pi. Плата занимает первые десять пинов, но использует только следующие: 3,3 В, GND, RX, TX. Z-Way можно установить на любое поколение Raspberry Pi.

Существует несколько способов установки.

Минимальная установка. На последнем Raspbian скачиваем и ставим в систему пакет deb. При этом будет установлен только сервер Z-Wave без удаленного доступа.

Обычная установка. На последнем Raspbian запускаем установочный скрипт. Будет установлен сервер Z-Wave и активирован удаленный доступ.

Максимальная установка. Есть готовый образ системы c уже установленным сервером Z-Wave, активированным удаленным доступом и настроенным Wi-Fi в режиме точки доступа. Это самый простой и быстрый способ поднять полноценный хаб умного дома на Raspberry Pi.

Вот как записать образ на карточку, если у тебя Mac.

В Linux различается разве что команда монтирования. Но если возникнут сложности или у тебя Windows, то можешь воспользоваться сторонним софтом — например, Etcher.

На свежеустановленном Z-Way нужно найти IP-адрес контроллера RaZberry в локальной сети. Можно посмотреть на роутере список подключенных устройств, а можно зайти на сайт удаленного доступа https://find.z-wave.me и увидеть подключенный контроллер. При первом старте предлагается установить пароль администратора.

Вверху отображается ID удаленного доступа

Различия

Несмотря на то, что между ними много общего, Z-Wave Plus является явным улучшением по сравнению с его предшественником.

Расширенные возможности включают в себя:

Увеличенный радиус действия – устройства могут обмениваться данными на расстоянии до 150 м при условии отсутствия значительных помех.
Время работы от батареи – повышение срока службы батареи на 50% позволяет устройствам работать дольше.
Ширина полосы пропускания – на 250% больше, что означает, что ваша сеть может обрабатывать огромные объемы данных и продолжать работать с максимальной эффективностью.
F Каналы – три включенных “F каналов” улучшают подключение устройства, сводя к минимуму помехи и увеличивая полосу пропускания.
Plug-n-Play – новые устройства можно добавлять еще проще, чем когда-либо, благодаря удобному plug-n-рlay, который автоматически подключает новые устройства к вашей сети.
Улучшенная самоизоляция – Z-Wave Plus позволяет продолжать работу, когда что-то идет не так, самостоятельно принимать меры для решения проблемы и быть более устойчивым к сбоям, используя функцию “Explorer Frame”.
Стандартизированные обновления – независимо от Z-Wave Plus, все они используют стандартный метод для беспроводного обновления микропрограммы.
Улучшенный сбор информации о продукции – Z-Wave Plus позволяет легче собирать информацию о новых продуктах для базы данных сертификации.
Совместимость Z-Wave Plus обратно совместим с Z-Wave, но есть несколько моментов, которые следует иметь в виду.

Это может повлиять как на диапазон ваших устройств, так и на контроллер. Если вы включите обычные устройства Z-Wave в сеть Z-Wave, вы не сможете воспользоваться преимуществами расширенного ассортимента контроллеров “Plus”. Кроме того, если у вас Z-Wave, а не Z-Wave Plus, ни одно из устройств в вашей сети не может воспользоваться преимуществами функций Plus.

Короче говоря, убедитесь, что у вас присутствует контроллер Z-Wave Plus, если вы покупаете продукты Plus, и обычное Z-Wave также можно использоваться в сети Plus, хотя и без некоторой функциональности.

Умный дом с Z-Wave

На базе Raspberry Pi

Сердце «умного дома» — контроллер. Энтузиасты могут собрать и настроить его на популярной платформе Raspberry Pi: в продаже есть плата расширения RaZberry от российской Z-Wave.me. Она устанавливается в стандартную GPIO колодку и обеспечивает весь функционал системы. За программную часть отвечает установленное из репозиториев z-wave.me серверное ПО Z-Way.

После инсталляции платы «малинку» следует перезагрузить и поставить сервер. Минимальная установка:

В таком случае разворачивается только серверная часть без удаленного доступа.

На storage.z-wave.me также доступны сборки ОС с предустановленным Z-Way. Разворачиваются они стандартным образом на SD-карту.

Можно просто запустить установочный скрипт:

После установки станет доступен интерфейс Z-Way Server, откуда можно будет приступать к подключению устройств и конфигурированию.

Готовый контроллер

На рынке присутствуют готовые программно-аппаратные решения, не требующие манипуляций с установкой ПО. Таков, например, Fibaro Home Center 2, совместимый с Z-Wave устройствами. Это мощный хаб для «умного дома» на центральном процессоре Intel Atom, предоставляющий простой и удобный пользовательский интерфейс настроек системы.

