- Apa itu Z-Wave
- Bagaimana Z-Wave Protocol berfungsi?
- Z-Wave Alliance
- Perbezaan antara Z-Wave dan Protokol Lain
- Kelebihan dan Kekurangan Gelombang Z
- Kelebihan Z-Wave
- Kekurangan Z-Wave
- Kesimpulannya
Ketika aplikasi yang berbasis di sekitar Wireless Sensor Networks, Home Automation, dan IoT meningkat, keperluan protokol komunikasi alternatif selain protokol Bluetooth, Wi-Fi, dan GSM biasa menjadi jelas. Beberapa teknologi seperti Zigbee dan Bluetooth Low Energy (BLE) dikembangkan sebagai alternatif tetapi satu teknologi menonjol, yang dikembangkan untuk secara khusus melayani aplikasi automasi rumah adalah Z-Wave. Untuk artikel hari ini, kita akan mengkaji teknikal gelombang Z, ia membezakan ciri, Standard, dan banyak lagi.
Apa itu Z-Wave
Z-Wave adalah protokol komunikasi tanpa wayar yang dikembangkan terutamanya untuk digunakan dalam aplikasi automasi rumah. Ia dikembangkan pada tahun 1999 oleh Zensys yang berpusat di Kopenhagen sebagai peningkatan kepada sistem kawalan cahaya pengguna yang mereka buat. Ia dirancang untuk memberikan penghantaran latensi rendah paket data kecil yang boleh dipercayai menggunakan gelombang radio tenaga rendah pada kadar data hingga 100kbit / s dengan throughput hingga 40kbit / s (9.6kbit / s menggunakan cip lama) dan sesuai untuk aplikasi kawalan dan sensor.
Berdasarkan topologi jaringan mesh dan beroperasi dalam 800-900MHz yang tidak berlesen (frekuensi sebenar berbeza) jalur frekuensi ISM, peranti berdasarkan Z-Wave dapat mencapai jarak komunikasi hingga 40 meter, dengan kemampuan tambahan pesan untuk Hop up antara hingga 4 nod. Semua ciri ini menjadikannya protokol komunikasi yang sesuai untuk aplikasi automasi rumah seperti kawalan pencahayaan, termostat, kawalan tingkap, kunci, pembuka pintu garaj, dan banyak lagi sambil mengelakkan kesesakan bermasalah yang berkaitan dengan Wi-Fi dan Bluetooth kerana penggunaan Jalur 2.4GHz dan 5GHz.
Bagaimana Z-Wave Protocol berfungsi?
Untuk memahami cara kerja Z-Wave Protocol mari kita analisis subjek dalam tiga bahagian utama iaitu Senibina Sistem Z-Wave, Penghantaran / Penerimaan Data, dan Penghalaan dan Penyambungan ke Internet
Senibina Sistem Z-Wave:
Setiap rangkaian gelombang-Z terdiri daripada dua kategori peranti yang luas;
- Pengawal / Master
- Budak-budak
Master biasanya berfungsi sebagai tuan rumah rangkaian Z-Wave yang mana peranti lain (Budak) dapat disambungkan. Biasanya dilengkapi dengan NetworkID pra-program (kadang-kadang disebut HomeID) yang diberikan kepada setiap budak (yang tidak dilengkapi dengan ID pra-program) ketika mereka ditambahkan ke jaringan melalui proses yang disebut "inklusi ". Selain HomeID, untuk setiap peranti yang ditambahkan ke rangkaian gelombang-Z, ID yang disebut NodeID biasanya diberikan oleh pengawal. The NodeID adalah unik pada setiap rangkaian (bagi tiap-tiap HomeID), oleh itu, ia digunakan untuk alamat dan terutamanya mengenali antara satu peranti pada rangkaian tertentu.
Inklusi serupa dengan maksud bagaimana router memberikan alamat IP ke perangkat di rangkaiannya, sementara master serupa dengan router / gateway / Hub Peranti, dengan satu-satunya perbezaan adalah hubungan jaringan yang dimiliki oleh master dengan hamba di rangkaian. Untuk membuang node dari rangkaian Z-Wave proses yang disebut " Pengecualian " dilakukan. Semasa pengecualian, Home ID dan Node ID dipadamkan dari peranti. Peranti diset semula ke keadaan lalai kilang (pengawal mempunyai ID Rumah mereka sendiri dan hamba tidak mempunyai ID Rumah).
HomeID dan NodeID yang disebutkan di atas adalah dua sistem pengenalan yang ditentukan oleh protokol gelombang-Z untuk memudahkan organisasi rangkaian gelombang-Z.
HomeID adalah pengenalan umum semua node yang merupakan sebahagian daripada rangkaian Z-Wave tertentu, sementara NodeID adalah alamat setiap nod dalam rangkaian.
HomeID biasanya diprogramkan dan unik, dan mereka menentukan rangkaian gelombang-Z tertentu. Mereka mempunyai panjang 32 bit yang bermaksud membuat sehingga 4 bilion (2 ^ 32) HomeID yang berbeza dan rangkaian gelombang-Z yang berbeza. Node ID, sebaliknya, panjangnya hanya byte (8 bit) yang bermaksud kita boleh mempunyai hingga 256 (2 ^ 8) nod dalam rangkaian.
