Forståelse <tc>Z-Wave</tc> Netværk, noder & Enheder

Forståelse Z-Wave Netværk, noder && Enheder

Z-Wave Hjemmeautomationsteknologi består af tre lag. Radiolaget, netværkslaget og applikationslaget arbejder sammen for at skabe et robust og pålideligt netværk, der gør det muligt for adskillige noder og enheder at kommunikere med hinanden samtidigt.

• RadiolagDefinerer den måde, hvorpå et signal udveksles mellem netværket og den fysiske radiohardware. Dette inkluderer frekvens, kodning, hardwareadgang osv.
• NetværkslagDefinerer, hvordan kontroldata udveksles mellem to enheder eller noder. Dette omfatter adressering, netværksorganisation, routing osv.
• ApplikationslagDefinerer, hvilke meddelelser der skal håndteres af specifikke applikationer for at udføre bestemte opgaver, såsom at tænde en lyskilde eller ændre temperaturen på en varmeenhed.

Netværkslaget

De Z-Wave Netværkslaget styrer, hvordan data udveksles mellem forskellige enheder (noder) på netværket, og består af tre underlag.

• Medieadgangslag (MAC): Styrer den grundlæggende brug af den trådløse hardware - disse funktioner er usynlige for slutbrugeren.
• TransportlagetStyrer meddelelsesoverførslen og sikrer fejlfri kommunikation mellem to trådløse noder. Slutbrugeren kan ikke påvirke dette lags funktioner, men resultaterne af dette lag er synlige.
• RoutingslagAdministrerer Z-Wave's "Mesh"-funktioner til at maksimere netværkets rækkevidde og sikre, at beskeder når deres destinationsnode. Dette lag bruger yderligere noder til at sende beskeden igen, hvis destinationen er uden for den "direkte" rækkevidde af den sendende node.

Forklaring af medieadgang (MAC) og transportlag

Ligesom når du sender en sms, kan du ikke se, hvordan informationen overføres fra din telefon til deres. Du antager, at den sendes og vil blive modtaget og læst af modtageren. På samme måde bruger trådløse hjemmeautomationsteknologier de samme principper til at muliggøre kommunikation mellem afsender- og modtagerknuder.

Af og til kan en besked gå tabt.

I tilfælde af en mobiltelefon kan det skyldes dårlig modtagelse. I tilfælde af et hjemmeautomationsnetværk kan det skyldes interferens eller at modtageren er placeret for langt væk fra afsenderen. I et simpelt netværk får afsenderen ingen feedback om, hvorvidt beskeden er modtaget, og om kommandoen er udført korrekt. Dette kan forårsage stabilitetsproblemer, medmindre installationen er planlagt og testet korrekt.

Z-Wave er en af ​​de mest pålidelige trådløse teknologier. Hver kommando, der sendes, bekræftes af modtageren, som sender en kvittering til afsenderen. Dette garanterer ikke, at beskeden blev leveret korrekt, men afsenderen vil få en indikation af, at en situation har ændret sig, eller at der er opstået en fejl.

Returkvitteringen kaldes Bekræft (ACK)En Z-Wave Transceiveren vil forsøge op til tre gange at sende en besked, mens den venter på en bekræftelse. Efter tre mislykkede forsøg vil Z-Wave Transceiveren vil give op og rapportere en fejlmeddelelse til brugeren. Antallet af mislykkede forsøg er også en god indikator for netværkets trådløse forbindelseskvalitet.

Brug af noder til succesfuld kommunikation

Et netværk består af mindst to noder. For at kunne kommunikere med hinanden skal noderne have adgang til et fælles medie eller have "noget til fælles".

I de fleste tilfælde er dette et fysisk kommunikationsmedie som et kabel.Kommunikationsmediet for radio (trådløs) er luften, som også bruges af alle mulige forskellige teknologier - tv, Wi-Fi, mobiltelefoner osv. Derfor skal hver type "netværk" have en defineret protokol, der tillader de forskellige noder i et netværk at identificere hinanden og udelukke beskeder fra andre radiokilder.