Внешний вид:

Пример интерфейса:

Компания Fibaro также производит большой ассортимент совместимой с Z-Wave периферии.

Этот управляющий сетью Z-Wave контроллер отличается встроенным аккумулятором, обеспечивающим до 2 часов автономной работы.

Устройства

Все производители работающей по данному протоколу техники объединены в глобальный консорциум Z-Wave Alliance. На сегодня в нем насчитывается более 300 членов. Среди них такие гиганты, как упомянутые Silicon Labs и Fibaro, Bosch и другие. Неполный список участников:

Велико и число предлагаемых аксессуаров — реле, переключателей, контроллеров и USB стиков для подсоединения различных устройств к сети «умного дома».

Интересно, что существуют проекты интеграции аппаратуры Z-Wave со сторонними сервисами, например, с Яндекс.Станцией и голосовым помощником «Алиса».

Помимо контроллеров, поддерживаемое Z-Wave оборудование можно разделить на следующие группы:

вставляемые в розетку или заменяющие обычные переключатели;
электрические диммеры, подключаемые розеточные модули, реле;
устройства контроля электродвигателей (жалюзи и так далее);
измерители сигнала;
разнообразные датчики;
термостаты;
пульты ДУ;
IP-шлюзы и USB контроллеры.

Построенный с их помощью на протоколе Z-Wave умный дом будет многофункциональным и удобным.

Обзор

Z-Wave — это беспроводная радио технология с низким энергопотреблением, разработанная специально для дистанционного управления. В отличие от Wi-Fi и других IEEE 802.11 стандартов передачи данных, предназначенных в основном для больших потоков информации, Z-Wave работает в диапазоне частот до 1 ГГц и оптимизирована для передачи простых управляющих команд с малыми задержками (например, включить/выключить, изменить громкость, яркость и т. д.). Выбор низкого радиочастотного диапазона для Z-Wave обусловлен малым количеством потенциальных источников помех (в отличие от загруженного диапазона 2,4 ГГц, в котором приходится прибегать к мероприятиям, уменьшающим возможные помехи от работающих различных бытовых беспроводных устройств — Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth).

Z-Wave предназначен для создания недорогой и энергоэффективной потребительской электроники, в том числе устройств на батарейках, таких как пульты дистанционного управления, датчики дыма, температуры, влажности, движения и других датчиков безопасности.

По состоянию на 2018й год, Z-Wave поддерживается более чем 700 производителями по всему миру и покрывает широкий спектр потребительских и коммерческих продуктов в США, Европе и Азии. Нижние слои протокола, MAC и PHY, описываются ITU-Т G.9959 и полностью обратно совместимы. Радио чипы Z-Wave поставляются компаниями Sigma Designs и Mitsumi. Отличительной особенностью Z-Wave является то, что все эти продукты совместимы между собой. Совместимость подтверждается процессом сертификации Z-Wave или Z-Wave Plus.

В основе решения Z-Wave лежит ячеистая сеть (mesh сеть), в которой каждый узел или устройство может принимать и передавать управляющие сигналы другим устройствам сети, используя промежуточные соседние узлы. Mesh это самоорганизующаяся сеть с маршрутизацией, зависящей от внешних факторов — например, при возникновении преграды между двумя ближайшими узлами сети, сигнал пойдет через другие узлы сети, находящиеся в радиусе действия.

Некоторые производители продуктов Z-Wave предлагают решения с открытыми исходными кодами или открытым простым API. С 2010 года активно развивается проект под названием Open-ZWave, который предоставляет возможность создавать контроллеры Z-Wave без приобретения SDK от Sigma Designs.

Разработчик протокола Z-Wave — датская компания Zensys, которая с 2008 года принадлежит американской компании Sigma Designs.

Что такое Z-Wave

Именем Z-Wave обозначается применяемый в домашней автоматизации популярный протокол передачи данных по радиоканалу. Его отличительная особенность — полная стандартизация; это значит, что протокол охватывает все уровни модели OSI. Таким образом достигается полная совместимость устройств в гетерогенных сетях. Производитель оборудования значения не имеет: если оно поддерживает протокол, значит, совместимо с прочими устройствами сети.

История Z-Wave началась в 1999 году в Копенгагене, когда компания Zensys представила потребительскую версию удобной системы управления. Со временем она доросла до закрытой SoC-технологии контроллера домашней автоматизации, работающего на не лицензируемой частоте до 1 ГГц.

