Войти
 | |
| Международный стандарт | 800-900 Радиочастотный диапазон МГц |
|---|---|
| Разработано | Zensys |
| Представлено | 1999 (1999) |
| Промышленность | Домашняя автоматизация |
| Физический диапазон | 100 метров |
Z-Wave - это протокол беспроводной связи, используемый в основном для домашней автоматизации. Это ячеистая сеть, использующая низкоэнергетические радиоволны для связи от устройства к устройству, что позволяет осуществлять беспроводное управление бытовыми приборами и другими устройствами, такими как управление освещением, системы безопасности, термостаты, окна, замки, плавание. бассейны и открыватели ворот гаража. Как и другие протоколы и системы, предназначенные для рынка автоматизации дома и офиса, системой Z-Wave можно управлять через Интернет со смартфона, планшета или компьютера, а также локально через интеллектуальный динамик, беспроводной брелок, или настенная панель со шлюзом Z-Wave или центральным устройством управления, служащим одновременно контроллером концентратора и порталом наружу. Z-Wave обеспечивает взаимодействие на уровне приложений между системами управления домом различных производителей, которые входят в его альянс. Растет число совместимых продуктов Z-Wave; более 1700 в 2017 г. и более 2600 к 2019 г.
Протокол Z-Wave был разработан Zensys, датской компанией, расположенной в Копенгагене, в 1999 году. В том же году Zensys представила потребительскую систему управления освещением, которая превратилась в Z-Wave в качестве собственной система на микросхеме (SoC) протокол домашней автоматизации на нелицензируемой полосе частот в диапазоне 900 МГц. Его набор микросхем серии 100 был выпущен в 2003 году, а его серия 200 - в мае 2005 года, при этом чип ZW0201 обеспечивает высокую производительность при низкой стоимости. Его чип серии 500, также известный как Z-Wave Plus, был выпущен в марте 2013 года с четырехкратным объемом памяти, улучшенным радиусом действия беспроводной связи и увеличенным временем автономной работы. Технология начала завоевывать популярность в Северной Америке примерно в 2005 году, когда пять компаний, включая Danfoss, Ingersoll-Rand и Leviton Manufacturing, приняли Z-Wave. Они сформировали Z-Wave Alliance, целью которого является продвижение использования технологии Z-Wave, при этом все продукты компаний, входящих в альянс, совместимы. В 2005 году Bessemer Venture Partners возглавили третий посевной раунд для Zensys на сумму 16 миллионов долларов. В мае 2006 года Intel Capital объявила об инвестировании в Zensys через несколько дней после того, как Intel присоединилась к Z-Wave Alliance. В 2008 году Zensys получила инвестиции от Panasonic, Cisco Systems, Palamon Capital Partners и Sunstone Capital.
Z-Wave была приобретена Sigma Designs в декабре 2008 года. После приобретения штаб-квартира Z-Wave в США в Фремонте, Калифорния была объединена со штаб-квартирой Sigma в Милпитасе, Калифорния. В рамках изменений права на товарный знак в Z-Wave были сохранены за Sigma Designs в США и приобретены дочерней компанией Aeotec Group в Европе. 23 января 2018 года Sigma объявила о своих планах продать технологию и бизнес-активы Z-Wave компании Silicon Labs за 240 миллионов долларов, и продажа была завершена 18 апреля 2018 года.
В 2005 году на рынке было шесть продуктов, в которых использовалась технология Z-Wave. К 2012 году, когда технология умного дома становилась все более популярной, в США было доступно около 600 продуктов с использованием технологии Z-Wave. По состоянию на январь 2019 года существует более 2600 совместимых продуктов, сертифицированных Z-Wave.
Взаимодействие Z-Wave на уровне приложений гарантирует, что устройства могут обмениваться информацией, и позволяет всему оборудованию Z-Wave и программное обеспечение для совместной работы. Его технология беспроводной ячеистой сети позволяет любому узлу напрямую или косвенно общаться с соседними узлами, контролируя любые дополнительные узлы. Узлы, находящиеся в пределах досягаемости, напрямую связываются друг с другом. Если они не находятся в пределах досягаемости, они могут установить связь с другим узлом, находящимся в пределах досягаемости, для доступа и обмена информацией. В сентябре 2016 года некоторые части технологии Z-Wave стали общедоступными, когда тогдашний владелец Sigma Designs выпустил общедоступную версию уровня взаимодействия Z-Wave с программным обеспечением, добавленным в библиотеку с открытым исходным кодом Z-Wave. Доступность с открытым исходным кодом позволяет разработчикам программного обеспечения интегрировать Z-Wave в устройства с меньшими ограничениями. Безопасность Z-Wave S2, Z / IP для передачи сигналов Z-Wave по IP-сетям и промежуточное ПО Z-Ware - все с открытым исходным кодом с 2016 года.
