Memahami z

Karena aplikasi yang berbasis di sekitar Jaringan Sensor Nirkabel, Otomasi Rumah, dan IoT meningkat, kebutuhan akan 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 otomasi rumah adalah Z-Wave. Untuk artikel hari ini, kami akan memeriksa teknis dari Z-wave, fitur yang membedakan, Standard, dan banyak lagi.

Apa itu Z-Wave

Z-Wave adalah protokol komunikasi nirkabel yang dikembangkan terutama untuk digunakan dalam aplikasi otomasi rumah. Ini dikembangkan pada tahun 1999 oleh Zensys yang berbasis di Kopenhagen sebagai peningkatan ke sistem kontrol cahaya konsumen yang mereka buat. Ini dirancang untuk menyediakan transmisi paket data kecil yang andal dan latensi rendah menggunakan gelombang radio berenergi rendah dengan kecepatan data hingga 100kbit / dtk dengan throughput hingga 40kbit / s (9,6kbit / dtk menggunakan chip lama) dan cocok untuk aplikasi kontrol dan sensor.

Berdasarkan topologi jaringan mesh dan beroperasi dalam pita frekuensi ISM 800-900MHz yang tidak berlisensi (frekuensi aktual bervariasi), perangkat berbasis Z-Wave dapat mencapai jarak komunikasi hingga 40 meter, dengan kemampuan tambahan untuk pesan Hop up antara hingga 4 node. Semua fitur ini menjadikannya protokol komunikasi yang sesuai untuk aplikasi otomatisasi rumah seperti kontrol pencahayaan, termostat, kontrol jendela, kunci, pembuka pintu garasi, dan banyak lagi sambil menghindari kemacetan bermasalah yang terkait dengan Wi-Fi dan Bluetooth karena penggunaan mereka atas Pita 2,4GHz dan 5GHz.

Bagaimana Cara Kerja Z-Wave Protocol?

Untuk memahami cara kerja Z-Wave Protocol, mari kita analisis subjek dalam tiga bagian utama yaitu Arsitektur Sistem Z-Wave, Transmisi / Penerimaan Data, dan Perutean dan Menghubungkan ke Internet

Arsitektur Sistem Z-Wave:

Setiap jaringan Z-wave terdiri dari dua kategori besar perangkat;

Pengontrol / Master
Budak

Master biasanya berfungsi sebagai host dari jaringan Z-Wave di mana perangkat lain (Slave) dapat dihubungkan. Biasanya dilengkapi dengan NetworkID yang telah diprogram sebelumnya (terkadang disebut HomeID) yang ditetapkan ke setiap slave (yang tidak dilengkapi dengan ID yang telah diprogram sebelumnya) ketika mereka ditambahkan ke jaringan melalui proses yang disebut "inklusi ". Selain HomeID, untuk setiap perangkat yang ditambahkan ke jaringan gelombang Z, ID yang disebut NodeID biasanya ditetapkan oleh pengontrol. The NodeID unik pada setiap jaringan (untuk setiap HomeID), dengan demikian, digunakan untuk alamat dan terutama mengenali setiap perangkat pada jaringan tertentu.

Inklusi mirip dengan maksud bagaimana router memberikan alamat IP ke perangkat di jaringannya, sedangkan master mirip dengan router / gateway / Hub Perangkat, dengan satu-satunya perbedaan adalah hubungan mesh yang dimiliki master dengan budak di jaringan. Untuk menghapus node dari jaringan Z-Wave, proses yang disebut " Exclusion " dilakukan. Selama pengecualian, Home ID dan Node ID dihapus dari perangkat. Perangkat disetel ulang ke status default pabrik (pengontrol memiliki ID Rumah sendiri dan budak tidak memiliki ID Rumah).

HomeID dan NodeID yang disebutkan di atas adalah dua sistem identifikasi yang ditentukan oleh protokol gelombang Z untuk pengorganisasian jaringan gelombang Z yang mudah.

HomeID adalah identifikasi umum dari semua node yang merupakan bagian dari jaringan Z-Wave tertentu, sedangkan NodeID adalah alamat node individu dalam jaringan.

HomeID biasanya sudah diprogram sebelumnya dan unik, dan mereka menentukan jaringan gelombang Z tertentu. Mereka datang dalam panjang 32 bit yang berarti dimungkinkan untuk membuat hingga 4 miliar (2 ^ 32) HomeID yang berbeda dan jaringan gelombang Z yang berbeda. ID Node, di sisi lain, panjangnya hanya satu byte (8 bit) yang berarti kita dapat memiliki hingga 256 (2 ^ 8) node dalam sebuah jaringan.

Selain memungkinkan pengalamatan node yang mudah, sistem Identifikasi membantu mencegah interferensi dalam jaringan gelombang-Z karena dua node dengan HomeID berbeda tidak dapat berkomunikasi meskipun mereka memiliki NodeID yang sama. Ini berarti Anda dapat menyebarkan dua jaringan gelombang-z secara berdampingan tanpa piagam yang mengganggu dari Jaringan A diterima oleh B.