Hver node i netværket skal også have en unik identifikation for at skelne den fra andre noder i det samme netværk.

De Z-Wave Protokollen definerer to identifikationer for netværkets organisering.

• De Hjem-ID er den fælles identifikation af alle noder, der tilhører én logisk Z-Wave netværk. Det har en længde på 4 bytes = 32 bits.
• De Node-ID er adressen på en enkelt node i netværket. Node-ID'et har en længde på 1 byte = 8 bit.

Knudepunkter med forskellige hjemme-ID'er kan ikke kommunikere med hinanden, men de kan have et lignende knude-ID. Dette skyldes, at de to netværk er isoleret fra hinanden.

På et enkelt netværk (ét hjemme-ID) kan to noder ikke have identiske node-ID'er. Det betyder, at hver node kan adresseres individuelt, hvilket giver dig fuld kontrol over dit eget hjemmeautomationssystem.

Enheder

Z-Wave har to grundlæggende typer apparater:

• Controllere - enheder, der styrer andre Z-Wave enheder
• Slaver - enheder, der styres af andre Z-Wave enheder.

Controllere er fabriksprogrammeret med et hjemme-ID, dette kan ikke ændres af brugeren. Slaver har ikke et forprogrammeret hjemme-ID, da de tager det hjemme-ID, der er tildelt dem af netværket.

Den primære controller inkluderer andre noder i netværket ved at tildele dem sit eget Home ID. Hvis en node accepterer Home ID'et fra den primære controller, bliver denne node en del af netværket. Den primære controller tildeler også et individuelt node ID til hver ny enhed, der tilføjes til netværket. Denne proces kaldes Inklusion.

	Definition	I controlleren	I slaven
Hjem-ID	Hjemme-ID'et er den almindelige identifikation af en Z-Wave netværk	Hjem-ID'et er allerede indstillet som fabriksstandard	Intet hjemme-ID som fabriksindstilling
Node-ID	Node-ID'et er den individuelle identifikation (adresse) af en node inden for et fælles netværk.	Controlleren har sit won-node-ID foruddefineret (typisk 0x01)	Tildelt af den primære controller

Tabel 1 - Sammenligning af hjemme-ID og node-ID

Meshing og routing

I et typisk trådløst netværk har den centrale controller en direkte trådløs forbindelse til alle de andre netværksnoder. Dette kræver en direkte radioforbindelse. Men hvis der er en forstyrrelse, har controlleren ikke nogen backuprute til at nå noderne, og kommunikationen vil afbrydes.

Figur 6 - Netværk uden routing

Radionetværket i figur 6 er et ikke-routet netværk. Node to, tre og fire er inden for controllerens radiorækkevidde. Node 5 er uden for radiorækkevidden og kan ikke nås af controlleren.

Imidlertid, Z-Wave tilbyder en meget effektiv mekanisme til at overvinde denne begrænsning. Z-Wave Noder kan videresende og gentage beskeder til andre noder, der ikke er inden for controllerens direkte rækkevidde. Dette muliggør Z-Wave at skabe meget fleksible og robuste netværk. Kommunikation kan ske til alle noder i netværket, selvom de er uden for direkte rækkevidde, eller hvis den direkte forbindelse afbrydes.

Figur 7 - Z-Wave netværk med routing

De Z-Wave netværk med routing (figur 7) viser, at controlleren kan kommunikere direkte med node 2, 3 og 4. Node 6 ligger uden for dens radiorækkevidde, men inden for node 2's radiorækkevidde. Derfor kan controlleren kommunikere med node 6 via node 2. Dette kaldes en "rute".

Ved at bruge dette rutesystem, Z-Wave Signaler kan endda fungere rundt om hjørner! Andre teknologier fungerer på 'sigtelinje', hvor hver sender skal have direkte udsyn til modtageren, men Z-Wave sender blot signalet en lille omvej uden om en forhindring ved hjælp af en anden node.

