Z'yi anlama

Kablosuz Sensör Ağları, Ev Otomasyonu ve IoT temelli uygulamalar arttıkça, normal Bluetooth, Wi-Fi ve GSM protokollerinin yanı sıra alternatif iletişim protokollerine duyulan ihtiyaç bariz hale geliyordu. Alternatif olarak Zigbee ve Bluetooth Low Energy (BLE) gibi çeşitli teknolojiler geliştirildi, ancak özel olarak ev otomasyon uygulamalarına hizmet etmek için geliştirilen çarpıcı bir teknoloji Z-Wave idi. Bugünün makalesi için, Z dalgasının teknik özelliklerini, farklılaştıran özelliklerini, Standardı ve çok daha fazlasını inceleyeceğiz.

Z-Wave nedir

Z-Wave, öncelikle ev otomasyon uygulamalarında kullanılmak üzere geliştirilmiş bir kablosuz iletişim protokolüdür. 1999 yılında Kopenhag merkezli Zensys tarafından, oluşturdukları bir tüketici ışık kontrol sistemine yükseltme olarak geliştirildi. 100 kbit / s'ye varan veri hızlarında düşük enerjili radyo dalgaları kullanarak 40 kbit / s'ye kadar (eski yongalar kullanılarak 9,6 kbit / s) düşük enerjili radyo dalgaları kullanarak küçük veri paketlerinin güvenilir, düşük gecikmeli iletimini sağlamak için tasarlanmıştır ve kontrol ve sensör uygulamaları için uygundur.

Mesh ağ topolojisine dayanan ve lisanssız 800-900MHz (gerçek frekans değişir) ISM frekans bandında çalışan Z-Wave tabanlı cihazlar, 40 metreye kadar iletişim mesafesine ulaşabilir ve ayrıca Hop up'a mesajların ek yeteneği 4 düğüm arasında. Tüm bu özellikler, Wi-Fi ve Bluetooth kullanımlarından kaynaklanan sorunlu tıkanıklıklardan kaçınırken, aydınlatma kontrolü, termostatlar, pencere kontrolleri, kilitler, garaj kapısı açıcılar ve daha fazlası gibi ev otomasyon uygulamaları için uygun bir iletişim protokolü haline getirir. 2.4GHz ve 5GHz bantları.

Z-Wave Protokolü Nasıl Çalışır?

Z-Wave Protokolünün çalışmasını anlamak için konuyu Z-Wave Sistem Mimarisi, Veri İletimi / Alımı ve Yönlendirme ve İnternete Bağlanma olmak üzere üç ana bölümde analiz edelim.

Z-Wave Sistem Mimarisi:

Her Z dalgası ağı, iki geniş cihaz kategorisinden oluşur;

Kontrolör / Master (lar)
Köleler

Master, normalde diğer cihazların (Slave'lerin) bağlanabileceği Z-Wave ağının ana bilgisayarı olarak hizmet eder. Genellikle, "dahil etme " adı verilen bir işlemle ağa eklendiklerinde her bir slave'e atanan (önceden programlanmış bir ID ile gelmeyen) önceden programlanmış Ağ Kimliği (bazen HomeID olarak adlandırılır) ile birlikte gelir. HomeID'nin yanı sıra, Z-wave ağına eklenen her cihaz için NodeID adı verilen bir kimlik genellikle denetleyici tarafından atanır. NodeID gibi, bu adres için kullanılan ve esas olarak, belirli bir ağ üzerindeki her aygıtı tanır, (her HomeID) her ağda benzersizdir.

Dahil etme amacı, bir yönlendiricinin ağındaki cihazlara IP adresleri atama şekline benzerken, ana bilgisayarlar yönlendiricilere / ağ geçitlerine / Aygıt Hub'larına benzer; tek fark, ana bilgisayarların ağdaki kölelerle sahip olduğu örgü ilişkisidir. Bir Z-Wave ağından düğümleri kaldırmak için " Dışlama " adı verilen bir işlem gerçekleştirilir. Dışlama sırasında, Ev Kimliği ve Düğüm Kimliği cihazdan silinir. Cihaz fabrika varsayılan durumuna sıfırlanır (kontrol cihazlarının kendi Ev Kimlikleri vardır ve ikincil cihazların Ev Kimlikleri yoktur).

Yukarıda bahsedilen HomeID ve NodeID, Z-dalgası ağının kolay organizasyonu için Z-dalgası protokolü tarafından tanımlanan iki tanımlama sistemidir.

HomeID, belirli bir Z-Wave ağının parçası olan tüm düğümlerin ortak tanımlamasıdır, NodeID ise bir ağ içindeki bireysel düğümlerin adresidir.

HomeID'ler genellikle Önceden Programlanmış ve benzersizdir ve belirli Z dalgası ağını tanımlarlar. 32 bit uzunluğunda gelirler, bu da 4 milyara (2 ^ 32) kadar farklı HomeID ve farklı Z-dalgası ağları oluşturmanın mümkün olduğu anlamına gelir. Öte yandan Düğüm Kimliği, yalnızca bir bayt (8 bit) uzunluğundadır, bu da bir ağda 256 (2 ^ 8) düğüme kadar sahip olabileceğimiz anlamına gelir.

