Comprensión Z-Wave Redes, Nodos &Dispositivos y amplificadores
- Capa de radioDefine cómo se intercambia una señal entre la red y el hardware de radio físico. Esto incluye la frecuencia, la codificación, el acceso al hardware, etc.
- Capa de redDefine cómo se intercambian los datos de control entre dos dispositivos o nodos. Esto incluye el direccionamiento, la organización de la red, el enrutamiento, etc.
- Capa de aplicación:Define qué mensajes deben manejar aplicaciones específicas para realizar tareas particulares, como encender una luz o cambiar la temperatura de un dispositivo de calefacción.
La capa de red
El
- Capa de acceso al medio (MAC):Controla el uso básico del hardware inalámbrico: estas funciones son invisibles para el usuario final.
- Capa de transporteControla la transferencia de mensajes, garantizando una comunicación sin errores entre dos nodos inalámbricos. El usuario final no puede influir en las funciones de esta capa, pero sus resultados son visibles.
- Capa de enrutamiento:Administra
Z-Wave Las capacidades de "malla" de maximizan el alcance de la red y garantizan que los mensajes lleguen a su nodo de destino. Esta capa utilizará nodos adicionales para reenviar el mensaje si el destino está fuera del alcance directo del nodo transmisor.
Explicación de las capas de acceso al medio (MAC) y de transporte
Al igual que al enviar un mensaje de texto, no puedes ver cómo se transfiere la información de tu teléfono al suyo. Das por sentado que se envía y que el destinatario la recibirá y leerá. De igual forma, las tecnologías de domótica inalámbrica utilizan los mismos principios para permitir la comunicación entre los nodos emisor y receptor.
Ocasionalmente, un mensaje puede perderse.
En el caso de un teléfono móvil, podría deberse a una mala recepción. En el caso de una red domótica, podría deberse a interferencias o a una ubicación demasiado alejada del receptor del emisor. En una red simple, el emisor no recibe información sobre si el mensaje se ha recibido ni si el comando se ha ejecutado correctamente. Esto puede causar problemas de estabilidad, a menos que la instalación se haya planificado y probado correctamente.
Figura 2 - Comunicación con y sin acuse de recibo
El acuse de recibo se llama Reconocer (ACK). A
Uso de nodos para una comunicación exitosa
Una red consta de al menos dos nodos. Para comunicarse entre sí, los nodos necesitan tener acceso a un medio común o tener algo en común.
En la mayoría de los casos se trata de un medio de comunicación físico, como un cable.El medio de comunicación por radio (inalámbrico) es el aire, que también es utilizado por todo tipo de tecnologías diferentes: televisión,
Cada nodo de la red también necesita tener una identificación única para distinguirlo de otros nodos de la misma red.
El
- El Identificación del hogar es la identificación común de todos los nodos que pertenecen a una lógica
Z-Wave red. Tiene una longitud de 4 bytes = 32 bits. - El ID de nodo Es la dirección de un único nodo de la red. El ID del nodo tiene una longitud de 1 byte = 8 bits.
Los nodos con diferentes ID de inicio no pueden comunicarse entre sí, pero pueden tener un ID de nodo similar. Esto se debe a que las dos redes están aisladas entre sí.
En una misma red (un ID de hogar), dos nodos no pueden tener el mismo ID de nodo. Esto significa que cada nodo puede direccionarse individualmente, lo que le brinda control total sobre su sistema de domótica.
Dispositivos
- Controladores - dispositivos que controlan otros
Z-Wave dispositivos - esclavos - dispositivos que están controlados por otros
Z-Wave dispositivos.
Los controladores vienen programados de fábrica con un ID de inicio, que el usuario no puede modificar. Los esclavos no tienen un ID de inicio preprogramado, ya que utilizan el ID de inicio que les asigna la red.
El controlador principal integra otros nodos en la red asignándoles su propio ID de inicio. Si un nodo acepta el ID de inicio del controlador principal, se integra a la red. El controlador principal también asigna un ID de nodo individual a cada nuevo dispositivo que se agrega a la red. Este proceso se conoce como Inclusión.
|
| Definición | En el controlador | En el esclavo |
| Identificación del hogar | El Home ID es la identificación común de un | El ID de inicio ya está configurado como predeterminado de fábrica | Sin ID de inicio predeterminado de fábrica |
| ID de nodo | El ID de nodo es la identificación individual (dirección) de un nodo dentro de una red común | El controlador tiene su propio ID de nodo predefinido (normalmente 0x01) | Asignado por el controlador principal |
Tabla 1 - Comparación de ID de inicio e ID de nodo
Ejemplo
Esta red (figura 3) tiene dos controladores con un ID de inicio predeterminado de fábrica y otros dos dispositivos esclavos que no tienen ningún ID de inicio asignado.