Z-Waves routing kan automatisk tilpasse sig ændringer i netværket. For eksempel figur 8 viser, at direkte kommunikation mellem node 1 og node 2 er blokeret.Men det er stadig muligt for Node 1 at kommunikere med Node 6 ved at bruge Node 3 som en ekstra repeater.

Jo flere noder der er i et netværk, desto mere fleksibelt og robust bliver netværket.

Z-Wave kan rute beskeder via op til fire gentagne noder. Dette er et kompromis mellem netværkets størrelse og stabilitet, og den maksimale tid, en besked må rejse i netværket.

Figur 8 - Maksimal afstand mellem to noder via fire repeatere

Opbygning af ruter i en Z-Wave Netværk

Hver node kan bestemme, hvilke noder der er inden for dens direkte trådløse rækkevidde. Disse noder kaldes naboer. Under Inclusion og senere Request kan noden informere controlleren om sin liste over naboer. Ved hjælp af disse oplysninger kan controlleren opbygge en tabel, der indeholder alle oplysninger om mulige kommunikationsruter i et netværk. Denne routingtabel kan tilgås af brugeren, og der findes adskillige softwareløsninger, typisk kaldet installationsværktøjer, der visualiserer routingtabellen og hjælper dig med at optimere netværksopsætningen.

Figur 9 - Fræsning i en Z-Wave Netværk

Ovenstående diagram (ffigur 9) viser en Z-Wave et meshed-netværk med én controller og fem noder. Controlleren kan kommunikere direkte med node 2 og 3. Der er ingen direkte forbindelse til node 4, 5 og 6. Kommunikation til node 4 fungerer enten via node 2 eller via node 3.

Tabel 2 - Routingstabel for Z-Wave Netværk

Rutningen for dette netværk er vist i tabel 2 - rækkerne indeholder kildenoderne, og kolonnerne indeholder destinationsnoderne. En celle med "1" angiver, at noderne er naboer, og et "0" viser, at der ikke er nogen direkte kommunikationsvej. Tabellen viser også viser forbindelsen mellem kildenode 1 og destinationsnode 4. Cellen mellem node 1 og 4 er markeret med "0". Derfor ruter netværket signalet via node 3, som er i direkte rækkevidde af både node 1 og node 4.

Figur 10 - Alternativ Z-Wave Netværksrouting

Et andet eksempel (f.eks.Figur 10) viser, at Node 6 kun kan kommunikere med resten af ​​netværket ved hjælp af Node 5 som repeater. Da controlleren ikke har en direkte forbindelse til Node 5, skal controlleren bruge en af ​​følgende ruter:1 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6" eller "1 -> 2 -> 5 ->6".

En controller vil altid først forsøge at sende sin besked direkte til destinationen. Hvis dette ikke er muligt, vil den bruge sin routingtabel til at finde den næstbedste vej til destinationen. Controlleren kan vælge op til tre alternative ruter og vil forsøge at sende beskeden via disse ruter. Kun hvis alle tre ruter fejler (controlleren modtager ikke en bekræftelse fra destinationen), vil controlleren rapportere en fejl.

Typer af netværksnoder

Slaver kategoriseres som "standard" eller "routing" slaver. routing-slave inkluderer avancerede routingfunktioner.

Forskellen mellem de tre forskellige nodetyper er deres viden om netværkets routingtabel og deres evne til at sende beskeder til netværket.