Selain membenarkan pengalamatan simpul yang mudah, sistem Identifikasi membantu mencegah gangguan dalam rangkaian gelombang-Z kerana dua nod dengan HomeID yang berbeza tidak dapat berkomunikasi walaupun mereka mempunyai NodeID yang sama. Ini bermakna anda boleh menggunakan dua rangkaian gelombang-z secara berdampingan tanpa piagam gangguan dari Rangkaian A yang diterima oleh B.
Penghantaran Data, Penerimaan, dan Laluan:
Dalam rangkaian wayarles biasa, pengawal / induk pusat mempunyai sambungan tanpa wayar langsung ke satu node dalam Rangkaian. Sama bermanfaatnya dengan pengaturan itu untuk protokol-protokol tersebut, ia membuat batasan sekitar transmisi data sehingga "Perangkat A" tidak dapat berinteraksi dengan "Perangkat B" jika ada jeda hubungan antara salah satu dari mereka dan induk. Namun demikian, ini tidak berlaku untuk gelombang-Z berkat topologi rangkaian Mesh, dan kemampuan nod gelombang-Z untuk meneruskan dan mengulangi mesej ke nod lain. Ini memastikan bahawa komunikasi dapat dibuat ke setiap simpul dalam rangkaian walaupun mereka tidak berada dalam jarak langsung pengawal. Untuk lebih memahami perkara ini, pertimbangkan Gambar di bawah;
Ilustrasi rangkaian gelombang-Z menunjukkan pengawal dapat berkomunikasi secara langsung dengan peranti 1, 2, dan 4, sementara Node 6 berada di luar jangkauan radio. Walau bagaimanapun, kerana ciri-ciri yang dijelaskan sebelumnya, Node 2 akan mengambil status repeater / forwarder dan memperluas jangkauan pengawal ke Node 6 sehingga sebarang mesej yang menuju ke Node 6 akan dilalui melalui Node 2. Nod seperti Node 2 di rangkaian besar dipanggil laluan dan ia menyumbang kepada fleksibiliti dan ketahanan Rangkaian gelombang-Z. Untuk menentukan laluan mana yang harus dilalui oleh pesan untuk mencapai Node tertentu, rangkaian gelombang-Z menggunakan alat yang disebut jadual perutean.
Setiap nod dalam rangkaian gelombang-Z dapat menentukan nod lain (disebut Jiran) di kawasan liputan tanpa wayar langsung dan semasa Penyertaan atau kemudian, simpul memberitahu pengawal mengenai jiran ini. Dengan menggunakan senarai jiran dari setiap Node, pengawal membuat jadual perutean yang digunakan untuk memetakan laluan ke Node yang berada di luar jangkauan tanpa wayar langsung pengawal.
Penting untuk diperhatikan bahawa tidak semua Node dapat dikonfigurasikan sebagai penghantar. Protokol gelombang-Z hanya membenarkan Node yang disambungkan (tidak dikuasakan oleh bateri) untuk berfungsi sebagai "Routing Nodes".
Menyambung ke Internet:
Dengan menggunakan pendekatan "Gateway / Aggregator" baru-baru ini oleh protokol lain, sistem Z-Wave dapat dikendalikan melalui Internet dengan menggunakan gateway Z-Wave atau alat Pengawal (master) yang berfungsi sebagai pengawal hub dan portal ke luar. Contohnya ialah Delock 78007 Z-Wave® Gateway.
Z-Wave Alliance
Walaupun peranti berasaskan gelombang-Z pertama dilancarkan seawal tahun 1999, teknologi ini tidak begitu berkesan sehingga tahun 2005 ketika sekumpulan syarikat termasuk syarikat gergasi automasi rumah Leviton, Danfoss, dan Ingersoll-Rand mengadopsi Z-Wave dan membentuk pakatan dipanggil Z-Wave Alliance.
Alliance dibentuk untuk mempromosikan penggunaan dan interoperabilitas teknologi dan peranti Z-Wave berdasarkannya. Sejajar dengan ini, pakatan tersebut mengembangkan dan mengekalkan standard gelombang-Z, dan memperakui semua peranti berdasarkan Z-Wave untuk memastikannya mematuhi piawaian tersebut. Perikatan itu bermula dengan 5 syarikat anggota tetapi kini mempunyai lebih daripada 600 syarikat yang menghasilkan lebih daripada 2600 peranti bersertifikat Z-Wave.
Perbezaan antara Z-Wave dan Protokol Lain
Untuk memahami mengapa masuk akal untuk memiliki protokol komunikasi lain seperti gelombang-Z, kami akan membandingkannya dengan beberapa protokol komunikasi lain yang digunakan dalam automasi rumah termasuk; Bluetooth, WiFi, dan Zigbee
Gelombang Z vs Bluetooth:
Kelebihan Z-Wave melalui Bluetooth yang paling ketara ialah Range. Gelombang-Z mempunyai kawasan liputan yang lebih besar daripada Bluetooth. Juga, isyarat Bluetooth rentan terhadap gangguan dan gangguan kerana mereka menghantar dan menerima maklumat mengenai jalur 2.4GHz, sehingga bersaing untuk Lebar Band dengan Peranti berasaskan WiFi menggunakan jalur frekuensi yang sama.
