הבנת z

ככל שהאפליקציות שהתבססו סביב רשתות חיישנים אלחוטיות, אוטומציה ביתית ו- IoT גדלו, הצורך בפרוטוקול תקשורת חלופי מלבד פרוטוקולי ה- Bluetooth, ה- Wi-Fi וה- GSM הרגיל היה ברור מאליו. כמה טכנולוגיות כמו Zigbee ו- Bluetooth Low Energy (BLE) פותחו כחלופות, אך טכנולוגיה בולטת אחת, שפותחה בכדי לשרת יישומי אוטומציה ביתית הייתה Z-Wave. למאמר של היום, נבחן את הטכניקות של גל Z, הוא מבדל את התכונות, את התקן, ועוד.

מה זה Z-Wave

Z-Wave הוא פרוטוקול תקשורת אלחוטי שפותח בעיקר לשימוש ביישומי אוטומציה ביתית. הוא פותח בשנת 1999 על ידי Zensys שבקופנהגן, כשדרוג למערכת בקרת אור לצרכן שהם יצרו. הוא תוכנן לספק שידור אמין ואחורי של חבילות נתונים קטנות באמצעות גלי רדיו בעלי אנרגיה נמוכה בקצב נתונים של עד 100kbit / s עם תפוקה של עד 40kbit / s (9.6kbit / s באמצעות שבבים ישנים) והם מתאים ליישומי בקרה וחיישן.

בהתבסס על טופולוגיית רשת הרשת ופועלת בטווח תדרים ISM ללא רישיון 800-900MHz (התדר בפועל משתנה), מכשירים מבוססי Z-Wave מסוגלים להגיע למרחק תקשורת של עד 40 מטר, עם יכולת נוספת של הודעות ל- Hop up. בין עד 4 צמתים. כל התכונות הללו הופכות אותו לפרוטוקול תקשורת מתאים ליישומי אוטומציה ביתית כמו בקרת תאורה, תרמוסטטים, פקדי חלונות, מנעולים, פתיחת דלתות מוסך, ורבים נוספים תוך הימנעות מהגודש הבעייתי הקשור ל- Wi-Fi ו- Bluetooth עקב השימוש שלהם ב- 2.4GHz ו- 5GHz להקות.

כיצד פועל פרוטוקול Z-Wave?

כדי להבין את פעולתו של פרוטוקול Z-Wave בואו ננתח את הנושא בשלושה חלקים עיקריים, כלומר ארכיטקטורת מערכת ה- Z-Wave, העברת נתונים / קבלתם, וניתוב וחיבור לאינטרנט.

ארכיטקטורת מערכת Z-Wave:

כל רשת גל Z מורכבת משתי קטגוריות רחבות של מכשירים;

1. בקר / מאסטר (ים)
2. עבדים

המאסטר משמש בדרך כלל כמארח של רשת ה- Z-Wave אליה ניתן לחבר התקנים אחרים (עבדים). בדרך כלל זה מגיע עם NetworkID שתוכנת מראש (נקרא לפעמים HomeID) שמוקצה לכל עבד (שאינו מגיע עם מזהה שתוכנת מראש) כאשר הם מתווספים לרשת באמצעות תהליך שנקרא "הכללה ". מלבד ה- HomeID, על כל מכשיר שמתווסף לרשת גל Z, מזהה שנקרא NodeID מוקצה בדרך כלל על ידי הבקר. ה- NodeID הוא ייחודי בכל רשת (עבור כל HomeID), ככזה, הוא משמש לטיפול ולזהות כל מכשיר ברשת מסוימת.

הכללה דומה בכוונתה לאופן שבו נתב מקצה כתובות IP למכשירים ברשת שלו, בעוד שהמאסטרים דומים לנתבים / שערים / רכזות התקנים, כאשר ההבדל היחיד הוא יחסי הרשת שיש למאסטרים עם העבדים ברשת. להסרת צמתים מרשת Z-Wave מבוצע תהליך הנקרא " אי הכללה ". במהלך אי הכללה, מזהה הבית ומזהה הצומת נמחקים מהמכשיר. המכשיר מאופס למצב ברירת המחדל של היצרן (לבקרים יש מזהה בית משלהם ולעבד אין מזהה בית).

ה- HomeID ו- NodeID שהוזכרו לעיל הן שתי מערכות הזיהוי המוגדרות על ידי פרוטוקול Z-wave לארגון קל של רשת Z-wave.

ה- HomeID הוא הזיהוי הנפוץ של כל הצמתים המהווים חלק מרשת Z-Wave מסוימת, בעוד ש- NodeID הוא הכתובת של צמתים בודדים בתוך רשת.

ה- HomeIDs בדרך כלל מתוכנתים מראש וייחודיים, והם מגדירים את רשת גל Z המסוימת. הם מגיעים באורך של 32 סיביות, מה שאומר שאפשר ליצור עד 4 מיליארד (2 ^ 32) HomeIDs שונים ורשתות גל Z שונות. מזהה הצומת, לעומת זאת, הוא רק בת (8 ביט) באורך, מה שאומר שנוכל להיות עד 256 (2 ^ 8) צמתים ברשת.