	Naboer	Rute	Mulige funktioner
Controller	Kender alle naboer	Har adgang til komplet routingtabel	Kan kommunikere med alle enheder i netværket, hvis der findes en rute
Slave	Kender alle naboer	Har ingen oplysninger om routingtabellen	Kan kun svare til den node, som den har modtaget beskeden fra. Derfor kan den ikke sende uopfordrede beskeder.
Routing Slave	Kender alle naboer	Har delvist kendskab til routingtabel	Kan svare til den node, som han har modtaget beskeden fra, og kan sende uopfordrede beskeder til et antal foruddefinerede noder, han har også en rute

Egenskaber ved Z-Wave Enhedsmodeller

Slave	Fast installerede netdrevne enheder som vægafbrydere, vægdæmpere eller persienner
Routing Slave	Batteridrevne enheder og mobile, anvendelige enheder som f.eks. sensorer med batteridrift, vægstik til Schuko- og stiktyper, termostater og varmeapparater med batteridrift og alle andre slaveapplikationer

Typiske anvendelser for slaver

Udfordringer i typiske netværkskonfigurationer

Z-Wave Et netværk starter typisk som et lille netværk, der udvides efter behov. Et lille netværk kan bestå af en fjernbetjening og et par kontakter eller lysdæmpere. Fjernbetjeningen fungerer som primær controller og inkluderer og styrer kontakterne og lysdæmperne.

Under inklusionen skal lysdæmpere og afbrydere installeres på deres endelige placering for at sikre, at en korrekt liste over naboer genkendes og rapporteres.

Denne type netværkskonfiguration fungerer godt, så længe fjernbetjeningen kan nå alle kontakter og lysdæmpere direkte (den node, der skal styres, er "inden for rækkevidde"). Hvis den styrede node ikke er inden for rækkevidde, kan brugeren opleve forsinkelser, fordi fjernbetjeningen først skal registrere netværksstrukturen, før den kan styre enheden.

Hvis en enhed er blevet inkluderet og efterfølgende flyttet til en ny position, kan denne specifikke enhed kun styres af fjernbetjeningen, hvis den er inden for direkte rækkevidde. Ellers vil kommunikationen mislykkes, fordi routingtabellen for denne specifikke enhed er forkert, og fjernbetjeningen ikke er i stand til at udføre en netværksscanning i øjeblikket.

Z-Wave Netværk med én statisk controller

Et andet typisk netværk består af en statisk controller - primært pc-software plus Z-Wave USB-dongle eller en IP-gateway sammen med et antal afbrydere og lysdæmpere.

Z-Wave Netværk med enkelt statisk controller

Den statiske controller er den primære controller og omfatter alle andre enheder.

Fordi en statisk controller er bundet til en bestemt placering, er den anden Z-Wave Enheder skal inkluderes, mens de er inden for direkte rækkevidde af den statiske controller. De vil typisk blive installeret på deres endelige placering efter inkludering.

Netværk med flere controllere

I et større netværk vil flere controllere arbejde sammen. En statisk controller bruges til konfiguration og styring af systemet, og en eller flere fjernbetjeninger udfører bestemte funktioner på forskellige steder.

Z-Wave Netværk med flere controllere

Hvis et netværk har flere controllere, skal brugeren bestemme, hvilken af ​​controllerne der skal være den primære controller.

Det er en udfordring at inkludere en statisk controller, hvis enhederne skal flyttes til deres endelige placering bagefter. Der skal foretages en netværksomorganisering.

Statiske controllere er normalt mere pålidelige og går ikke let tabt. De tilbyder typisk backupfunktioner til at erstatte hardwaren i tilfælde af alvorlig skade.

Netværk med bærbar controller som primær controller

Fjernbetjeninger er mere sårbare over for skader og tab. Normalt tilbyder fjernbetjeninger ikke en backupfunktion. Hvis den primære controller blev beskadiget eller mistet, skal hele netværket fuldstændigt geninstalleres. Enheder kan dog tilsluttes, efter de er installeret, hvilket resulterer i et langt mere stabilt netværk og intet behov for netværksomorganisering.

Valget af den primære controller - statisk eller bærbar - afhænger mere af dine personlige præferencer end en teknisk nødvendighed.

Vesternet er Europas førende specialist i hjemmeautomation, så tag et kig på vores enorme udvalg af Z-Wave produkter.