Comprensión Z-Wave Redes, Nodos &y dispositivos
- Capa de radioDefine la forma en que 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 aplicaciónDefine qué mensajes deben ser manejados por 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: Gestiona
Z-Wave Las capacidades de "malla" de la red maximizan el alcance y garantizan que los mensajes lleguen a su nodo de destino. Esta capa utiliza nodos adicionales para reenviar el mensaje si el destino se encuentra fuera del alcance directo del nodo emisor.
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 del destinatario. Simplemente asumes que se envía y que el destinatario la recibirá y leerá. De forma similar, las tecnologías inalámbricas de domótica utilizan los mismos principios para permitir la comunicación entre los nodos emisor y receptor.
En ocasiones, 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 que el receptor esté demasiado lejos del emisor. En una red simple, el emisor no recibe confirmación de si el mensaje se ha recibido ni de 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 recibo de devolución se llama Acuse de recibo (ACK). A
Uso de nodos para una comunicación exitosa
Una red consta de al menos dos nodos. Para poder 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 para la radio (inalámbrica) es el aire, que también utilizan diversas tecnologías: televisión,
Cada nodo de la red también necesita tener una identificación única para distinguirlo de otros nodos de la misma red.
El
- El ID de inicio es la identificación común de todos los nodos que pertenecen a una misma lógica
Z-Wave red. Tiene una longitud de 4 bytes = 32 bits. - El ID de nodo es la dirección de un nodo individual en la red. El ID del nodo tiene una longitud de 1 byte = 8 bits.
Los nodos con identificadores de inicio diferentes no pueden comunicarse entre sí, aunque tengan un identificador de nodo similar. Esto se debe a que las dos redes están aisladas entre sí.
En una misma red (con un solo ID de hogar), dos nodos no pueden tener ID de nodo idénticos. Esto significa que cada nodo puede tener una dirección individual, lo que le brinda un control total de su sistema de automatización del hogar.
Dispositivos
- Controladores - dispositivos que controlan otros
Z-Wave dispositivos - esclavos - dispositivos que son controlados por otros
Z-Wave dispositivos.
Los controladores vienen programados de fábrica con un ID de red, el cual no puede ser modificado por el usuario. Los dispositivos esclavos no tienen un ID de red preprogramado, ya que adoptan el ID de red que les asigna la red.
El controlador principal incluye otros nodos en la red asignándoles su propio ID de inicio. Si un nodo acepta el ID de inicio del controlador principal, este nodo pasa a formar parte de 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 |
| ID de inicio | El ID de la casa es la identificación común de una | El ID de la casa ya está configurado como predeterminado de fábrica. | No hay ID de inicio en la configuración 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 entre 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 haber comunicación.
Uno de los dos controladores se selecciona ahora como controlador principal de la red. Este controlador asigna su ID de red 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 una inclusión exitosa, todos los nodos tienen el mismo ID de inicio y están conectados a la misma red. Además, cada uno tiene un ID de nodo único, lo que permite identificarlos individualmente y que se comuniquen 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 dispositivos adicionales, mientras que el controlador secundario no. Sin embargo, en todos los demás aspectos, los controladores principal y secundario funcionan de la misma manera.
Figura 5 - Dos
Debido a que los nodos de diferentes redes no pueden comunicarse entre sí debido a la diferencia en el ID de inicio, pueden coexistir sin siquiera “verse” entre sí.
El ID de hogar de 32 bits permite hasta 4 mil millones (2^32) de identificadores 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 interferencia, el controlador no dispone de una ruta de respaldo para comunicarse con los nodos y la comunicación se interrumpirá.
Figura 6 - Red sin enrutamiento
La red de radio en Figura 6 Es una red sin enrutamiento. Los nodos dos, tres y cuatro están dentro del alcance de la señal del controlador. El nodo 5 está fuera del alcance de la señal y el controlador no puede alcanzarlo.
Sin embargo,
Figura 7 -
El
Utilizando este sistema de enrutamiento,
Cuantos más nodos tenga una red, más flexible y robusta se volverá.
Figura 8 - Distancia máxima entre dos nodos a través de cuatro repetidores
Construyendo rutas en un Z-Wave Red
Cada nodo puede determinar qué nodos se encuentran dentro de su alcance inalámbrico directo. Estos nodos se denominan vecinos. Durante la Inclusión y posteriormente durante la Solicitud, el nodo puede informar al controlador sobre su lista de vecinos. Con esta información, el controlador puede crear una tabla que contiene todos los datos sobre las posibles rutas de comunicación en la red. El usuario puede acceder a esta tabla de enrutamiento, y existen diversas soluciones de software, generalmente llamadas herramientas de instalación, que visualizan la tabla de enrutamiento, lo que facilita la optimización de la configuración de la red.