Tanımlama sistemi , düğümlerin kolay adreslenmesine izin vermenin yanı sıra, Z-dalgası ağlarında paraziti önlemeye yardımcı olur çünkü farklı HomeID'lere sahip iki düğüm, aynı NodeID'ye sahip olsalar bile iletişim kuramaz. Bu, iki z-dalgası ağını, B Ağından gelen bir parazit tüzüğü olmadan yan yana dağıtabileceğiniz anlamına gelir.

Veri İletimi, Alım ve Yönlendirme:

Tipik kablosuz ağlarda, merkezi denetleyici / ana birim, Ağdaki düğümlere doğrudan, bire bir kablosuz bağlantıya sahiptir. Bu düzenleme bu protokoller için ne kadar yararlı olursa olsun, veri aktarımıyla ilgili bir sınırlama yaratır, öyle ki "Cihaz A", bunlardan herhangi biri ile ana makine arasındaki bağlantıda bir kopukluk varsa "Cihaz B" ile etkileşime giremez. Bununla birlikte, Mesh ağ topolojisi ve Z-dalgası düğümlerinin mesajları diğer düğümlere iletme ve tekrarlama yeteneği sayesinde Z dalgaları için durum böyle değildir. Bu, denetleyicinin doğrudan menzilinde olmadıklarında bile bir ağdaki her düğümle iletişimin yapılabilmesini sağlar. Bunu daha iyi anlamak için aşağıdaki Resmi inceleyin;

Z-dalgası ağı çizimi, kontrolörün 1, 2 ve 4 numaralı cihazlarla doğrudan iletişim kurabildiğini, ancak Düğüm 6'nın radyo menzilinin dışında olduğunu gösterir. Bununla birlikte, daha önce açıklanan özellikler nedeniyle, Düğüm 2 bir tekrarlayıcı / iletici durumunu üstlenir ve denetleyicinin aralığını Düğüm 6'ya kadar genişletir, böylece Düğüm 6'ya giden herhangi bir mesaj Düğüm 2'den geçirilir. rotalar olarak adlandırılır ve Z-dalgası Ağlarının esnekliğine ve sağlamlığına katkıda bulunurlar. Belirli bir Düğüme ulaşmak için hangi yol mesajlarının gitmesi gerektiğini belirlemek için, Z-dalgası ağları yönlendirme tablosu adı verilen bir araç kullanır.

Bir Z-dalgası ağındaki her düğüm, doğrudan kablosuz kapsama alanındaki diğer düğümleri (Komşular olarak adlandırılır) belirleyebilir ve Kapsama sırasında veya daha sonra düğüm, denetleyiciyi bu komşular hakkında bilgilendirir. Her Düğümden komşuların listesini kullanarak denetleyici, denetleyicinin doğrudan kablosuz menzilinin dışındaki Düğümlere yolları eşlemek için kullanılan bir yönlendirme tablosu oluşturur.

Tüm Düğümlerin iletici olarak yapılandırılamayacağına dikkat etmek önemlidir. Z-dalgası protokolü, yalnızca Takılı (pille çalışan olmayan) Düğümlerin "Yönlendirme Düğümleri" olarak hizmet etmesine izin verir.

İnternete Bağlanmak:

Diğer protokollerin son "Ağ Geçidi / Toplayıcı" yaklaşımını kullanarak, bir Z-Wave sistemi, hem hub denetleyicisi hem de dışarıya portal olarak hizmet veren bir Z-Wave ağ geçidi veya Denetleyici (ana) cihazı kullanılarak İnternet üzerinden kontrol edilebilir. Bunun bir örneği, Delock 78007 Z-Wave® Ağ Geçididir.

Z-Wave İttifakı

İlk Z-dalgası tabanlı cihazlar 1999 gibi erken bir tarihte piyasaya sürülürken, teknoloji, Ev otomasyon devi Leviton, Danfoss ve Ingersoll-Rand'ın da dahil olduğu bir grup şirketin Z-Wave'i benimsediği ve bir ittifak kurduğu 2005 yılına kadar gerçekten yakalandı. Z-Wave Alliance adını verdi.

İttifak, Z-Wave teknolojisinin ve buna dayalı cihazların kullanımını ve birlikte çalışabilirliğini teşvik etmek için kuruldu. Buna paralel olarak, ittifak Z-dalgası standardını geliştirip sürdürüyor ve tüm Z-Wave tabanlı cihazları standarda uyduklarından emin olmak için onaylıyor. İttifak 5 üye şirketle başladı, ancak şimdi 2600'den fazla Z-Wave sertifikalı cihaz üreten 600'den fazla şirket var.

Z-Dalgası ve Diğer Protokoller Arasındaki Fark

Z dalgası gibi başka bir iletişim protokolüne sahip olmanın neden mantıklı olduğunu anlamak için, bunu ev otomasyonunda kullanılan diğer bazı iletişim protokolleriyle karşılaştıracağız; Bluetooth, WiFi ve Zigbee

Z-dalgası ve Bluetooth:

Z-Wave'in Bluetooth üzerinden en belirgin avantajı Menzildir. Z dalgaları, Bluetooth'tan daha geniş bir kapsama alanına sahiptir. Ayrıca Bluetooth sinyalleri, 2.4GHz bandında bilgi gönderip aldıkları ve böylece aynı frekans bandını kullanan WiFi tabanlı Cihazlarla Bant Genişliği için rekabet ettikleri için girişim ve kesintiye eğilimlidir.