Z-Wave Alliance был основан в 2005 году как консорциум компаний, которые производят управление подключенными устройствами через приложения на смартфонах, планшетах или компьютерах с использованием технологии беспроводной ячеистой сети Z-Wave. Альянс представляет собой официальную ассоциацию, ориентированную как на расширение Z-Wave, так и на постоянную совместимость любого устройства, использующего Z-Wave.
В октябре 2013 года была запущена программа сертификации нового протокола и совместимости под названием Z-Wave Plus был анонсирован на основе новых функций и более высоких стандартов совместимости, объединенных вместе и необходимых для системы серии 500 на микросхеме (SoC), и включая некоторые функции, которые были доступны с 2012 года для SoC серии 300/400. В феврале 2014 года первый продукт прошел сертификацию Z-Wave Plus. Альянс нацелен на создание для умного дома защищенной ячеистой сети, которая работает на разных платформах.
Z-Wave разработан для обеспечения надежной связи и работы между устройствами и объектами с поддержкой датчиков от различных производителей в Z- Wave Alliance, в который входят более 700 участников. Основные члены альянса включают ADT Corporation, Assa Abloy, Jasco, Leedarson, LG Uplus, Nortek Security Control, Ring, Silicon Labs, SmartThings, Trane Technologies и Vivint.
В 2016 году Альянс запустил программу обучения сертифицированных установщиков Z-Wave, чтобы дать установщикам, интеграторам и дилерам инструменты для развертывания сетей и устройств Z-Wave в жилых и коммерческих помещениях. В том же году Альянс анонсировал Z-Wave Certified Installer Toolkit (Z-CIT), устройство для диагностики и устранения неполадок, которое можно использовать во время настройки сети и устройства, а также может работать как инструмент удаленной диагностики.
Z -Wave Alliance поддерживает программу сертификации Z-Wave. Сертификация Z-Wave включает два компонента: техническая сертификация, управляемая через Silicon Labs, и рыночная сертификация, управляемая через Z-Wave Alliance.
Z-Wave разработан для обеспечения надежной передачи небольших пакетов данных с малой задержкой и скоростью до 100 кбит / с. Пропускная способность составляет 40 кбит / с (9,6 кбит / с при использовании старых микросхем) и подходит для приложений управления и датчиков, в отличие от Wi-Fi и других беспроводных локальных сетей на основе IEEE 802.11 и . системы, предназначенные в первую очередь для высоких скоростей передачи данных. Расстояние связи между двумя узлами составляет около 30 метров (40 метров с микросхемой серии 500), а с возможностью передачи сообщений между узлами до четырех раз, это обеспечивает достаточное покрытие для большинства жилых домов. Модуляция - это частотно-сдвиговая манипуляция (FSK) с манчестерской кодировкой.
Z-Wave использует нелицензированную часть 15 для промышленности, науки и медицины (ISM ) группа. Он работает на частоте 868,42 МГц в Европе, на 908,42 МГц в Северной Америке и использует другие частоты в других странах в зависимости от их правил. Этот диапазон конкурирует с некоторыми беспроводными телефонами и другими устройствами бытовой электроники, но избегает помех с Wi-Fi, Bluetooth и другими системами, работающими в переполненных Диапазон 2,4 ГГц. Нижние уровни, MAC и PHY, описаны в ITU-T G.9959 и полностью обратно совместимы. В 2012 году Международный союз электросвязи (ITU) включил уровни Z-Wave PHY и MAC в качестве опции в свой стандарт G.9959 для беспроводных устройств ниже 1 ГГц. Скорости передачи данных включают 9600 бит / с и 40 кбит / с с выходной мощностью 1 мВт или 0 дБм. Чипы приемопередатчика Z-Wave поставляются Silicon Labs.