Figura 9 - Enrutamiento en un
El diagrama anterior (fFigura 9) muestra un
Tabla 2 - Tabla de enrutamiento para el
El enrutamiento de esta red se muestra en tabla 2 Las filas contienen los nodos de origen y las columnas los nodos de destino. Una celda con «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 dentro del alcance directo tanto del nodo 1 como del nodo 4.
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, el controlador necesita utilizar 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 mejor alternativa. 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 una confirmación del destino), el controlador informará de un fallo.
Tipos de nodos de red
Los esclavos se clasifican como esclavos “estándar” o esclavos “de enrutamiento”. 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.
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| Vecinos | Ruta | Funciones posibles |
| Controlador | Conoce a todos los vecinos | Tiene acceso a la tabla de enrutamiento completa | Puede comunicarse con cualquier dispositivo de la red, si existe una ruta. |
| Esclavo | Conoce a todos los vecinos | No contiene información sobre la tabla de enrutamiento. | Solo puede responder al nodo del que ha recibido el mensaje. Por lo tanto, no puede enviar mensajes no solicitados. |
| Esclavo de enrutamiento | Conoce a todos los vecinos | Posee conocimientos parciales de tablas de enrutamiento. | Puede responder al nodo del que ha recibido el mensaje y puede enviar mensajes no solicitados a una serie de nodos predefinidos a los que tiene una ruta. |
Propiedades de la
| Esclavo | Dispositivos fijos conectados a la red eléctrica, como interruptores de pared, reguladores de intensidad de pared o controladores de persianas venecianas. |
| Esclavo de enrutamiento | Dispositivos que funcionan con baterías y dispositivos móviles, como por ejemplo sensores con batería, enchufes de pared Schuko y otros tipos de enchufes, termostatos y calefactores con batería y todas las demás aplicaciones esclavas. |
Aplicaciones típicas para esclavos
Desafíos en configuraciones de red típicas
Durante el proceso de inclusión, los reguladores de intensidad y los interruptores deben instalarse en su ubicación final para garantizar que se reconozca y reporte una lista correcta de vecinos.
Este tipo de configuración de red funciona correctamente siempre que el control remoto pueda alcanzar directamente todos los interruptores y reguladores (el nodo a controlar esté dentro del alcance). Si el nodo controlado no está dentro del alcance, el usuario puede experimentar retrasos, ya que el control remoto necesita detectar primero la estructura de la red antes de controlar el dispositivo.
Si se incluye un dispositivo y posteriormente se traslada a una nueva ubicación, este solo podrá controlarse mediante el control remoto si se encuentra dentro de su alcance directo. De lo contrario, la comunicación fallará, ya que la entrada de la tabla de enrutamiento para este dispositivo es incorrecta y el control remoto no puede realizar un escaneo de red en ese momento.
Z-Wave Red con un controlador estático
Otra red típica consta de un controlador estático (principalmente software para PC) y un controlador estático.
El controlador estático es el controlador principal e incluye todos los demás dispositivos.
Dado que un controlador estático está vinculado a una ubicación determinada, el otro
Redes con múltiples controladores
En una red de mayor tamaño, varios controladores trabajarán conjuntamente. Un controlador estático se utiliza para la configuración y gestión del sistema, mientras que uno o varios controles remotos ejecutan ciertas funciones en diferentes ubicaciones.
Si una red tiene varios controladores, el usuario debe determinar cuál de ellos será el controlador principal.
La inclusión de un controlador estático supone un reto si posteriormente es necesario trasladar los dispositivos a su ubicación final. Será necesario reorganizar la red.
Los controladores estáticos suelen ser más fiables y no se pierden fácilmente. Normalmente ofrecen funciones de respaldo para reemplazar el hardware en caso de daños graves.
Red con controlador portátil como controlador principal
Los mandos a distancia son más vulnerables a daños y pérdidas. Generalmente, no ofrecen una función de respaldo. Si el mando principal se dañara o se perdiera, sería necesario volver a integrar toda la red. Sin embargo, los dispositivos pueden integrarse después de su instalación, lo que resulta en una red mucho más estable y evita la necesidad de reorganizarla.
La elección del controlador principal, ya sea fijo o portátil, depende más de tus preferencias personales que de una necesidad técnica.
