Ymmärtäminen <tc>Z-Wave</tc> Verkot, Solmut & Laitteet

Ymmärtäminen Z-Wave Verkot, Solmut &Laitteet

Z-Wave Kodin automaatioteknologia koostuu kolmesta kerroksesta. Radiokerros, verkkokerros ja sovelluskerros toimivat yhdessä luodakseen vankan ja luotettavan verkon, joka mahdollistaa useiden solmujen ja laitteiden kommunikoinnin samanaikaisesti.

• RadiokerrosMäärittää, miten signaali vaihdetaan verkon ja fyysisen radiolaitteiston välillä. Tämä sisältää taajuuden, koodauksen, laitteiston käytön jne.
• VerkkokerrosMäärittää, miten ohjaustietoja vaihdetaan kahden laitteen tai solmun välillä. Tähän sisältyy osoitus, verkon organisointi, reititys jne.
• SovelluskerrosMäärittää, mitä viestejä tiettyjen sovellusten on käsiteltävä tiettyjen tehtävien, kuten valon kytkemisen tai lämmityslaitteen lämpötilan muuttamisen, suorittamiseksi.

Verkkokerros

The Z-Wave Verkkokerros ohjaa sitä, miten dataa vaihdetaan verkon eri laitteiden (solmujen) välillä, ja se koostuu kolmesta alikerroksesta.

• Media Access Layer (MAC): Ohjaa langattoman laitteiston peruskäyttöä – nämä toiminnot ovat loppukäyttäjälle näkymättömiä.
• Transport LayerOhjaa viestien siirtoa varmistaen virheettömän tiedonsiirron kahden langattoman solmun välillä. Loppukäyttäjä ei voi vaikuttaa tämän kerroksen toimintoihin, mutta kerroksen tulokset ovat näkyvissä.
• ReitityskerrosHallitsee Z-Waven "verkko"-ominaisuudet maksimoivat verkon kantaman ja varmistavat, että viestit pääsevät määränpäähän. Tämä kerros käyttää lisäsolmuja viestin uudelleenlähettämiseen, jos kohde on lähettävän solmun "suoran" kantaman ulkopuolella.

Media Access (MAC) ja siirtokerrosten selitys

Aivan kuten tekstiviestin lähettämisessä, et voi nähdä, miten tiedot siirtyvät puhelimestasi heidän puhelimeen. Oletat, että viesti lähetetään ja vastaanottaja vastaanottaa ja lukee sen. Samoin langattomat kodin automaatiotekniikat käyttävät samoja periaatteita lähettääkseen ja vastaanottaakseen laitteita.

Joskus viesti voi kadota.

Matkapuhelimen tapauksessa syynä voi olla huono kuuluvuus. Kotiautomaatioverkon tapauksessa syynä voi olla häiriö tai vastaanottimen sijoittaminen liian kauas lähettäjästä. Yksinkertaisessa verkossa lähettäjä ei saa palautetta siitä, onko viesti vastaanotettu ja onko komento suoritettu oikein. Tämä voi aiheuttaa vakausongelmia, ellei asennusta ole suunniteltu ja testattu oikein.

Z-Wave on yksi luotettavimmista langattomista tekniikoista, jossa vastaanottaja kuittaa jokaisen lähetetyn komennon ja lähettää lähettäjälle vastauskuittauksen. Tämä ei takaa, että viesti on toimitettu oikein, mutta lähettäjä saa tiedon tilanteen muuttumisesta tai virheestä.

Palautuskuittia kutsutaan Kuittaus (ACK)A Z-Wave Lähetin-vastaanotin yrittää lähettää viestin enintään kolme kertaa odottaessaan kuittausta. Kolmen epäonnistuneen yrityksen jälkeen Z-Wave Lähetin-vastaanotin antaa signaalin ja ilmoittaa käyttäjälle virheestä. Epäonnistuneiden yritysten määrä on myös hyvä osoitus verkon langattoman yhteyden laadusta.

Solmujen käyttö onnistuneeseen viestintään

Verkko koostuu vähintään kahdesta solmusta. Jotta solmut voisivat kommunikoida keskenään, niillä on oltava pääsy yhteiseen mediaan tai niillä on oltava "jotain yhteistä".

Useimmissa tapauksissa tämä on fyysinen viestintäväline, kuten kaapeli.Radion (langattoman) viestintäväline on ilma, jota käyttävät myös kaikenlaiset erilaiset tekniikat - TV, Wi-Fi, matkapuhelimet jne. Siksi jokaisella "verkkotyypillä" on oltava määritelty protokolla, jonka avulla yhden verkon eri solmut voivat tunnistaa toisensa ja sulkea pois viestit muista radiolähteistä.