Таблица используемых частот в различных частях мира:
| Частота в МГц | Используется в |
|---|---|
| 865.2 | Индия |
| 869 | Россия |
| 868,4 | Китай, Сингапур, Южная Африка |
| 868,40, 868,42, 869,85 | CEPT Страны (Европа и другие стран региона), Французская Гвиана |
| 908,40, 908,42, 916 | США, Канада, Аргентина, Гватемала, Багамы, Ямайка, Барбадос, Мексика, Бермудские острова, Никарагуа, Боливия, Панама, британский Виргинские острова, Суринам, Каймановы острова, Тринидад и Тобаго, Колумбия, Теркс и Кайкос, Эквадор, Уругвай |
| 916 | Израиль |
| 919,8 | Гонконг |
| 919,8, 921,4 | Австралия, Новая Зеландия, Малайзия, Бразилия, Чили, Сальвадор, Перу |
| 919–923 | Южная Корея |
| 920–923 | Таиланд |
| 920–925 | Тайвань |
| 922–926 | Япония |
Z-Wave использует с маршрутизацией от источника сетка netwo rk архитектура. Ячеистые сети также известны как беспроводные одноранговые сети. В таких сетях устройства используют беспроводной канал для отправки управляющих сообщений, которые затем ретранслируются соседними устройствами в виде волны. Поэтому исходное устройство, желающее передать, известно как инициатор. Отсюда и название - произвольная маршрутизация сетки, инициированная источником. В начале 1990-х годов было предложено несколько протоколов ячеистой маршрутизации, инициируемых источником. Более ранними из них были Специальная дистанционная маршрутизация по требованию (AODV) и Динамическая маршрутизация от источника (DSR).
Устройства могут связываться друг с другом, используя промежуточные узлы для активного обхода и обхода домашних препятствий или мертвых зон радиосвязи, которые могут возникнуть в многолучевой среде дома. Сообщение от узла A к узлу C может быть успешно доставлено, даже если два узла находятся за пределами диапазона, при условии, что третий узел B может связываться с узлами A и C. Если предпочтительный маршрут недоступен, отправитель сообщения попытается использовать другие маршруты. пока не будет найден путь к узлу C. Следовательно, сеть Z-Wave может охватывать гораздо больше, чем радиус действия отдельного устройства; однако с несколькими из этих переходов может возникнуть небольшая задержка между командой управления и желаемым результатом.
Простейшая сеть представляет собой одно управляемое устройство и первичный контроллер. В любое время могут быть добавлены дополнительные устройства, а также вторичные контроллеры, включая традиционные портативные контроллеры, контроллеры брелоков, контроллеры настенных переключателей и приложения для ПК, предназначенные для управления и контроля сети Z-Wave. Сеть Z-Wave может состоять из 232 устройств, с возможностью моста сетей, если требуется больше устройств.
Устройство должно быть «включено» в сеть Z-Wave прежде, чем им можно будет управлять через Z-Wave. Этот процесс (также известный как «спаривание» и «добавление») обычно достигается нажатием последовательности кнопок на контроллере и на устройстве, добавляемом к сети. Эту последовательность нужно выполнить только один раз, после чего устройство всегда распознается контроллером. Аналогичным образом можно удалить устройства из сети Z-Wave. Контроллер изучает силу сигнала между устройствами во время процесса включения, поэтому архитектура ожидает, что устройства будут в предполагаемом конечном местоположении, прежде чем они будут добавлены в систему. Как правило, контроллер имеет небольшую внутреннюю резервную батарею , позволяющую временно отключить его от сети и перенести на место нового устройства для сопряжения. Затем контроллер возвращается в свое обычное место и снова подключается.
Каждая сеть Z-Wave идентифицируется идентификатором сети, а каждое устройство дополнительно идентифицируется идентификатором узла. Идентификатор сети (также называемый домашним идентификатором) - это общий идентификатор всех узлов, принадлежащих одной логической сети Z-Wave. Идентификатор сети имеет длину 4 байта (32 бита) и назначается каждому устройству первичным контроллером, когда устройство «включено» в Сеть. Узлы с разными идентификаторами сети не могут связываться друг с другом. Идентификатор узла - это адрес одного узла в сети. Идентификатор узла имеет длину 1 байт (8 бит) и должен быть уникальным в своей сети.