Dengan gelombang-Z, dan bukannya membuat rangkaian lebih perlahan atau bising, setiap pengulang isyarat gelombang-Z bekerjasama untuk menjadikan rangkaian lebih kuat, sehingga, semakin banyak peranti yang anda miliki, semakin mudah untuk membuat rangkaian yang kuat, mampu memintas halangan.
Z-gelombang vs WiFi:
Seperti Bluetooth, rangkaian berasaskan WiFi juga rentan terhadap gangguan, gangguan dan masalah yang berkaitan dengan jarak jauh dan dengan itu berfungsi di bawah rangkaian berasaskan gelombang-Z dalam keadaan tersebut.
Selain bersaing untuk lebar jalur dengan peranti Bluetooth, peranti WiFi juga bersaing antara satu sama lain dan ini boleh mempengaruhi kekuatan isyarat dan kelajuan rangkaian di rumah di mana banyak peranti berdasarkan WiFi. Ini tidak berlaku dengan gelombang-Z kerana rangkaian berkembang dengan penambahan lebih banyak peranti ke Rangkaian.
Namun, peranti berasaskan WiFi mempunyai kenaikan berbanding dengan gelombang-Z. Mereka dapat menghantar maklumat yang lebih besar seperti Stream video HD dan banyak lagi, sementara rangkaian berasaskan gelombang Z mampu menangani bait kecil data seperti data sensor atau arahan untuk menghidupkan / mematikan bola lampu.
Z-wave vs. Zigbee:
Zigbee adalah teknologi tanpa wayar lain dan seperti gelombang Z, ia dirancang dengan mempertimbangkan Automasi Rumah dan rangkaian sensor tanpa wayar berdekatan. Seperti gelombang Z, ia berdasarkan pada topologi rangkaian Mesh dan setiap peranti pada rangkaian Zigbee membantu menguatkan isyarat. Namun, tidak seperti gelombang-Z, ia beroperasi pada jalur frekuensi 2.4GHz yang bermaksud ia juga bersaing dengan lebar jalur dengan WiFi dan Bluetooth dan mungkin juga rentan terhadap gangguan dan cabaran kelajuan rangkaian yang berkaitan dengannya.
Perbezaan lain yang penting bagi saya untuk membuat keputusan adalah hakikat bahawa, walaupun Z-Wave adalah teknologi eksklusif (walaupun ada rancangan untuk menjadikan perisian sebagai sumber terbuka), Zigbee adalah sumber terbuka.
Kelebihan dan Kekurangan Gelombang Z
Seperti semua perkara, Z-Wave mempunyai kelebihan dan kekurangan. Kami akan membincangkannya satu demi satu.
Kelebihan Z-Wave
Beberapa kelebihan gelombang-Z termasuk;
- Keupayaan untuk menyokong 232 peranti secara teori dan sekurang-kurangnya 50 dalam praktiknya.
- Isyarat boleh bergerak hingga 50 kaki di dalam rumah yang memungkinkan untuk halangan dan sehingga 100 kaki tidak terhalang. Jangkauan ini diperluas di luar rumah. Dengan empat hop antara peranti yang semakin meningkatkan jangkauan, liputan tidak akan menjadi masalah dalam melebarkan rumah yang terhubung.
- Perikatan gelombang-Z terdiri daripada 600 pengeluar yang menghasilkan lebih dari 2600 peranti yang diperakui untuk memastikan keserasian.
- Kurang gangguan kerana band ISM digunakan.
- Tempat kurang mati berbanding rangkaian lain, berkat topologi mesh yang kuat
- Ia berpatutan dan senang digunakan.
Kekurangan Z-Wave
Tidak seperti beberapa protokol komunikasi lain, Z-Waves dirancang khusus untuk digunakan dalam aplikasi Home Automation, oleh itu, ia disesuaikan dengan keperluan aplikasi dan menanggung kekurangan yang sangat sedikit. Walau bagaimanapun, had 50 peranti yang boleh dilaksanakan dan bukannya 232 yang tidak biasa, boleh menjadi cabaran di rumah di mana lebih daripada 50 peranti perlu dikerahkan.
Juga, ketidakmampuannya mempertahankan pemindahan data byte besar menjadikannya tidak begitu berguna dalam aplikasi seperti pengawasan video, di mana megabait data perlu disalurkan di antara peranti akhir.
Kesimpulannya
Gelombang-Z adalah untuk automasi rumah apa LoRa ke lanskap IoT yang lebih luas. Kelebihan terbesar yang dimiliki oleh semua protokol lain di ceruk Automasi Rumah adalah hakikat bahawa ia dirancang untuk ceruk tersebut. Ini bererti ia akan berkinerja lebih baik daripada protokol lain yang dirancang untuk penggunaan yang lebih luas, dan akan berkinerja agak baik untuk, sekurang-kurangnya, 80% aplikasi di ceruk tersebut.