Compréhension <tc>Z-Wave</tc> Réseaux, nœuds & Appareils

Compréhension Z-Wave Réseaux, nœuds &et appareils

Z-Wave La technologie domotique comprend trois couches : la couche radio, la couche réseau et la couche application. Ces couches fonctionnent de concert pour créer un réseau robuste et fiable permettant à de nombreux nœuds et appareils de communiquer simultanément entre eux.

• Couche radioDéfinit la manière dont un signal est échangé entre le réseau et le matériel radio physique. Cela inclut la fréquence, le codage, l'accès au matériel, etc.
• Couche réseauDéfinit la manière dont les données de contrôle sont échangées entre deux appareils ou nœuds. Cela inclut l'adressage, l'organisation du réseau, le routage, etc.
• Couche application: Définit les messages qui doivent être traités par des applications spécifiques afin d'accomplir des tâches particulières telles que l'allumage d'une lumière ou la modification de la température d'un appareil de chauffage.

La couche réseau

Le Z-Wave La couche réseau contrôle la manière dont les données sont échangées entre les différents appareils (nœuds) du réseau ; elle se compose de trois sous-couches.

• Couche d'accès au support (MAC)Contrôle l'utilisation de base du matériel sans fil ; ces fonctions sont invisibles pour l'utilisateur final.
• Couche de transportCe niveau de contrôle le transfert des messages, garantissant une communication sans erreur entre deux nœuds sans fil. L'utilisateur final ne peut pas influencer le fonctionnement de ce niveau, mais ses résultats sont visibles.
• Couche de routage: Gère Z-WaveLes capacités de « maille » de [nom du système] permettent de maximiser la portée du réseau et de garantir que les messages parviennent à leur destination. Cette couche utilise des nœuds supplémentaires pour renvoyer le message si la destination se trouve hors de portée directe du nœud émetteur.

Explication des couches d'accès au support (MAC) et de transport

Tout comme pour l'envoi d'un SMS, vous ne pouvez pas voir comment l'information est transférée de votre téléphone au leur. Vous supposez qu'elle est envoyée, reçue et lue par le destinataire. De même, les technologies domotiques sans fil utilisent les mêmes principes pour permettre la communication entre l'émetteur et le récepteur.

Il arrive parfois qu'un message se perde.

Dans le cas d'un téléphone portable, cela peut être dû à une mauvaise réception. Dans le cas d'un réseau domotique, cela peut être dû à des interférences ou à un positionnement trop éloigné du récepteur par rapport à l'émetteur. Dans un réseau simple, l'émetteur ne reçoit aucun retour d'information quant à la réception du message et à la bonne exécution de la commande. Cela peut engendrer des problèmes de stabilité, sauf si l'installation a été correctement planifiée et testée.

Z-Wave Il s'agit de l'une des technologies sans fil les plus fiables : chaque commande envoyée est accusée de réception par le récepteur, qui renvoie un accusé de réception à l'expéditeur. Cela ne garantit pas la bonne réception du message, mais l'expéditeur est ainsi informé d'un changement de situation ou d'une erreur.

Le reçu de retour s'appelle Accusé de réception (ACK). UN Z-Wave L'émetteur-récepteur tentera jusqu'à trois fois d'envoyer un message en attendant un accusé de réception. Après trois tentatives infructueuses, Z-Wave L'émetteur-récepteur abandonnera et signalera un message d'erreur à l'utilisateur. Le nombre de tentatives infructueuses est également un bon indicateur de la qualité de la connexion sans fil du réseau.

Utilisation des nœuds pour une communication réussie

Un réseau est constitué d'au moins deux nœuds. Pour pouvoir communiquer entre eux, les nœuds doivent avoir accès à un support commun ou posséder un élément commun.

Dans la plupart des cas, il s'agit d'un support de communication physique comme un câble.Le support de communication de la radio (sans fil) est l'air, qui est également utilisé par toutes sortes de technologies différentes - la télévision, Wi-Fi, téléphones portables, etc. Par conséquent, chaque type de « réseau » doit disposer d'un protocole défini permettant aux différents nœuds d'un réseau de s'identifier mutuellement et d'exclure les messages provenant d'autres sources radio.