Antes de la inclusión
Figura 3 -
Dependiendo de cuál de los controladores se utilice para configurar el
Ambos controladores tienen el mismo ID de nodo #0x01 y, en esta etapa, los dispositivos esclavos no tienen ningún ID de nodo asignado. En teoría, esta imagen muestra dos redes con un nodo en cada una.
Como ninguno de los nodos tiene un ID de inicio común, no puede establecerse ninguna comunicación.
Uno de los dos controladores se selecciona ahora como el controlador principal de la red. Este controlador asigna su ID de inicio a todos los demás dispositivos (incluidos ellos) y también les asigna números de ID de nodo individuales.
Después de la inclusión
Figura 4 - Red después de la inclusión
Tras la inclusión exitosa, todos los nodos tienen el mismo ID de inicio: están conectados a la misma red. Además, cada uno tiene un ID de nodo único, lo que les permite identificarse individualmente y comunicarse entre sí.
En este ejemplo, hay dos controladores. El controlador cuyo ID de inicio se convirtió en el ID de inicio para todos los dispositivos se denomina "controlador principal". Todos los demás controladores se convierten en "controladores secundarios".
El controlador principal puede incluir otros dispositivos, mientras que el secundario no. Sin embargo, ambos controladores funcionan de la misma manera en todos los demás aspectos.
Figura 5 - Dos
Debido a que los nodos de diferentes redes no pueden comunicarse entre sí debido a los diferentes ID de inicio, pueden coexistir y ni siquiera “ven” entre sí.
El ID de inicio de 32 bits permite hasta 4 mil millones (2^32) de caracteres diferentes
Los nodos se pueden eliminar de un
Mallado y enrutamiento
En una red inalámbrica típica, el controlador central tiene una conexión inalámbrica directa con todos los demás nodos de la red. Esto requiere un enlace de radio directo. Sin embargo, si se produce una perturbación, el controlador no dispone de una ruta de respaldo para llegar a los nodos y la comunicación se interrumpe.
Figura 6 - Red sin enrutamiento
La red de radio en figura 6 Es una red sin enrutamiento. Los nodos dos, tres y cuatro se encuentran dentro del alcance de radio del controlador. El nodo cinco está fuera del alcance de radio y el controlador no puede alcanzarlo.
Sin embargo,
Figura 7 -
El
Usando este sistema de enrutamiento,
Cuantos más nodos haya en una red, más flexible y robusta será ésta.
Figura 8 – Distancia máxima entre dos nodos a través de cuatro repetidores
Construyendo rutas en una Z-Wave Red
Cada nodo puede determinar qué nodos se encuentran en su rango inalámbrico directo. Estos nodos se denominan vecinos. Durante la inclusión y posteriormente en la solicitud, el nodo puede informar al controlador sobre su lista de vecinos. Con esta información, el controlador puede crear una tabla con toda la información sobre las posibles rutas de comunicación en una red. El usuario puede acceder a esta tabla de enrutamiento y existen diversas soluciones de software, comúnmente llamadas herramientas de instalación, que la visualizan y ayudan a optimizar la configuración de la red.
Figura 9 - Enrutamiento en una
El diagrama anterior (fFigura 9) muestra una
Tabla 2 - Tabla de enrutamiento para el
El enrutamiento para esta red se muestra en Tabla 2 Las filas contienen los nodos de origen y las columnas, los nodos de destino. Una celda con un "1" indica que los nodos son vecinos y un "0" indica que no existe una ruta de comunicación directa. La tabla también... Muestra la conexión entre el Nodo de origen 1 y el Nodo de destino 4. La celda entre los Nodos 1 y 4 está marcada como "0". Por lo tanto, la red enruta la señal a través del Nodo 3, que se encuentra en el rango directo de ambos.
Figura 10 - Alternativa
Otro ejemplo (fFigura 10) muestra que el Nodo 6 solo puede comunicarse con el resto de la red utilizando el Nodo 5 como repetidor. Dado que el controlador no tiene una conexión directa con el Nodo 5, necesita usar una de las siguientes rutas:1 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6" o "1 -> 2 -> 5 ->6".