מלבד מתן אפשרות לפנות בקלות לצמתים, מערכת הזיהוי מסייעת במניעת הפרעות ברשתות גל Z מכיוון ששני צמתים עם HomeID שונים אינם יכולים לתקשר גם אם יש להם אותו NodeID. המשמעות היא שתוכלו לפרוס שתי רשתות גל-גל זו לצד זו מבלי שתקבל צ'רטר מפריע מרשת A על ידי B.

העברת נתונים, קבלה וניתוב:

ברשתות אלחוטיות טיפוסיות, לבקר / המאסטר המרכזי יש חיבור אלחוטי ישיר אחד לאחד לצמתים ברשת. עד כמה שההסדר הזה שימושי עבור אותם פרוטוקולים, הוא יוצר מגבלה סביב העברת נתונים כך ש"התקן A "לא יוכל לקיים אינטראקציה עם" התקן B "אם יש הפסקה בקשר בין אחד מהם למנהל. עם זאת, זה לא המקרה של גלי Z בזכות הטופולוגיה של רשת Mesh, ויכולתם של קשרי ה- Z להעביר ולחזור על הודעות לצמתים אחרים. זה מבטיח כי ניתן לבצע תקשורת לכל צומת ברשת גם כאשר הם אינם נמצאים בטווח הישיר של הבקר. כדי להבין זאת טוב יותר, שקול את התמונה למטה;

איור רשת ה- Z גל מראה כי הבקר יכול לתקשר ישירות עם המכשירים 1, 2 ו -4, בעוד ש- Node 6 נמצא מחוץ לטווח הרדיו שלו. עם זאת, בשל התכונות שתוארו קודם לכן, צומת 2 תניח מצב של מהדר / מעביר ותאריך את טווח הבקר לצומת 6 כך שכל כותרת הודעה לצומת 6 תועבר דרך צומת 2. צמתים כמו צומת 2 ברשתות גדולות. נקראים מסלולים והם תורמים לגמישות וחוסן של רשתות גל Z. כדי לקבוע אילו מהמסלולים אמורים לנסוע הודעות כדי להגיע לצומת מסוים, רשתות Z משתמשות בכלי המכונה טבלת ניתוב.

כל צומת ברשת גל Z מסוגל לקבוע את הצמתים האחרים (הנקראים שכנים) באזור הכיסוי האלחוטי הישיר שלו ובמהלך הכללה או מאוחר יותר, הצומת מודיע לבקר על שכנים אלה. באמצעות רשימת השכנים מכל צומת, הבקר יוצר טבלת ניתוב המשמשת למיפוי מסלולים לצמתים הנמצאים מחוץ לטווח האלחוטי הישיר של הבקר.

חשוב לציין שלא ניתן להגדיר את כל הצמתים כמשלחים. פרוטוקול Z-wave מאפשר רק לצמתים המחוברים לחשמל (לא מופעל על סוללה) לשמש כ"צמתים ניתוב ".

חיבור לאינטרנט:

באמצעות הגישה האחרונה של "Gateway / Aggregator" על ידי פרוטוקולים אחרים, ניתן לשלוט על מערכת Z-Wave באמצעות האינטרנט באמצעות שער Z-Wave או התקן בקר (מאסטר) המשמש גם כבקרת הרכזת וגם כפורטל מבחוץ. דוגמה לכך היא שער ה- Delock 78007 Z- Wave®.

ברית Z-Wave

בעוד שהמכשירים הראשונים מבוססי גל Z שוחררו כבר בשנת 1999, הטכנולוגיה לא ממש תפסה עד 2005 כאשר קבוצת חברות ובהן ענקית האוטומציה הביתית לויטון, דנפוס ואינגרסול-רנד אימצה את Z-Wave והקימה ברית. נקרא הברית Z-Wave.

הברית הוקמה כדי לקדם את השימוש וההתאמה הדדית של טכנולוגיית Z-Wave ומכשירים המבוססים עליה. בהתאם לכך, הברית מפתחת ושומרת על תקן Z-wave ומאשרת את כל המכשירים מבוססי Z-Wave כדי להבטיח שהם עומדים בתקן. הברית החלה עם 5 חברות חברות אך כעת יש לה מעל 600 חברות המייצרות יותר מ- 2600 מכשירים מוסמכים של Z-Wave.

ההבדל בין Z-Wave לפרוטוקולים אחרים

כדי להבין מדוע הגיוני שיהיה פרוטוקול תקשורת אחר כמו Z-wave, נשווה אותו לפרוטוקולי תקשורת אחרים המשמשים לאוטומציה ביתית כולל; Bluetooth, WiFi ו- Zigbee

גל Z לעומת Bluetooth:

היתרון הבולט ביותר של Z-Wave על פני Bluetooth הוא טווח. לגלי Z יש שטח כיסוי גדול יותר מאשר Bluetooth. כמו כן, אותות Bluetooth מועדים להפרעות ולהפרעות מכיוון שהם שולחים ומקבלים מידע על פס ה -2.4 GHz, ובכך מתחרים על רוחב הפס עם מכשירים מבוססי WiFi המשתמשים באותה תדר.