Jokaisella verkon solmulla on myös oltava yksilöllinen tunniste, jotta se erottuu muista saman verkon solmuista.

The Z-Wave protokolla määrittelee kaksi tunnistetta verkon organisaatiolle.

• The Kotitunnus on kaikkien yhteen loogiseen tasoon kuuluvien solmujen yhteinen tunniste Z-Wave verkko. Sen pituus on 4 tavua = 32 bittiä.
• The Solmun tunnus on yksittäisen solmun osoite verkossa. Solmun tunnuksen pituus on 1 tavu = 8 bittiä.

Eri kotitunnuksilla varustetut solmut eivät voi kommunikoida keskenään, mutta niillä voi olla samanlainen solmutunnus. Tämä johtuu siitä, että nämä kaksi verkkoa ovat erillään toisistaan.

Yhdessä verkossa (yksi Home ID) kahdella solmulla ei voi olla identtisiä Solmu ID:itä. Tämä tarkoittaa, että jokaiselle solmulle voidaan antaa yksilöllinen osoite, jolloin saat täyden hallinnan omasta kotiautomaatiojärjestelmästäsi.

Laitteet

Z-Wave laitteessa on kaksi perustyyppiä:

• Ohjaimet - laitteita, jotka ohjaavat muita Z-Wave laitteet
• Orjat - laitteet, joita muut ohjaavat Z-Wave laitteita.

Ohjaimet on ohjelmoitu tehtaalla kotitunnuksella, jota käyttäjä ei voi muuttaa. Orja-laitteilla ei ole esiohjelmoitua kotitunnusta, koska ne käyttävät verkon niille antamaa kotitunnusta.

Ensisijainen ohjain lisää verkkoon muita solmuja antamalla niille oman koti-ID:n. Jos solmu hyväksyy ensisijaisen ohjaimen koti-ID:n, tästä solmusta tulee osa verkkoa. Ensisijainen ohjain antaa myös yksilöllisen solmu-ID:n jokaiselle verkkoon lisättävälle uudelle laitteelle. Tätä prosessia kutsutaan nimellä Sisällyttäminen.

	Määritelmä	Ohjaimessa	Orjassa
Kotitunnus	Kotitunnus on yleinen tunniste, joka Z-Wave verkko	Kotitunnus on jo asetettu tehtaan oletusarvoksi.	Ei kotitunnusta tehdasasetuksilla
Solmun tunnus	Solmun tunnus on solmun yksilöllinen tunniste (osoite) yhteisessä verkossa.	Ohjaimella on ennalta määritetty voitetun solmun tunnus (tyypillisesti 0x01)	Ensisijaisen ohjaimen määräämä

Taulukko 1 - Koti-ID:n ja solmu-ID:n vertailu

Verkkojen ja reitityksen

Tyypillisessä langattomassa verkossa keskusohjaimella on suora langaton yhteys kaikkiin muihin verkkosolmuihin. Tämä vaatii suoran radioyhteyden. Häiriön sattuessa ohjaimella ei kuitenkaan ole varareittiä solmujen saavuttamiseksi, ja tiedonsiirto katkeaa.

Kuva 6 - Verkko ilman reititystä

Radioverkko kuva 6 on reitittämätön verkko. Solmut kaksi, kolme ja neljä ovat ohjaimen radiokantaman sisällä. Solmu 5 on radiokantaman ulkopuolella, eikä ohjain voi tavoittaa sitä.

Kuitenkin, Z-Wave tarjoaa erittäin tehokkaan mekanismin tämän rajoituksen voittamiseksi. Z-Wave solmut voivat välittää ja toistaa viestejä muille solmuille, jotka eivät ole ohjaimen suorassa kantamassa. Tämä mahdollistaa Z-Wave luoda erittäin joustavia ja vankkoja verkkoja. Viestintä voidaan tehdä kaikkiin verkon solmuihin, vaikka ne olisivat suoran kantaman ulkopuolella tai jos suora yhteys katkeaisi.

Kuva 7 - Z-Wave verkko reitityksellä

The Z-Wave verkko reitityksellä (kuva 7) osoittaa, että ohjain voi kommunikoida suoraan solmujen 2, 3 ja 4 kanssa. Solmu 6 on radiokantamansa ulkopuolella, mutta solmun 2 radiokantama on sen sisällä. Siksi ohjain voi kommunikoida solmuun 6 solmun 2 kautta. Tätä kutsutaan "reitiksi".

Käyttämällä tätä reititysjärjestelmää, Z-Wave signaalit voivat toimia jopa kulmien takana! Muut tekniikat toimivat "näkölinjalla", jossa jokaisella lähettimellä on oltava suora näköyhteys vastaanottimeen, mutta Z-Wave lähettää signaalin yksinkertaisesti pienellä kiertotiellä esteen ympäri käyttäen toista solmua.