Transmisi Data, Penerimaan, dan Perutean:

Dalam jaringan nirkabel tipikal, pengontrol / master pusat memiliki koneksi nirkabel langsung satu-ke-satu ke node di Jaringan. Meskipun pengaturan tersebut berguna untuk protokol tersebut, hal itu menciptakan batasan di sekitar transmisi data sehingga "Perangkat A" tidak akan dapat berinteraksi dengan "Perangkat B" jika ada pemutusan hubungan antara salah satu dari mereka dan master. Namun, tidak demikian halnya untuk gelombang-Z berkat topologi jaringan Mesh -nya, dan kemampuan simpul gelombang-Z untuk meneruskan dan mengulang pesan ke simpul lain. Hal ini memastikan bahwa komunikasi dapat dilakukan ke setiap node dalam jaringan bahkan saat node tersebut tidak berada dalam jangkauan langsung pengontrol. Untuk lebih memahami ini, pertimbangkan Gambar di bawah ini;

Ilustrasi jaringan gelombang Z menunjukkan pengontrol dapat berkomunikasi secara langsung dengan perangkat 1, 2, dan 4, sedangkan Node 6 berada di luar jangkauan radionya. Namun, karena fitur yang dijelaskan sebelumnya, Node 2 akan mengambil status repeater / forwarder dan memperluas jangkauan controller ke Node 6 sehingga setiap pesan yang menuju ke Node 6 akan diteruskan melalui Node 2. Node seperti Node 2 di jaringan besar disebut rute dan mereka berkontribusi pada fleksibilitas dan ketahanan Jaringan gelombang-Z. Untuk menentukan rute mana yang harus dilalui pesan untuk mencapai Node tertentu, jaringan gelombang Z menggunakan alat yang disebut tabel perutean.

Setiap node dalam jaringan gelombang-Z dapat menentukan node lain (disebut Neighbours) di area jangkauan nirkabel langsungnya dan selama Inklusi atau nanti, node memberi tahu pengontrol tentang tetangga ini. Menggunakan daftar tetangga dari setiap Node, pengontrol membuat tabel perutean yang digunakan untuk memetakan rute ke Node yang berada di luar jangkauan nirkabel langsung pengontrol.

Penting untuk diperhatikan bahwa tidak semua Node dapat dikonfigurasi sebagai penerusan. Protokol Z-wave hanya mengizinkan Node yang Dicolokkan (bukan bertenaga baterai) untuk berfungsi sebagai "Node Perutean".

Menghubungkan ke Internet:

Dengan menggunakan pendekatan "Gateway / Agregator" terbaru oleh protokol lain, sistem Z-Wave dapat dikontrol melalui Internet menggunakan gateway Z-Wave atau perangkat Pengontrol (master) yang berfungsi sebagai pengontrol hub dan portal ke luar. Contohnya adalah Delock 78007 Z-Wave® Gateway.

Aliansi Z-Wave

Sementara perangkat berbasis Z-wave pertama dirilis pada awal 1999, teknologinya tidak begitu populer hingga 2005 ketika sekelompok perusahaan termasuk raksasa otomasi rumah Leviton, Danfoss, dan Ingersoll-Rand mengadopsi Z-Wave dan membentuk aliansi. disebut Aliansi Z-Wave.

Aliansi dibentuk untuk mempromosikan penggunaan dan interoperabilitas teknologi dan perangkat Z-Wave yang didasarkan padanya. Sejalan dengan ini, aliansi mengembangkan dan mempertahankan standar Z-wave, dan mengesahkan semua perangkat berbasis Z-Wave untuk memastikan perangkat tersebut mematuhi standar. Aliansi ini dimulai dengan 5 perusahaan anggota tetapi sekarang memiliki lebih dari 600 perusahaan yang memproduksi lebih dari 2600 perangkat bersertifikat Z-Wave.

Perbedaan antara Z-Wave dan Protokol Lain

Untuk memahami mengapa masuk akal untuk memiliki protokol komunikasi lain seperti Z-wave, kami akan membandingkannya dengan beberapa protokol komunikasi lain yang digunakan dalam otomatisasi rumah termasuk; Bluetooth, WiFi, dan Zigbee

Z-wave vs Bluetooth:

Keuntungan yang paling menonjol dari Z-Wave dibandingkan Bluetooth adalah Jangkauan. Gelombang Z memiliki area jangkauan yang lebih luas secara efektif daripada Bluetooth. Selain itu, sinyal Bluetooth rentan terhadap interferensi dan interupsi karena sinyal tersebut mengirim dan menerima informasi pada pita 2.4GHz, sehingga bersaing untuk Bandwidth dengan Perangkat berbasis WiFi yang menggunakan pita frekuensi yang sama.

