Comprensione di reti, nodi e dispositivi Z-Wave
- Radio Layer.: Definisce il modo in cui un segnale viene scambiato tra rete e l'hardware radiofonico. Ciò include frequenza, codifica, accesso hardware, ecc.
- Strato di rete: Definisce il modo in cui i dati di controllo vengono scambiati tra due dispositivi o nodi. Ciò include l'indirizzamento, l'organizzazione della rete, il routing, ecc.
- Strato di applicazione: Definisce quali messaggi devono essere gestiti da applicazioni specifiche per realizzare compiti particolari come commutare una luce o modificare la temperatura di un dispositivo di riscaldamento.

Il livello di rete
Il livello della rete
- Strato di accesso ai media (Mac): Controlla l'utilizzo di base dell'hardware wireless: queste funzioni sono invisibili all'utente finale.
- Strato di trasporto: Controlla il trasferimento dei messaggi, garantendo una comunicazione priva di errori tra due nodi wireless. L'utente finale non può influenzare le funzioni di questo livello, ma i risultati di questo livello sono visibili.
-
Strato di routing: Gestisce le funzionalità "Mesh" di
Z-Wave per massimizzare la gamma di rete e assicurarsi che i messaggi arrivi al loro nodo di destinazione. Questo livello utilizzerà ulteriori nodi per ri-inviare il messaggio se la destinazione è al di fuori della gamma "diretta" del nodo di trasmissione.
L'accesso ai media (Mac) e gli strati di trasporto hanno spiegato
Piuttosto come l'invio di un messaggio di testo, non è possibile vedere come le informazioni trasferiscono dal tuo telefono al loro. Si suppone che sia inviato e sarà ricevuto e letto dal destinatario. Allo stesso modo, le tecnologie di automazione della casa wireless utilizzano gli stessi principi per abilitare la comunicazione tra i nodi del mittente e del ricevitore.
Occasionalmente, un messaggio potrebbe perdersi.
In caso di cellulare, potrebbe essere dovuto alla scarsa ricezione. Nel caso di una rete di automazione domestica potrebbe essere dovuta a interferenze o posizionare il ricevitore troppo lontano dal mittente. In una rete semplice, il mittente non riceve alcun feedback sul fatto se il messaggio è stato ricevuto e se il comando è stato eseguito correttamente. Ciò può causare problemi di stabilità, a meno che l'installazione non sia stata pianificata e testata correttamente.
Figura 2 - Comunicazione con e senza riconoscimento
La ricevuta di ritorno è chiamata Riconoscere (ACK). Un ricetrasmettitore
Usando i nodi per una comunicazione riuscita
Una rete è composta da almeno due nodi. Per essere in grado di comunicare tra loro, i nodi devono avere accesso a un media comune o necessità di avere "qualcosa in comune".
Nella maggior parte dei casi questo è un supporto di comunicazione fisica come un cavo. I supporti di comunicazione per radio (wireless) sono l'aria, che viene utilizzata anche da tutti i tipi di diverse tecnologie - TV, wi-fi, telefoni cellulari ecc. Pertanto, ogni tipo di "rete" deve avere un protocollo definito che consente il Diversi nodi di una rete per identificarsi l'un l'altro e escludere i messaggi da altre fonti radio.
Ogni nodo nella rete deve anche avere un'identificazione univoca per distinguerlo da altri nodi nella stessa rete.
Il protocollo
- Il Home ID. È l'identificazione comune di tutti i nodi appartenenti a una rete logica
Z-Wave . Ha una lunghezza di 4 byte = 32 bit. - Il ID nodo è l'indirizzo di un singolo nodo nella rete. L'ID del nodo ha una lunghezza di 1 byte = 8 bit.
I nodi con diversi ID domestici non possono comunicare tra loro, ma possono avere un ID nodo simile. Questo perché le due reti sono isolate l'una dall'altra.
Su una singola rete (un ID Home) Due nodi non possono avere id ai nodi identici. Ciò significa che ogni nodo può essere indirizzato individualmente offrendo il controllo completo del proprio sistema di automazione domestica.
Dispositivi
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Controller - dispositivi che controllano altri dispositivi
Z-Wave - Schiavi - Dispositivi controllati da altri dispositivi a onde Z.
I controller sono programmati in fabbrica con un ID Home, questo non può essere modificato dall'utente. Gli schiavi non hanno un ID domestico pre-programmato in quanto prendono l'ID di casa assegnato a loro dalla rete.
Il controller primario include altri nodi nella rete assegnando loro il proprio ID casa. Se un nodo accetta l'ID Home del controller primario Questo nodo diventa parte della rete. Il controller primario assegna anche un singolo ID del nodo a ciascun nuovo dispositivo che viene aggiunto alla rete. Questo processo è noto come Inclusione.
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Definizione |
Nel controller |
Nello schiavo |
Home ID. |
L'ID Home è l'identificazione comune di una rete |
L'ID Home è già impostato come predefinito di fabbrica |
Nessun ID domestico al momento predefinito di fabbrica |
ID nodo |
L'ID del nodo è l'identificazione individuale (indirizzo) di un nodo all'interno di una rete comune |
Il controller ha il suo ID nodo vinto predefinito (in genere 0x01) |
Assegnato dal controller primario |
Tabella 1 - ID Home ID e confronto ID nodo
Esempio
Questa rete (Figura 3.) ha due controller con un ID Home predefinito di fabbrica e altri due dispositivi slave che non hanno alcun ID Home assegnato.