Z-Waven reititys voi automaattisesti mukautua verkon muutoksiin. Esimerkiksi kuva 8 osoittaa, että solmujen 1 ja 2 välinen suora tiedonsiirto on estetty.Mutta solmu 1 voi edelleen kommunikoida solmun 6 kanssa käyttämällä solmua 3 lisätoistimena.

Mitä enemmän verkossa on solmuja, sitä joustavammaksi ja vakaammaksi verkosta tulee.

Z-Wave pystyy reitittämään viestejä jopa neljän toistuvan solmun kautta. Tämä on kompromissi verkon koon ja vakauden sekä viestin verkossa kulkemisen enimmäisajan välillä.

Kuva 8 - Kahden solmun välinen enimmäisetäisyys neljän toistimen kautta

Reittien rakentaminen Z-Wave Verkko

Jokainen solmu pystyy määrittämään, mitkä solmut ovat sen suorassa langattomassa kantamassa. Näitä solmuja kutsutaan naapureiksi. Sisällyttämisen aikana ja myöhemmin pyynnön yhteydessä solmu pystyy ilmoittamaan ohjaimelle naapuriluettelonsa. Näiden tietojen avulla ohjain pystyy rakentamaan taulukon, joka sisältää kaikki tiedot verkon mahdollisista tietoliikennereiteistä. Käyttäjä voi käyttää tätä reititystaulukkoa, ja on olemassa useita ohjelmistoratkaisuja, joita tyypillisesti kutsutaan asennustyökaluiksi, jotka visualisoivat reititystaulukon ja auttavat sinua optimoimaan verkon asetukset.

Kuva 9 - Reititys a:ssa Z-Wave Verkko

Yllä oleva kaavio (fkuva 9) näyttää a Z-Wave Silmukkaverkko, jossa on yksi ohjain ja viisi solmua. Ohjain voi kommunikoida suoraan solmujen 2 ja 3 kanssa. Solmuihin 4, 5 ja 6 ei ole suoraa yhteyttä. Viestintä solmuun 4 toimii joko solmun 2 tai solmun 3 kautta.

Taulukko 2 - Reititystaulukko Z-Wave Verkko

Tämän verkon reititys näkyy kuvassa taulukko 2 - rivit sisältävät lähdesolmut ja sarakkeet kohdesolmut. Solu, jossa on ”1”, osoittaa, että solmut ovat naapureita, ja ”0” osoittaa, ettei suoraa tietoliikennereittiä ole. Taulukossa on myös näyttää yhteyden lähdesolmun 1 ja kohdesolmun 4 välillä. Solmujen 1 ja 4 välinen solu on merkitty numerolla "0". Siksi verkko reitittää signaalin solmun 3 kautta, joka on sekä solmun 1 että solmun 4 suorassa kantamassa.

Kuva 10 - Vaihtoehto Z-Wave Verkkoreititys

Toinen esimerkki (f.kuva 10) osoittaa, että solmu 6 voi kommunikoida muun verkon kanssa vain käyttämällä solmua 5 toistimena. Koska ohjaimella ei ole suoraa yhteyttä solmuun 5, ohjaimen on käytettävä jotakin seuraavista reiteistä: “1 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6” tai ”1 -> 2 -> 5 ->6".

Ohjain yrittää aina ensin lähettää viestinsä suoraan määränpäähän. Jos tämä ei ole mahdollista, se käyttää reititystaulukkoaan löytääkseen seuraavan parhaan reitin määränpäähän. Ohjain voi valita enintään kolme vaihtoehtoista reittiä ja yrittää lähettää viestin näiden reittien kautta. Vain jos kaikki kolme reittiä epäonnistuvat (ohjain ei saa kuittausta määränpäästä), ohjain raportoi virheen.

Verkkosolmujen tyypit

Orjat luokitellaan "vakio-" tai "reitittäviksi" orjiksi. reititysorja sisältää edistyneet reititysominaisuudet.

Kolmen eri solmutyypin välinen ero on heidän tietämyksensä verkon reititystaulukosta ja kykynsä lähettää viestejä verkkoon.

