Forståelse af Z-Wave Networks, Nodes & Devices

Forståelse af Z-Wave Networks, Nodes & Devices

Z-WAVE. Home Automation Technology består af tre lag. Radiagelaget, netværkslaget og applikationslaget arbejder sammen for at skabe et robust og pålideligt netværk, der gør det muligt for mange noder og enheder at kommunikere med hinanden samtidigt.

• Radio Layer.: Definerer måden et signal udveksles mellem netværk og den fysiske radio hardware. Dette omfatter hyppighed, kodning, hardware adgang osv.
• Netværkslag: Definerer, hvordan kontroldata udveksles mellem to enheder eller noder. Dette omfatter adressering, netværk organisation, routing osv.
• Applikationslag: Definerer hvilke meddelelser der skal håndteres af specifikke applikationer for at opnå særlige opgaver som at skifte lys eller ændre temperaturen på en varmeenhed.

Netværkslaget

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

• Media Access Layer (Mac): Kontrollerer den grundlæggende brug af den trådløse hardware - disse funktioner er usynlige for slutbrugeren.
• Transportlag: Kontrollerer beskedoverførsel, sikrer fejlfri kommunikation mellem to trådløse knuder. Slutbrugeren kan ikke påvirke dette lags funktioner, men resultaterne af dette lag er synlige.
• Routing Layer.: Styrer Z-Wave's "mesh" -kapaciteter til at maksimere netværksområdet og sikre, at meddelelser kommer til deres destinationsknude. Dette lag vil bruge yderligere noder til at sende beskeden, hvis destinationen er uden for "Direct" -området for den transmitterende knudepunkt.

Media Access (Mac) og Transport Layers forklarede

Snarere som at sende en SMS-besked, kan du ikke se, hvordan informationsoverførsler fra din telefon til deres. Du antager, at det er sendt og vil blive modtaget og læst af modtageren. Tilsvarende bruger trådløse hjemmeautomatiseringsteknologier de samme principper for at muliggøre kommunikation mellem afsender- og modtagernoder.

Lejlighedsvis kan en besked gå tabt.

I en mobiltelefons tilfælde kan det skyldes dårlig modtagelse. I tilfælde af et hjemautomatiseringsnetværk kan det skyldes interferens eller positionering af modtageren for langt væk fra afsenderen. I et simpelt netværk får afsenderen ingen feedback om, hvorvidt meddelelsen er modtaget, og hvis kommandoen er udført korrekt. Dette kan forårsage stabilitetsproblemer, medmindre installationen blev planlagt og testet korrekt.

Z-Wave er den mest pålidelige trådløse teknologier, hver kommando, der sendes, er anerkendt af modtageren, som sender en returkvittering til afsenderen. Dette garanterer ikke, at meddelelsen blev leveret korrekt, men afsenderen vil få en indikation på, at en situation er ændret, eller der er opstået en fejl.

Retur kvitteringen kaldes Bekræft (ACK). En Z-Wave Transceiver vil prøve op til tre gange for at sende en besked, mens du venter på en ACK. Efter tre mislykkede forsøg vil Z-Wave-transceiveren opgive og rapportere en fejlmeddelelse til brugeren. Antallet af mislykkede forsøg er også en god indikator for netværkets trådløse forbindelse kvalitet.

Brug af Nodes for vellykket kommunikation

Et netværk består af mindst to knuder. At være i stand til at kommunikere med hinanden, knudepunkterne har brug for at have adgang til en fælles medier eller behov for at have ”noget til fælles”.

I de fleste tilfælde er en fysisk kommunikation medier som et kabel. De kommunikationsmedier til radio (trådløs) er den luft, som også bruges af alle mulige forskellige teknologier - TV, Wi-Fi, mobiltelefoner osv Derfor for hver type af ”netværk” behov har en defineret protokol, der gør det muligt for forskellige knudepunkter i et netværk for at identificere hinanden og til at udelukke meddelelser fra andre radio kilder.

Hver knudepunkt i netværket også skal have en entydig identifikation at skelne det fra andre noder i det samme netværk.

Z-Wave protokollen definerer to identifikationer for tilrettelæggelsen af netværket.

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

Noder med forskellig Hjem ID'er kan ikke kommunikere med hinanden, men de kan have en lignende Node-id. Dette skyldes, at de to netværk er isoleret fra hinanden.

På et enkelt netværk (én Hjem ID) to knuder ikke kan have identiske Knude-id'er. Dette betyder hver node kan være individuelt adresseret giver dig fuldstændig kontrol over dit eget home automation system.

Enheder

Z-Wave har to grundlæggende typer af anordninger:

• Controllers. - Apparater, der styrer andre Z-Wave-enheder
• slaver - indretninger, der styres af andre Z-Wave enheder.