Chaque nœud du réseau doit également posséder une identification unique pour le distinguer des autres nœuds du même réseau.

Le Z-Wave Le protocole définit deux identifiants pour l'organisation du réseau.

• Le Identifiant du domicile est l'identification commune de tous les nœuds appartenant à un même groupe logique Z-Wave réseau. Sa longueur est de 4 octets = 32 bits.
• Le ID du nœud Il s'agit de l'adresse d'un nœud unique du réseau. L'identifiant du nœud a une longueur de 1 octet = 8 bits.

Les nœuds ayant des identifiants Home différents ne peuvent pas communiquer entre eux, même s'ils possèdent un identifiant de nœud similaire. Cela s'explique par le fait que les deux réseaux sont isolés l'un de l'autre.

Sur un même réseau (un seul identifiant domestique), deux nœuds ne peuvent pas avoir le même identifiant. Cela signifie que chaque nœud peut être adressé individuellement, vous offrant ainsi un contrôle total sur votre système domotique.

Appareils

Z-Wave il existe deux types d'appareils de base :

• Contrôleurs - des appareils qui contrôlent d'autres Z-Wave appareils
• esclaves - des appareils contrôlés par d'autres Z-Wave appareils.

Les contrôleurs sont programmés en usine avec un identifiant réseau (Home ID), qui ne peut pas être modifié par l'utilisateur. Les appareils esclaves n'ont pas d'identifiant réseau préprogrammé ; ils utilisent celui qui leur est attribué par le réseau.

Le contrôleur principal intègre d'autres nœuds au réseau en leur attribuant son propre identifiant de nœud principal (Home ID). Si un nœud accepte cet identifiant, il devient membre du réseau. Le contrôleur principal attribue également un identifiant de nœud unique à chaque nouvel appareil ajouté au réseau. Ce processus est appelé Inclusion.

	Définition	Dans le contrôleur	Dans l'esclave
Identifiant du domicile	L'identifiant du domicile est l'identification commune d'un Z-Wave réseau	L'identifiant du domicile est déjà défini par défaut d'usine.	Aucun identifiant Home par défaut
ID du nœud	L'identifiant de nœud est l'identification individuelle (adresse) d'un nœud au sein d'un réseau commun.	Le contrôleur possède son propre ID de nœud prédéfini (généralement 0x01).	Attribué par le contrôleur principal

Tableau 1 - Comparaison des identifiants de foyer et de nœud

Maillage et routage

Dans un réseau sans fil classique, le contrôleur central est connecté directement à tous les autres nœuds du réseau. Cela nécessite une liaison radio directe. Cependant, en cas de perturbation, le contrôleur ne dispose d'aucune solution de secours pour atteindre les nœuds et la communication est interrompue.

Figure 6 - Réseau sans routage

Le réseau radio dans figure 6 Il s'agit d'un réseau non routé. Les nœuds deux, trois et quatre sont à portée radio du contrôleur. Le nœud 5 est hors de portée radio et ne peut être contacté par le contrôleur.

Cependant, Z-Wave offre un mécanisme très puissant pour surmonter cette limitation. Z-Wave Les nœuds peuvent transmettre et répéter des messages à d'autres nœuds qui ne sont pas à portée directe du contrôleur. Cela permet Z-Wave Pour créer des réseaux très flexibles et robustes. La communication est possible avec tous les nœuds du réseau, même s'ils sont hors de portée directe ou si la connexion directe est interrompue.

Figure 7 - Z-Wave réseau avec routage

Le Z-Wave réseau avec routage (figure 7Le schéma montre que le contrôleur peut communiquer directement avec les nœuds 2, 3 et 4. Le nœud 6 se trouve hors de sa portée radio, mais dans la portée radio du nœud 2. Par conséquent, le contrôleur peut communiquer avec le nœud 6 via le nœud 2. C'est ce qu'on appelle une « route ».

En utilisant ce système de routage, Z-Wave Les signaux peuvent même fonctionner en contournant les obstacles ! D’autres technologies fonctionnent selon le principe de la « ligne de visée », où chaque émetteur doit avoir une vue directe du récepteur, mais… Z-Wave Il suffit d'envoyer le signal en faisant un petit détour pour contourner un obstacle, en utilisant un autre nœud.