Чип Z-Wave оптимизирован для устройств с батарейным питанием и большую часть времени остается в режиме энергосбережения. режим, чтобы потреблять меньше энергии, просыпаясь только для выполнения своей функции. В ячеистых сетях Z-Wave каждое устройство в доме передает беспроводные сигналы по дому, что приводит к низкому энергопотреблению, позволяя устройствам работать годами без необходимости замены батарей. Чтобы устройства Z-Wave могли маршрутизировать нежелательные сообщения, они не могут находиться в спящем режиме. Поэтому устройства с батарейным питанием не предназначены для повторителей. Мобильные устройства, такие как пульты дистанционного управления, также исключаются, поскольку Z-Wave предполагает, что все устройства с поддержкой ретранслятора в сети остаются в исходном обнаруженном положении.
Z-Wave основан на запатентованной конструкции, поддерживаемой Sigma Designs в качестве основного поставщика микросхем, но бизнес-подразделение Z-Wave было приобретено Silicon Labs в 2018 году. В 2014 году, Mitsumi стала вторым лицензированным поставщиком микросхем серии Z-Wave 500. Несмотря на то, что был проведен ряд академических и практических исследований безопасности систем домашней автоматизации, основанных на протоколах Zigbee и X10, исследования по анализу слоев стека протоколов Z-Wave все еще находятся в зачаточном состоянии., требуя разработки устройства захвата радиопакетов и соответствующего программного обеспечения для перехвата сообщений Z-Wave. Ранняя уязвимость была обнаружена в дверных замках Z-Wave с шифрованием AES, которые можно было использовать удаленно для разблокировки дверей без знания ключей шифрования, и из-за измененных ключей последующие сетевые сообщения, такие как «дверь открыта», будут игнорировать установленный контроллер сети. Уязвимость возникла не из-за недостатка в спецификации протокола Z-Wave, а из-за ошибки реализации производителем дверных замков.
17 ноября 2016 года Z-Wave Alliance объявил о более строгих стандартах безопасности для устройств. получил сертификат Z-Wave от 2 апреля 2017 года. Известный как Security 2 (или S2), он обеспечивает повышенную безопасность для умных домашних устройств, шлюзов и концентраторов. Он поддерживает стандарты шифрования для передачи между узлами и устанавливает новые процедуры сопряжения для каждого устройства с уникальным PIN-кодом или QR-кодами на каждом устройстве. Новый уровень аутентификации предназначен для предотвращения взлома хакерами контроля над незащищенными или плохо защищенными устройствами. Согласно альянсу Z-Wave Alliance, новый стандарт безопасности является наиболее передовым из доступных на рынке устройств безопасности для умного дома и контроллеров, шлюзов и концентраторов.
Чип для Z- Волновые узлы - это ZW0500, построенный на базе микроконтроллера Intel MCS-51 с внутренней системной частотой 32 МГц. ВЧ-часть микросхемы содержит приемопередатчик GisFSK для программно выбираемой частоты. При напряжении питания 2,2-3,6 вольт потребляет 23 мА в режиме передачи. Его функции включают шифрование AES-128, беспроводной канал 100 кбит / с, одновременное прослушивание на нескольких каналах и поддержку USB VCP.
Для умного дома беспроводной сетей, существует множество технологий, конкурирующих за то, чтобы стать стандартом выбора. Wi-Fi потребляет много энергии, а Bluetooth ограничен по дальности сигнала и количеству устройств. Другие сетевые стандарты, конкурирующие с Z-Wave, включают Wi-Fi HaLow, Bluetooth 5, Insteon, Thread и ZigBee. Z-Wave имеет большой рабочий диапазон на открытом воздухе: 90 метров (снаружи) и 24+ метра (в помещении). Insteon теоретически может адресовать большое количество устройств - 17,7 миллиона (по сравнению с 65000 ZigBee и 232 Z-Wave). Thread имеет высокую скорость передачи данных 250 кбит / с. Z-Wave имеет лучшую функциональную совместимость, чем ZigBee, но ZigBee имеет более высокую скорость передачи данных. Thread и Zigbee работают на загруженной стандартной частоте Wi-Fi 2,4 ГГц, в то время как Z-Wave работает на частоте 908 МГц в США, что снижает уровень шума и увеличивает зону покрытия. Все три являются ячеистыми сетями. Z-Wave MAC / PHY глобально стандартизирован Международным союзом электросвязи как радио ITU 9959, а спецификации Z-Wave Interoperability, Security (S2), Middleware и Z-Wave over IP были выпущены в общественное достояние в 2016 году. обеспечение высокой доступности Z-Wave для разработчиков Интернета вещей.