Controllere er fabrikken programmeret med en Home-id, dette kan ikke ændres af brugeren. Slaver har ikke en forprogrammeret Hjem id som de tager hjem ID tildelt dem af netværket.

Den primære controller indeholder andre knudepunkter i nettet ved at tildele dem sin egen hjem-id. Hvis en node accepterer Hjem ID primære controller denne knude bliver en del af netværket. Den primære controller tildeler også en individuel Node-id til hver ny enhed, som sættes til netværket. Denne proces er kendt som Inklusion.

 

	Definition	I controlleren	I Slave
Hjem id	Home-id er den fælles identifikation af en Z-Wave netværk	Home-id er allerede sat som fabriksindstilling	Ingen Hjem ID på fabriksindstillingerne
Node-id	Node ID er den individuelle identifikation (adresse) af et knudepunkt i et fælles netværk	Controlleren har sin vandt Node ID foruddefineret (typisk 0x01)	Tildelt af primære controller

Tabel 1 - Hjem-ID og Node ID sammenligning

Rullende og routing

I et typisk trådløst netværk den centrale styreenhed har en direkte trådløs forbindelse til alle de andre netværksknudepunkter. Dette kræver en direkte radioforbindelse. Men hvis der er en forstyrrelse controlleren ikke har nogen backup rute for at nå de knuder og kommunikation vil bryde.

Figur 6 - Netværk uden routing

Den radionetværk i figur 6 er en ikke-distribueret netværk. Nodes to, tre og fire er inden for radio rækkevidde af controlleren. Knudepunkt 5 er uden for radio rækkevidde og kan ikke nås af regulatoren.

Men Z-Wave byder på en meget stærk mekanisme til at overvinde denne begrænsning. Z-Wave noder kan videresende og gentagne beskeder til andre knuder, der ikke er i direkte vifte af controlleren. Dette gør det muligt Z-Wave til 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 er afbrudt.

Figur 7 - Z-Wave netværk med routing

Z-Wave-netværk med routing (figur 7) Viser styreenheden kan kommunikere direkte med knudepunkterne 2, 3 og 4. Node 6 ligger uden for dens radioafstand, men det er inden for radio intervallet knudepunkt 2. Derfor kan regulatoren kommunikere til knudepunkt 6 via node 2. Dette er kaldes en ”rute”.

Ved hjælp af denne routing-system, kan Z-Wave-signaler selv arbejde rundt om hjørner! Andre teknologier arbejde på ’sigtelinje’, hvor hver Senderen skal have direkte syn på modtageren, men Z-Wave simpelthen sender signalet på en lille omvej omkring en forhindring ved hjælp en anden node.

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

Jo flere knudepunkter i et netværk, bliver det mere fleksibelt og robust netværket.

Z-Wave er i stand til at dirigere meddelelser via op til fire gentagne noder. Dette er et kompromis mellem netværket størrelse og stabilitet, og den maksimale tid en besked får lov til at rejse i netværket.

Figur 8 - Maksimal afstand mellem to noder via fire repeater

Opbygning Ruter i en Z-Wave netværk

Hver node er i stand til at afgøre, hvilke knudepunkter er i sin direkte trådløs rækkevidde. Disse knuder kaldes naboer. Under Inklusion og senere på forespørgsel, knuden er i stand til at informere controlleren om sin liste over naboer. Ved hjælp af disse oplysninger, er regulatoren i stand til at opbygge en tabel, der har alle oplysninger om mulige kommunikationsveje i et netværk. Dette routing tabel kan tilgås af brugeren og der er flere software løsninger, der typisk kaldes installatør værktøjer, der visualiserer routing tabel hjælper dig med at optimere netværksopsætning.

Figur 9 - Routing i en Z-Wave Network

Ovennævnte diagram (figur 9) Viser en Z-Wave fintmaskede netværk, med en controller og fem knudepunkter. Regulatoren kan kommunikere direkte med knudepunkt 2 og 3. Der er ingen direkte forbindelse til knudepunkt 4, 5 og 6. Meddelelse til knudepunkt 4 værker enten via knudepunkt 2 eller via knudepunkt 3.