Z dalgası ile, ağı yavaşlatmak veya gürültülü hale getirmek yerine, her Z dalgası sinyal tekrarlayıcı, ağı daha güçlü hale getirmek için birlikte çalışır; öyle ki, ne kadar çok cihaza sahip olursanız, baypas edebilen sağlam bir ağ oluşturmak o kadar kolay olur. engeller.

Z-dalgası vs WiFi:

Bluetooth gibi, WiFi tabanlı ağlar da girişim, kesinti ve menzil ile ilgili sorunlara karşı hassastır ve bu nedenle bu koşullar altında Z dalgası tabanlı ağların altında performans gösterir.

Bluetooth cihazlarıyla bant genişliği için rekabet etmenin yanı sıra, WiFi cihazları da birbirleriyle rekabet eder ve bu, birçok cihazın WiFi tabanlı olduğu evlerde sinyal gücünü ve ağ hızını etkileyebilir. Ağ, Ağa daha fazla cihaz eklenmesiyle geliştiğinden, Z dalgasında durum böyle değildir.

Bununla birlikte, WiFi tabanlı cihazların Z dalgalarına kıyasla bir avantajı vardır. Z dalgası tabanlı ağlar, sensör verileri veya bir ampulü açma / kapama talimatları gibi küçük baytlık veriyi işleyebilirken, HD video Akışları ve daha fazlası gibi daha büyük bilgileri gönderebilirler.

Z-dalgası ve Zigbee:

Zigbee, başka bir kablosuz teknolojidir ve Z-dalgası gibi, Ev Otomasyonu ve yakındaki kablosuz sensör ağları düşünülerek tasarlanmıştır. Z dalgası gibi, Mesh ağ topolojisine dayanır ve bir Zigbee ağındaki her cihaz sinyali güçlendirmeye yardımcı olur. Bununla birlikte, Z-dalgasının aksine, 2,4 GHz frekans bandında çalışır, bu da WiFi ve Bluetooth ile bant genişliği için rekabet ettiği ve bunlarla ilişkili girişim ve ağ hızı zorluklarına eğilimli olabileceği anlamına gelir.

Önemini size bırakacağım bir diğer fark, Z-Wave özel bir teknoloji iken (yazılımı açık kaynak yapma planları olsa da), Zigbee'nin açık kaynak kodlu olmasıdır.

Z-Wave Avantajları ve Dezavantajları

Her şey gibi, Z-Wave'in de hem avantajları hem de dezavantajları vardır. Bunları birbiri ardına tartışacağız.

Z-Wave'in Artıları

Z dalgalarının avantajlarından bazıları şunlardır;

Teorik olarak 232 cihazı ve pratikte en az 50 cihazı destekleyebilme.
Sinyaller, kapalı alanlarda 50 feet'e kadar hareket edebilir ve engellere izin verir ve 100 feet'e kadar engellenemez. Bu erişim açık havada önemli ölçüde genişletilmiştir. Cihazlar arasındaki dört atlama menzili daha da genişletirken, bağlantılı evlerin yayılmasında kapsama alanı sorun olmayacak.
Z-wave ittifakı, uyumluluğu sağlamak için 2600'ün üzerinde sertifikalı cihaz üreten 600'e kadar üreticiden oluşur.
Kullanılan ISM bandı nedeniyle daha az parazit.
Sağlam örgü topolojisi sayesinde diğer ağlara kıyasla daha az ölü nokta
Ekonomiktir ve kullanımı kolaydır.

Eksileri Z-Wave

Diğer bazı iletişim protokollerinin aksine, Z-Waves, Ev Otomasyon uygulamalarında kullanılmak üzere özel olarak tasarlanmıştır, bu nedenle uygulama ihtiyaçlarına göre uyarlanmıştır ve çok az dezavantajı vardır. Bununla birlikte, kavramsal 232 yerine 50 cihazın uygulanabilir sınırları, 50'den fazla cihazın kullanılması gereken evlerde zor olabilir.

Ayrıca, büyük baytlık veri aktarımını sürdürememesi, son cihazlar arasında megabaytlarca verinin akışının gerekli olduğu video gözetimi gibi uygulamalarda çok kullanışlı olmamasını sağlar.

Sonuç

Z dalgaları, LoRa'nın daha geniş IoT manzarası için ne olduğu, ev otomasyonu için. Ev Otomasyonu nişindeki diğer tüm protokollere göre sahip olduğu en büyük avantaj, bu niş için tasarlanmış olmasıdır. Bu, genellikle daha geniş tüketim için tasarlanmış diğer protokollerden daha iyi performans göstereceği ve bu niş içindeki uygulamaların en az% 80'i için nispeten iyi performans göstereceği anlamına gelir.