Краткая история версий аппаратной платформы:

серия 100 — 2003 г.;
чип серии 200 — 2005 г. Он предлагал улучшенную производительность при сниженной цене;
серия 500 — 2013 г. Он вышел на рынок как Z-Wave Plus и имел в четыре раза больше памяти, увеличенную дальность действия и продленную работу от батарей;
поколение 700 чипов вышло в 2018 году и характеризуется еще более увеличенной дальностью (до 100 м), низким энергопотреблением и до 10 заявленных лет работы конечных устройств от батарей, высокой производительностью и обратной совместимостью с предыдущими версиями. Поколение базируется на 32-битном процессоре ARM Cortex-M.

Протокол закрытый, и до 2018 года он принадлежал компании Sigma Designs, которая лицензировала каждое выпускаемое Z-Wave устройство. В 2018 компания была приобретена фирмой Silicon Labs, являющейся теперь основным вендором чипов. SiLabs таким образом включила в свой арсенал еще одну беспроводную технологию к уже имеющимся.

Возможности Z-Wave:

управление светом через диммеры или реле;
контроль штор, ворот, рольставень, жалюзи и прочих устройств с моторами от 10 до 230 В;
установка розеточных модулей или встраиваемых реле для активации/отключения нагрузок в диапазоне до 3.5 кВт;
управление отопительными системами (например, теплыми полами, электрорадиаторами и котлами);
обнаружение заданных событий по реакции датчиков (движение, открытие/закрытие дверей и окон, протечки воды и так далее), мониторинг состояния среды (по сенсорам освещенности, влажности, температуры);
получение данных с различных счетчиков;
управление кондиционерами;
контроль домашней мультимедиа-системы;
взаимодействие с любым ПО через контроллер и API;
дистанционное управление устройствами сети c ПК или телефона, пульта ДУ.

Протокол разработан прежде всего для небольших жилых домов и квартир и рассчитан на сеть в 5–100 компонентов. Его можно отнести к формату «сделай сам»: пользователь может не искать готовые решения, а выбрать нужные элементы системы и настроить их под свои требования.

Топология и маршрутизация

Каждая Z-Wave сеть определяется идентификатором сети (Network ID) и может включать до 232 узлов, определяемых идентификатором устройства (Node ID).

Network ID (он же Home ID) является общим идентификатором всех узлов, принадлежащих к одной логической Z-Wave сети. Network ID имеет длину 4 байта (32 бит) и присваивается каждому устройству через основной (primary) контроллер, когда устройство подключается к сети. Узлы с различными идентификаторами сети не могут общаться друг с другом.

Node ID представляет собой адрес одного узла в сети. Node ID имеет длину 1 байт (8 бит). Два узла не могут иметь одинаковый Node ID. Таким образом, вы имеете полный контроль над вашей Z-Wave сетью.

Z-Wave использует ячеистую топологию сети с маршрутизацией сообщений от источника (англ. Source routing) и имеет один основной контроллер и ноль или более вторичных контроллеров, которые управляют маршрутизацией и безопасностью. Устройства могут общаться друг с другом с помощью промежуточных узлов и обходить препятствия или мертвые радио-зоны, которые могут возникать. Сообщение от узла A к узлу C может быть успешно доставлено, даже если два узла расположены не в радиус действия связи, это осуществляется с помощью третьего узла B, который может взаимодействовать с узлами А и С. Если предпочтительный маршрут недоступен, отправитель будет пытаться связаться другими маршрутами, пока путь не будет найден к узлу «C». Таким образом, Z-Wave сеть может иметь радиус передачи гораздо больший, чем дальность передачи одного узла. Однако, из-за этих прыжков (hops) может быть получена небольшая задержка между командой управления и желаемым результатом. Для того, чтобы Z-Wave устройства имели возможность маршрутизировать данные ими не запрашиваемые, они не могут находиться в спящем режиме. Таким образом, устройства с питанием от батареек не предназначены в качестве устройств ретрансляции. Z-Wave сеть может включать до 232 устройств с возможностью расширения (bridging) сети, если требуется ещё несколько устройств.

В более поздних версиях Z-Wave, был введен новый механизм исследования топологии сети. Так называемые исследовательские кадры («explorer frames») могут использоваться для восстановления нарушений маршрутов, вызванных перемещением или удалением устройств. Для передачи кадров исследования сети используется принцип дерева принятия решений с отсечением ветвей (англ. pruning), и, следовательно, информация должна достичь целевого устройства, даже без знания топологии передатчиком. Исследовательские кадры используются в качестве последнего варианта на передающем устройстве, когда все другие попытки маршрутизации не удались.