 

Tabel 2 - Routing Tabel til Z-Wave Network

Routing for dette netværk er vist i Tabel 2. - Rækkerne indeholder kildeknuderne, og kolonnerne indeholder destinationsnodne. En celle med "1" indikerer, at noderne er naboer og en "0" viser, at der ikke er nogen direkte kommunikationssti. Tabellen viser også forbindelsen mellem kilde node 1 og destinationsnode 4. Cellen mellem node 1 og 4 er markeret "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 Netwo rrouting

Et andet eksempel (fIGE 10.) Viser, at node 6 kun kan kommunikere med resten af ​​netværket ved hjælp af node 5 som en repeater. Da controller 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 prøve først at sende sin meddelelse direkte til destinationen. Hvis dette ikke er muligt, vil det bruge sit routing tabel til at finde den næstbedste vej til destinationen. Regulatoren kan vælge op til tre alternative ruter og vil forsøge at sende beskeden via disse ruter. Kun hvis alle tre ruter fejler (controlleren ikke modtager en bekræftelse fra destinationen), vil controlleren rapportere en fejl.

Typer af netværksknuder

Slaver er kategoriseret som "standard" eller "routing" slaver. EN routing slave. omfatter avancerede routing muligheder.

Forskellen mellem de tre forskellige knudepunkttyper er deres viden om netværksdirigeringstabellen og deres evne til at sende beskeder til netværket.

 

	Naboer	Rute	Mulige funktioner.
Controller	Kender alle naboer	Har adgang til komplet routing tabel	Kan kommunikere med hver enhed i netværket, hvis rute eksisterer
Slave	Kender alle naboer	Har ingen oplysninger om routing tabel	Kan kun svare på noden, som den har modtaget beskeden fra. Derfor kan ikke sende uopfordrede meddelelser
Routing slave.	Kender alle naboer	Har delvis viden om routing bord	Kan svare på noden, som han har modtaget meddelelsen fra og kan sende uopfordrede beskeder til en række foruddefinerede noder, han har også en rute

Egenskaber for Z-Wave-enhedsmodellerne

Slave	Faste installerede strømforsyede enheder som vægafbrydere, vægdæmpere eller venetianske blinde controllere
Routing slave.	Batteridrevne enheder og mobile gældende enheder som for eksempel sensorer med batterioperation, stikkontakter til SCHUKO og plug typer, termostater og varmeapparater med batteridrift og alle andre slaveprogrammer

Typiske applikationer til slaver

Udfordringer i typiske netværkskonfigurationer

Z-Wave Network starter typisk som et lille netværk, der udvides som, og når du har brug for det. Et lille netværk kan bestå af en fjernbetjening og et par switche eller dimmere. Fjernbetjeningen fungerer som primærcontroller og indbefatter og styrer omskifterne og dimmere.

Under optagelse skal dimmører og kontakter installeres på deres endelige placering for at sikre, at en korrekt liste over naboer vil blive anerkendt og rapporteret.

Denne type netværkskonfiguration fungerer godt, så længe fjernbetjeningen kan nå alle kontakter og dimmere direkte (noden, der skal styres, er "i rækkevidde"). Hvis den kontrollerede node ikke er inden for rækkevidde, kan brugeren opleve forsinkelser, fordi fjernbetjeningen skal opdage netværksstrukturen først, før du styrer enheden.

Hvis en enhed blev inkluderet og flyttet bagefter til en ny position, kan denne særlige enhed kun styres af fjernbetjeningen, hvis den er i direkte rækkevidde. Ellers vil kommunikationen mislykkes, fordi rutingstabellen til denne særlige enhed er forkert, og fjernbetjeningen er ikke i stand til at lave en netværksscanning på driftstidspunktet.

Z-Wave netværk med en statisk controller

Et andet typisk netværk består af en statisk controller - for det meste pc-software plus Z-Wave USB-dongle eller en IP-gateway sammen med en række kontakter og dimmere.

Z-bølge netværk med enkelt statisk controller

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

Fordi en statisk styreenhed er bundet til en bestemt placering, skal de andre Z-Wave-enheder medtages, mens de er i direkte rækkevidde med den statiske controller. De vil typisk installeres 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 visse funktioner på forskellige steder.

Z-Wave Network With Muliple Controllers

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

Inddragelse af en statisk controller er en udfordring, hvis enhederne skal flyttes til deres endelige placering bagefter. En netværksreorganisation skal udføres.

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

Netværk med bærbar controller som primærcontrolleren

Fjernbetjeninger er mere sårbare over for skader og tab. Normalt fjernbetjeninger tilbyder ikke en backup-funktion. Hvis primærcontrolleren blev beskadiget eller tabt, skal der udføres en fuldstændig geninddragelse af hele netværket. Dog kan enheder inkluderes, efter at de blev installeret, hvilket resulterer i et langt mere stabilt netværk, og det er ikke nødvendigt for netværksreorganisation.

Valget af primærcontrolleren - statisk eller bærbar - afhænger mere af din personlige præference snarere end en teknisk nødvendighed.

Vesternet er Europas førende hjemautomatiseringsspecialist, kig på vores store udvalg afZ-bølge produkter.

Ophavsret 2012. Vesternet Ltd.