Z-WaveLe système de routage peut s'adapter automatiquement à tout changement sur le réseau. Par exemple, figure 8 indique que la communication directe entre le nœud 1 et le nœud 2 est bloquée.Mais il est toujours possible pour le nœud 1 de communiquer avec le nœud 6 en utilisant le nœud 3 comme répéteur supplémentaire.

Plus un réseau comporte de nœuds, plus il devient flexible et robuste.

Z-Wave Il est possible d'acheminer les messages via un maximum de quatre nœuds de répétition. Ceci représente un compromis entre la taille et la stabilité du réseau, ainsi que la durée maximale de transit d'un message au sein de celui-ci.

Figure 8 - Distance maximale entre deux nœuds via quatre répéteurs

Création d'itinéraires dans un Z-Wave Réseau

Chaque nœud est capable de déterminer quels nœuds se trouvent à portée de son réseau sans fil direct. Ces nœuds sont appelés voisins. Lors de l'inclusion, puis lors de la requête, le nœud communique au contrôleur la liste de ses voisins. Grâce à ces informations, le contrôleur construit une table de routage contenant toutes les informations relatives aux routes de communication possibles au sein du réseau. Cette table est accessible à l'utilisateur et plusieurs logiciels, généralement appelés outils d'installation, permettent de la visualiser et d'optimiser ainsi la configuration du réseau.

Figure 9 - Routage dans un Z-Wave Réseau

Le diagramme ci-dessus (f)figure 9) montre un Z-Wave Réseau maillé, avec un contrôleur et cinq nœuds. Le contrôleur peut communiquer directement avec les nœuds 2 et 3. Il n'y a pas de connexion directe avec les nœuds 4, 5 et 6. La communication avec le nœud 4 s'effectue soit via le nœud 2, soit via le nœud 3.

Tableau 2 - Tableau de routage pour le Z-Wave Réseau

Le routage de ce réseau est indiqué dans tableau 2 Les lignes contiennent les nœuds sources et les colonnes les nœuds de destination. Une cellule contenant un « 1 » indique que les nœuds sont voisins, tandis qu'une cellule contenant un « 0 » indique l'absence de chemin de communication direct. Le tableau comprend également La figure illustre la connexion entre le nœud source 1 et le nœud de destination 4. La cellule entre les nœuds 1 et 4 est marquée « 0 ». Par conséquent, le réseau achemine le signal via le nœud 3, qui se trouve à portée directe des nœuds 1 et 4.

Figure 10 - Alternative Z-Wave Routage réseau

Un autre exemple (ffigure 10) montre que le nœud 6 ne peut communiquer avec le reste du réseau qu'en utilisant le nœud 5 comme répéteur. Comme le contrôleur n'a pas de connexion directe avec le nœud 5, il doit emprunter l'un des itinéraires suivants : «1 -&> 3 -&> 4 -&> 5 -&> 6" ou "1 -&> 2 -&> 5 -&> 6».

Un contrôleur tentera toujours en premier lieu de transmettre son message directement à sa destination. Si cela s'avère impossible, il consultera sa table de routage pour trouver le meilleur chemin alternatif. Le contrôleur peut sélectionner jusqu'à trois itinéraires et tentera d'envoyer le message par ces itinéraires. Ce n'est que si les trois itinéraires échouent (le contrôleur ne reçoit pas d'accusé de réception de la destination) qu'il signalera un échec.

Types de nœuds de réseau

Les esclaves sont classés en deux catégories : les esclaves « standards » et les esclaves « de transit ». esclave de routage comprend des fonctionnalités de routage avancées.

La différence entre les trois types de nœuds différents leur connaissance de la table de routage du réseau et leur capacité à envoyer des messages sur le réseau.

	Voisins	Itinéraire	Fonctions possibles
Contrôleur	Connaît tous ses voisins	A accès à la table de routage complète	Peut communiquer avec tous les appareils du réseau, si une route existe.
Esclave	Connaît tous ses voisins	Ne contient aucune information sur la table de routage	Il ne peut répondre qu'au nœud qui a reçu le message. Par conséquent, il ne peut pas envoyer de messages non sollicités.
Esclave de routage	Connaît tous ses voisins	Possède une connaissance partielle des tables de routage	Il peut répondre au nœud qui a émis le message et envoyer des messages non sollicités à plusieurs nœuds prédéfinis auxquels il est connecté.