Преимущества и недостатки

Преимущества

4,3 млрд зашифрованных кодов безопасности для предотвращения клонирования;
Используемый сетевой протокол обеспечивает надежность;
Удаленный мониторинг (через Интернет или мобильный телефон);
Не требует прокладки новых кабелей;
Масштабируем и расширяем в любой момент новыми устройствами;
Может быть построен с помощью программного обеспечения с открытым исходным кодом;
Гарантирует совместимость со всеми устройствами от разных производителей, имеющих соответствующий логотип Z-Wave.

Недостатки

Хотя технология Z-Wave является интересным решением, особенно для уже построенных домов, низкая скорость передачи данных исключает передачу изображений, звука и других данных;
Кроме того, для решений где требуется более 30 устройств, Z-Wave начинает становиться более дорогим, чем кабельные системы;
Из-за своих конструктивных особенностей, такие системы имеют ограниченные масштабы и радиус действия, и требуют использования повторителей или даже кабелей.

Настройка сети

Z-Wave использует ячеистую топологию сети и можно создать сеть из одного управляемого и одного управляющего устройства. Дополнительные устройства могут быть добавлены в любое время, так же как и несколько управляющих контроллеров, в том числе традиционные ручные контроллеры, управляющие ключи-брелоки, настенные переключатели и ПК приложения, предназначенные для управления и контроля Z-Wave сетью.

Устройства должны быть «включены» в Z-Wave сеть, прежде чем ими можно будет управлять. Этот процесс, известный как «сопряжение» («pairing») и «добавление» («adding»), обычно достигается путём нажатия последовательности клавиш на контроллере и устройстве, которое добавляется в сеть. Эта последовательность должна быть выполнена только один раз, после чего устройство всегда признается контроллером. Устройства могут быть удалены из Z-Wave сети аналогичным процессом нажатия кнопок.

Этот процесс подключения повторяется для каждого устройства в системе. Контроллер запоминает мощность сигнала устройства во время процесса подключения, таким образом, архитектура предполагает, что устройства должны быть расположены в окончательном месте, прежде чем они будут добавлены в систему. Однако, Z-Wave предполагает реконфигурацию сети — запуск этой процедуры на контроллере позволяет перераспределить маршруты и улучшить связь между устройствами, расположенными далеко от контроллера.

А как же другие технологии?

Говорить здесь о проводных технологиях — смысла нет. У них совсем разные характеристики и применение. В готовых объектах, созданных без закладки проводов во все важные места квартиры, можно использовать только радио технологии автоматизации.

Кто же ещё есть в беспроводном мире?

433 МГц — дешёвая и широко распространённая технология.

Плюсы — дёшево и сердито, большая дальность (частота ниже), малая цена

Минусы — полная несовместимость устройств разных производителей (т.е

завязка на одном), нестыкуемость комплектов (полное отсутствие масштабируемости), обычно без маршрутизации, отсутствие правил со стороны регулятора по скважности сигнала, невозможность построения нескольких сетей рядом, полоса частот замусорена множеством устройств от бытовых до радиоуправляемых машинок.

EnOcean — похожий на Z-Wave стандарт автоматизации домов и зданий (868.3 МГц)

Плюсы — как и в Z-Wave есть стандартизация до прикладного уровня, возможность делать устройства без батареек на солнечных батареях и пьезо/индукционных элементах

Минусы — нет подтверждения доставки пакета (особенно для устройств на пьезоэлементах, где энергии едва хватает на отправку, их ещё сложнее настраивать, т.к. долго они не могут принимать данные; в новых версиях протокола добавили обратную связь), частота не разрешена на территории РФ (разрешен к ввозу и использованию ограниченный список устройств нескольких компаний)

ZigBee — очень популярный промышленный протокол

Используется в некоторых странах как стандарт для сбора данных с счётчиков и доставки до концентратора

Плюсы — хорошо развит, имеет динамическую маршрутизацию (самоорганизующаяся сеть, где каждый узел хранит лишь таблицу с со списком кластеров и ближайшего соседа, который может доставить туда пакет — почти как в IP сетях), принят на вооружения многими телекомами и управляющими компаниями.

Минусы — использует более загруженную полосу 2.4 ГГц (есть полоса 868 МГц, но она реже используется), стандартизирован лишь до транспортного уровня, что делает устройства разных производителей несовместимыми на прикладном уровне.

ONE-NET, Bluetooth 3, Wifi,… на рынке нет готовых решений на базе этих протоколов. Думаю, в ближайшие годы они появятся.