Dengan Z-wave, daripada membuat jaringan lebih lambat atau berisik, setiap repeater sinyal gelombang-Z bekerja sama untuk membuat jaringan lebih kuat, sehingga, semakin banyak perangkat yang Anda miliki, semakin mudah untuk membuat jaringan yang kuat, yang mampu melewati rintangan.

Z-wave vs WiFi:

Seperti Bluetooth, jaringan berbasis WiFi juga rentan terhadap gangguan, gangguan, dan masalah terkait jangkauan dan dengan demikian bekerja di bawah jaringan berbasis gelombang Z dalam keadaan tersebut.

Selain bersaing memperebutkan bandwidth dengan perangkat Bluetooth, perangkat WiFi juga bersaing satu sama lain dan hal ini dapat memengaruhi kekuatan sinyal dan kecepatan jaringan di rumah yang banyak perangkatnya berbasis WiFi. Ini tidak terjadi dengan Z-wave karena jaringan berkembang dengan penambahan lebih banyak perangkat ke Jaringan.

Perangkat berbasis WiFi, bagaimanapun, memiliki kelebihan dibandingkan dengan gelombang-Z. Mereka dapat mengirim informasi yang lebih besar seperti Streaming video HD dan lainnya, sementara jaringan berbasis gelombang Z dapat menangani data byte kecil seperti data sensor atau instruksi untuk menyalakan / mematikan bola lampu.

Z-gelombang vs Zigbee:

Zigbee adalah teknologi nirkabel lain dan seperti Z-wave, Zigbee dirancang dengan Home Automation dan jaringan sensor nirkabel terdekat. Seperti gelombang-Z, ini didasarkan pada topologi jaringan Mesh dan setiap perangkat pada jaringan Zigbee membantu memperkuat sinyal. Namun, tidak seperti gelombang Z, ia beroperasi pada pita frekuensi 2.4GHz yang berarti ia juga bersaing untuk bandwidth dengan WiFi dan Bluetooth dan juga rentan terhadap gangguan dan tantangan kecepatan jaringan yang terkait dengannya.

Perbedaan lain yang signifikansinya saya akan meninggalkan Anda untuk memutuskan adalah fakta bahwa, sementara Z-Wave adalah teknologi berpemilik (meskipun ada rencana untuk membuat perangkat lunak open source), Zigbee adalah open-source.

Keuntungan dan Kerugian Z-Wave

Seperti semua hal, Z-Wave memiliki kelebihan dan kekurangan. Kami akan membahasnya satu demi satu.

Kelebihan Z-Wave

Beberapa keuntungan gelombang Z meliputi;

Kemampuan untuk mendukung 232 perangkat dalam teori dan setidaknya 50 dalam praktik.
Sinyal dapat melakukan perjalanan hingga 50 kaki di dalam ruangan memungkinkan adanya penghalang dan hingga 100 kaki tidak terhalang. Jangkauan ini diperluas jauh di luar ruangan. Dengan empat lompatan antar perangkat yang semakin meningkatkan jangkauan, cakupan tidak akan menjadi masalah di rumah-rumah yang terhubung secara luas.
Aliansi Z-wave terdiri dari hingga 600 produsen yang memproduksi lebih dari 2600 perangkat bersertifikat untuk memastikan kompatibilitas.
Lebih sedikit gangguan karena pita ISM yang digunakan.
Lebih sedikit titik mati dibandingkan dengan jaringan lain, berkat topologi mesh yang kuat
Itu Terjangkau dan mudah digunakan.

Kekurangan Z-Wave

Tidak seperti beberapa protokol komunikasi lainnya, Z-Waves secara khusus dirancang untuk digunakan dalam aplikasi Home Automation, oleh karena itu, Z-Waves telah disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi dan memiliki sedikit kerugian. Namun, batas yang dapat diterapkan dari 50 perangkat daripada yang biasa 232, dapat menjadi tantangan di rumah di mana lebih dari 50 perangkat perlu dipasang.

Selain itu, ketidakmampuannya untuk mempertahankan transfer data dalam jumlah besar membuatnya tidak begitu berguna dalam aplikasi seperti pengawasan video, di mana megabyte data perlu dialirkan antar perangkat akhir.

Kesimpulan

Gelombang Z adalah untuk otomatisasi rumah seperti LoRa untuk lanskap IoT yang lebih luas. Keuntungan terbesar yang dimilikinya atas semua protokol lain di ceruk Otomasi Rumah adalah kenyataan bahwa ia dirancang untuk ceruk itu. Ini berarti umumnya akan bekerja lebih baik daripada protokol lain yang dirancang untuk konsumsi yang lebih luas, dan akan bekerja relatif baik untuk, setidaknya, 80% dari aplikasi di ceruk itu.