עם גל Z, במקום להפוך את הרשת לאיטית או רועשת יותר, כל מהדר אותות Z- גל פועל יחד כדי להפוך את הרשת לחזקה יותר, כך שככל שיש לך יותר מכשירים, כך קל יותר ליצור רשת חזקה המסוגלת לעקוף מכשולים.

גל Z לעומת WiFi:

כמו Bluetooth, רשתות מבוססות WiFi חשופות גם להפרעות, הפרעות וטווח הקשורות וככאלה מתבצעות מתחת לרשתות מבוססות גל Z בנסיבות אלה.

מלבד התחרות על רוחב הפס עם התקני Bluetooth, מכשירי WiFi מתחרים זה בזה וזה יכול להשפיע על עוצמת האות ומהירות הרשת בבתים בהם התקנים רבים מבוססים על WiFi. זה לא המקרה עם גל Z מכיוון שהרשת פורחת בתוספת מכשירים נוספים לרשת.

לעומת זאת, למכשירים מבוססי WiFi יש מהפך בהשוואה לגלי Z. הם מסוגלים לשלוח מידע גדול יותר כמו זרמי וידאו HD ועוד, בעוד שרשתות מבוססות גל Z מסוגלות להתמודד עם בתים קטנים של נתונים כמו נתוני חיישנים או הוראות להפעלה / כיבוי של נורה.

גל גל מול זיגבי:

זיגבי היא טכנולוגיה אלחוטית נוספת וכמו Z-wave, היא תוכננה תוך מחשבה על אוטומציה ביתית ורשתות חיישנים אלחוטיות סמוכות. כמו Z-wave, הוא מבוסס על טופולוגיית רשת Mesh וכל מכשיר ברשת זיגבי מסייע לחיזוק האות. עם זאת, בניגוד ל- Z-wave, הוא פועל על רצועת התדרים של 2.4 GHz, מה שאומר שהוא גם מתחרה על רוחב הפס עם WiFi ו- Bluetooth ועשוי להיות חשוף לאתגרי הפרעות ומהירות הרשת הקשורים אליהם.

הבדל נוסף שמשמעותו שאשאיר לך להחליט הוא העובדה שבעוד Z-Wave היא טכנולוגיה קניינית (אם כי יש תוכניות להפוך את התוכנה לקוד פתוח), זיגבי הוא קוד פתוח.

יתרונות וחסרונות של Z-Wave

כמו כל הדברים, ל- Z-Wave יתרונות וחסרונות. נדון בהם בזה אחר זה.

היתרונות של Z-Wave

חלק מהיתרונות של גלי Z כוללים;

1. היכולת לתמוך 232 מכשירים בתיאוריה ולפחות 50 בפועל.
2. איתותים יכולים לנוע עד 50 מטר בתוך הבית, מה שמאפשר חסימות ועד 100 מטר ללא הפרעה. טווח הגעה זה מורחב במידה ניכרת בחוץ. עם ארבעת הכשות בין המכשירים המשפרים עוד יותר את הטווח, הכיסוי לא יהווה בעיה בבתים מחוברים רחבים.
3. הברית של Z-wave מורכבת מעד 600 יצרנים המייצרים מעל 2600 מכשירים מוסמכים על מנת להבטיח תאימות.
4. פחות הפרעות בגלל השימוש ב- ISM.
5. פחות כתמים מתים בהשוואה לרשתות אחרות, הודות לטופולוגיית הרשת החזקה
6. זה משתלם וקל לשימוש.

חסרונות Z-Wave

בניגוד לכמה מפרוטוקולי התקשורת האחרים, Z-Waves תוכנן במיוחד לשימוש ביישומי אוטומציה ביתית, ככזה, הוא הותאם לצרכי היישום ונושא חסרונות מעטים מאוד. עם זאת, המגבלות הניתנות לביצוע של 50 מכשירים ולא 232 רעיוניים, יכולות להוות אתגר בבתים בהם צריך לפרוס יותר מ -50 מכשירים.

כמו כן, חוסר היכולת שלה לקיים העברת בתים גדולים של נתונים הופך אותו לא כל כך שימושי ביישומים כמו מעקב וידאו, שם צריך להזרים מגה בייט של נתונים בין מכשירי הקצה.

סיכום

גלי Z הם אוטומציה ביתית מהי LoRa לנוף ה- IoT הרחב יותר. היתרון הגדול ביותר שיש לו על פני כל שאר הפרוטוקולים בנישה הביתית היא העובדה שהוא תוכנן עבור אותה נישה. המשמעות היא שהיא תפקוד בדרך כלל טוב יותר מפרוטוקולים אחרים שתוכננו לצריכה רחבה יותר, והיא תפקוד יחסית טוב עבור לפחות 80% מהיישומים בנישה זו.