	Naapurit	Reitti	Mahdolliset toiminnot
Ohjain	Tuntee kaikki naapurit	Pääsy koko reititystaulukkoon	Voi kommunikoida jokaisen verkon laitteen kanssa, jos reitti on olemassa
Orja	Tuntee kaikki naapurit	Ei tietoja reititystaulukosta	Voi vastata vain sille solmulle, jolta se on vastaanottanut viestin. Siksi ei voi lähettää pyytämättömiä viestejä.
Reititysorja	Tuntee kaikki naapurit	Osittainen tietämys reititystaulukosta	Voi vastata solmulle, jolta hän on vastaanottanut viestin, ja voi lähettää pyytämättä viestejä useille ennalta määritellyille solmuille, hänellä on myös reitti

Ominaisuudet Z-Wave Laitemallit

Orja	Kiinteästi asennetut verkkovirtakäyttöiset laitteet, kuten seinäkytkimet, seinähimmentimet tai sälekaihtimien ohjaimet
Reititysorja	Paristokäyttöiset laitteet ja mobiililaitteet, kuten esimerkiksi paristokäyttöiset anturit, Schuko-pistorasiat ja pistoketyypit, paristokäyttöiset termostaatit ja lämmittimet sekä kaikki muut orjalaitteet

Tyypillisiä orjien sovelluksia

Tyypillisten verkkokokoonpanojen haasteet

Z-Wave Verkko alkaa tyypillisesti pienestä verkosta, jota laajennetaan tarpeen mukaan. Pieni verkko voi koostua kaukosäätimestä ja muutamasta kytkimestä tai himmentimestä. Kaukosäädin toimii pääohjaimena ja sisältää ja ohjaa kytkimiä ja himmentimiä.

Sisällyttämisen aikana himmentimet ja kytkimet tulee asentaa lopullisille paikoilleen, jotta naapureiden oikea luettelo tunnistetaan ja raportoidaan.

Tämäntyyppinen verkkokokoonpano toimii hyvin, kunhan kaukosäädin tavoittaa kaikki kytkimet ja himmentimet suoraan (ohjattava solmu on kantaman sisällä). Jos ohjattava solmu ei ole kantaman sisällä, käyttäjä voi kokea viiveitä, koska kaukosäätimen on ensin tunnistettava verkon rakenne ennen laitteen ohjaamista.

Jos laite on lisätty ja siirretty myöhemmin uuteen paikkaan, kaukosäädin voi ohjata kyseistä laitetta vain, jos se on suoran kantaman sisällä. Muuten tiedonsiirto epäonnistuu, koska kyseisen laitteen reititystaulukon merkintä on väärä eikä kaukosäädin pysty suorittamaan verkkoskannausta toimintahetkellä.

Z-Wave Verkko yhdellä staattisella ohjaimella

Toinen tyypillinen verkko koostuu staattisesta ohjaimesta - enimmäkseen PC-ohjelmistosta ja Z-Wave USB-dongle tai IP-yhdyskäytävä sekä useita kytkimiä ja himmentimiä.

Z-Wave Verkko, jossa on yksi staattisella ohjaimella

Staattinen ohjain on ensisijainen ohjain ja sisältää kaikki muut laitteet.

Koska staattinen ohjain on sidottu tiettyyn paikkaan, toinen Z-Wave Laitteiden on oltava mukana niiden ollessa suorassa kantamassa staattisen ohjaimen kanssa. Ne asennetaan tyypillisesti lopulliseen sijaintiinsa sisällyttämisen jälkeen.

Verkot, joissa on useita ohjaimia

Suuremmassa verkossa useat ohjaimet toimivat yhdessä. Staattista ohjainta käytetään järjestelmän konfigurointiin ja hallintaan, ja yksi tai useampi etäohjain suorittaa tiettyjä toimintoja eri paikoissa.

Z-Wave Verkko useilla ohjaimella

Jos verkossa on useita ohjaimia, käyttäjän on määritettävä, mikä ohjaimista on ensisijainen ohjain.

Staattisen ohjaimen sisällyttäminen on haasteellista, jos laitteet on siirrettävä lopulliseen sijaintiinsa jälkikäteen. Verkon uudelleenjärjestely on tarpeen.

Staattiset ohjaimet ovat yleensä luotettavampia eivätkä helposti katoa. Ne tarjoavat tyypillisesti varmuuskopiotoimintoja laitteiston korvaamiseksi vakavan vaurion sattuessa.

Verkko, jossa kannettava ohjain on ensisijainen ohjain

Kaukosäätimet ovat alttiimpia vaurioille ja katoamiselle. Yleensä kaukosäätimissä ei ole varatoimintoa. Jos ensisijainen ohjain vaurioituu tai katoaa, koko verkko on sisällytettävä uudelleen. Laitteet voidaan kuitenkin sisällyttää uudelleen asennuksen jälkeen, mikä johtaa paljon vakaampaan verkkoon eikä verkkoa tarvitse järjestellä uudelleen.

Pääohjaimen valinta – staattinen vai kannettava – riippuu enemmän henkilökohtaisista mieltymyksistäsi kuin teknisestä välttämättömyydestä.

Vesternet on Euroopan johtava kodin automaation asiantuntija, tutustu laajaan valikoimaamme Z-Wave tuotteet.