Un controlador siempre intentará primero transmitir su mensaje directamente al destino. Si esto no es posible, utilizará su tabla de enrutamiento para encontrar la siguiente mejor ruta al destino. El controlador puede seleccionar hasta tres rutas alternativas e intentará enviar el mensaje a través de ellas. Solo si las tres rutas fallan (el controlador no recibe confirmación del destino), el controlador informará de un fallo.
Tipos de nodos de red
Los esclavos se clasifican como esclavos "estándar" o "de enrutamiento". A esclavo de enrutamiento Incluye capacidades de enrutamiento avanzadas.
La diferencia entre los tres tipos de nodos diferentes es su conocimiento de la tabla de enrutamiento de la red y su capacidad para enviar mensajes a la red.
|
| Vecinos | Ruta | Posibles funciones |
| Controlador | Conoce a todos los vecinos | Tiene acceso a la tabla de enrutamiento completa | Puede comunicarse con todos los dispositivos de la red, si existe una ruta |
| Esclavo | Conoce a todos los vecinos | No tiene información sobre la tabla de enrutamiento | Solo puede responder al nodo que recibió el mensaje. Por lo tanto, no puede enviar mensajes no solicitados. |
| Esclavo de enrutamiento | Conoce a todos los vecinos | Tiene conocimiento parcial de la tabla de enrutamiento. | Puede responder al nodo del que ha recibido el mensaje y puede enviar mensajes no solicitados a una serie de nodos predefinidos para los cuales tiene una ruta. |
Propiedades de la
| Esclavo | Dispositivos fijos instalados alimentados por la red eléctrica, como interruptores de pared, reguladores de intensidad de pared o controladores de persianas venecianas. |
| Esclavo de enrutamiento | Dispositivos que funcionan con batería y dispositivos móviles aplicables como, por ejemplo, sensores que funcionan con batería, enchufes de pared para Schuko y tipos de enchufe, termostatos y calentadores que funcionan con batería y todas las demás aplicaciones esclavas. |
Aplicaciones típicas de los esclavos
Desafíos en las configuraciones de red típicas
Durante la inclusión, los reguladores y los interruptores deben instalarse en su ubicación final, para garantizar que se reconozca y se informe una lista correcta de vecinos.
Este tipo de configuración de red funciona bien siempre que el control remoto pueda alcanzar todos los interruptores y reguladores directamente (el nodo a controlar esté dentro del alcance). Si el nodo controlado no está dentro del alcance, el usuario podría experimentar retrasos, ya que el control remoto debe detectar la estructura de la red antes de controlar el dispositivo.
Si se incluyó un dispositivo y posteriormente se movió a una nueva posición, este solo podrá controlarse con el control remoto si se encuentra dentro del alcance directo. De lo contrario, la comunicación fallará porque la entrada de la tabla de enrutamiento para este dispositivo es incorrecta y el control remoto no puede escanear la red al momento de la operación.
Z-Wave Red con un controlador estático
Otra red típica consta de un controlador estático (en su mayoría software de PC más
El controlador estático es el controlador principal e incluye todos los demás dispositivos.
Debido a que un controlador estático está vinculado a una ubicación determinada, el otro
Redes con múltiples controladores
En una red más grande, varios controladores trabajarán juntos. Un controlador estático se utiliza para la configuración y gestión del sistema, y uno o varios controles remotos realizan funciones específicas en diferentes ubicaciones.
Si una red tiene varios controladores, el usuario debe determinar cuál de los controladores será el controlador principal.
La inclusión de un controlador estático supone un reto si posteriormente es necesario trasladar los dispositivos a su ubicación final. Es necesario reorganizar la red.
Los controladores estáticos suelen ser más fiables y no se pierden fácilmente. Suelen ofrecer funciones de respaldo para reemplazar el hardware en caso de daños graves.
Red con controlador portátil como controlador principal
Los controles remotos son más vulnerables a daños y pérdidas. Generalmente, no ofrecen una función de respaldo. Si el controlador principal se daña o se pierde, sería necesario reincorporar completamente toda la red. Sin embargo, los dispositivos pueden reincorporarse después de su instalación, lo que resulta en una red mucho más estable y evita la necesidad de reorganizarla.
La elección del controlador principal, estático o portátil, depende más de su preferencia personal que de una necesidad técnica.