Propriétés de Z-Wave Modèles d'appareils

Esclave	Dispositifs fixes alimentés par le secteur, tels que les interrupteurs muraux, les variateurs muraux ou les commandes de stores vénitiens.
Esclave de routage	Dispositifs fonctionnant sur batterie et appareils mobiles, tels que capteurs à batterie, prises murales Schuko et autres types de prises, thermostats et radiateurs à batterie, et toutes autres applications esclaves.

Applications typiques des esclaves

Défis liés aux configurations réseau typiques

Z-Wave Un réseau commence généralement par un petit réseau qui s'étend au fur et à mesure des besoins. Un petit réseau peut comprendre une télécommande et quelques interrupteurs ou variateurs. La télécommande sert de contrôleur principal et gère les interrupteurs et les variateurs.

Lors de l'inclusion, les variateurs et les interrupteurs doivent être installés à leur emplacement définitif, afin de garantir qu'une liste correcte des voisins soit reconnue et signalée.

Ce type de configuration réseau fonctionne correctement tant que la télécommande peut atteindre directement tous les interrupteurs et variateurs (le nœud à contrôler est « à portée »). Si le nœud à contrôler n'est pas à portée, l'utilisateur peut constater des délais, car la télécommande doit d'abord détecter la structure du réseau avant de pouvoir contrôler l'appareil.

Si un appareil a été ajouté puis déplacé, il ne pourra être contrôlé par la télécommande que s'il se trouve à portée directe. Dans le cas contraire, la communication échouera, car l'entrée correspondante dans la table de routage sera erronée et la télécommande ne pourra pas effectuer d'analyse du réseau.

Z-Wave Réseau avec un contrôleur statique

Un autre réseau typique se compose d'un contrôleur statique, généralement un logiciel PC, et de Z-Wave Une clé USB ou une passerelle IP, ainsi qu'un certain nombre d'interrupteurs et de variateurs.

Z-Wave Réseau avec un seul contrôleur statique

Le contrôleur statique est le contrôleur principal et inclut tous les autres dispositifs.

Étant donné qu'un contrôleur statique est lié à un emplacement précis, l'autre Z-Wave Les appareils doivent être inclus lorsqu'ils se trouvent à portée directe du contrôleur statique. Ils seront généralement installés à leur emplacement définitif après leur inclusion.

Réseaux à plusieurs contrôleurs

Dans un réseau plus étendu, plusieurs contrôleurs fonctionnent de concert. Un contrôleur fixe assure la configuration et la gestion du système, tandis qu'une ou plusieurs commandes distantes exécutent des fonctions spécifiques à différents endroits.

Z-Wave Réseau avec plusieurs contrôleurs

Si un réseau comporte plusieurs contrôleurs, l'utilisateur doit déterminer lequel d'entre eux sera le contrôleur principal.

L'intégration d'un contrôleur statique pose problème si les appareils doivent être déplacés ultérieurement vers leur emplacement définitif. Une réorganisation du réseau s'avère alors nécessaire.

Les contrôleurs statiques sont généralement plus fiables et moins susceptibles d'être perdus. Ils offrent généralement des fonctions de secours permettant de remplacer le matériel en cas de dommages importants.

Réseau avec contrôleur portable comme contrôleur principal

Les télécommandes sont plus vulnérables aux dommages et aux pertes. Généralement, elles ne disposent pas de fonction de secours. Si la télécommande principale est endommagée ou perdue, il est nécessaire de réintégrer l'ensemble du réseau. En revanche, les appareils peuvent être intégrés après leur installation, ce qui garantit un réseau beaucoup plus stable et évite toute réorganisation.

Le choix du contrôleur principal – fixe ou portable – dépend davantage de vos préférences personnelles que d'une nécessité technique.

Vesternet est le leader européen de la domotique, découvrez notre vaste gamme de Z-Wave produits.