Prima dell'inclusione
Figura 3 - Dispositivi
A seconda di quale dei controller viene utilizzato per configurare la rete
Entrambi i controllori hanno lo stesso ID nodo # 0x01 e in questa fase i dispositivi slave non hanno alcun ID nodo assegnato. In teoria questa immagine mostra due reti con un nodo in ciascuna di esse.
Poiché nessuno dei nodi ha un ID domestico comune, nessuna comunicazione può avvenire.
Uno dei due controller è ora selezionato come il controller primario della rete. Questo controller assegna il suo ID Home a tutti gli altri dispositivi (include loro) e assegna anche loro numeri ID del nodo individuale.
Dopo l'inclusione
Figura 4 - Rete dopo l'inclusione
Dopo aver avuto un'inclusione di successo, tutti i nodi hanno lo stesso ID casa - sono collegati alla stessa rete. Hanno anche un ID Nodo unico, consentendo loro di essere identificati individualmente e comunicare tra loro.
In questo esempio ci sono due controller. Il controller il cui ID Home, è diventato l'ID di casa per tutti i dispositivi, è chiamato "Controller primario". Tutti gli altri controller diventano "controller secondari".
Il controller primario può includere ulteriori dispositivi, mentre il controller secondario non può. Tuttavia, i controller primari e secondari funzionano lo stesso in tutti gli altri aspetti.
Figura 5 - Due reti
Poiché i nodi di diverse reti non possono comunicare tra loro a causa del diverso ID domestico, possono coesistere e non fare nemmeno "vedere" l'un l'altro.
L'ID Home a 32 bit consente fino a 4 miliardi (2 ^ 32) diversa onda Z alle reti da definire, ciascuna con un massimo di 256 (2 ^ 8) nodi diversi. Tuttavia, alcuni di questi nodi sono assegnati dalla rete per la comunicazione interna e le funzioni speciali, pertanto, la rete
I nodi possono essere rimossi da una rete
Meshing e routing
In una tipica rete wireless il controller centrale ha una connessione wireless diretta a tutti gli altri nodi di rete. Ciò richiede un collegamento radio diretto. Tuttavia, se c'è un disturbo il controller non ha alcuna rotta di backup per raggiungere i nodi e la comunicazione si romperà.
Figura 6 - Rete senza routing
La rete radio in Figura 6. è una rete non indirizzata. I nodi due, tre e quattro sono all'interno della gamma radio del controller. Il nodo 5 è al di fuori del range radio e non può essere raggiunto dal controller.
Tuttavia,
Figura 7 - Rete
La rete
Usando questo sistema di routing, i segnali della
Il routing della
Più nodi in una rete, più flessibile e robusta diventa la rete.
Figura 8 - Distanza massima tra due nodi tramite quattro ripetitori
Itinerari di costruzione in una rete Z-Wave
Ogni nodo è in grado di determinare quali nodi sono nella sua gamma wireless diretta. Questi nodi sono chiamati vicini. Durante l'inclusione e successivamente su richiesta, il nodo è in grado di informare il controller sulla sua lista di vicini. Utilizzando queste informazioni, il controller è in grado di creare una tabella che ha tutte le informazioni su possibili rotte di comunicazione in una rete. Questa tabella di routing può essere accessibile dall'utente e ci sono diverse soluzioni software, in genere chiamate strumenti di installazione, che visualizzano la tabella di routing che aiutano a ottimizzare la configurazione di rete.
Figura 9 - Routing in una rete
Il diagramma sopra (fIGURE 9.) mostra una rete a rete a onda z, con un controller e cinque nodi. Il controller può comunicare direttamente con il nodo 2 e 3. Non vi è alcuna connessione diretta al nodo 4, 5 e 6. Comunicazione al nodo 4 funziona tramite il nodo 2 o tramite il nodo 3.
Tabella 2 - Tabella di routing per la rete
Il routing per questa rete è mostrato in Tavolo 2 - Le righe contengono i nodi di origine e le colonne contengono i nodi di destinazione. Una cella con "1" indica che i nodi sono vicini e uno "0" mostra che non esiste un percorso di comunicazione diretto. La tabella mostra anche la connessione tra il nodo di origine 1 e il nodo di destinazione 4. La cella tra il nodo 1 e 4 è contrassegnata a "0". Pertanto la rete instrada il segnale tramite nodo 3 che è in intervallo diretto del nodo 1 che del nodo 4.
Figura 10 - Alternative
Un altro esempio (figure 10.) mostra che il nodo 6 può solo comunicare con il resto della rete utilizzando il nodo 5 come ripetitore. Poiché il controller non ha una connessione diretta al nodo 5, il controller deve utilizzare uno dei seguenti percorsi: "1 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6" o "1 -> 2 -> 5 ->6”.
Un controller proverà sempre prima a trasmettere il suo messaggio direttamente alla destinazione. Se ciò non è possibile, utilizzerà la sua tabella di routing per trovare il prossimo modo migliore per la destinazione. Il controller può selezionare fino a tre percorsi alternativi e tenterà di inviare il messaggio tramite questi percorsi. Solo se tutti e tre i percorsi falliscono (il controller non riceve un riconoscimento dalla destinazione) il controller segnalerà un errore.
Tipi di nodi di rete
Gli schiavi sono classificati come schiavi "standard" o "routing". UN slave di routing Include funzionalità di routing avanzate.
La differenza tra i tre diversi tipi di nodi è la loro conoscenza della tabella di routing della rete e della loro capacità di inviare messaggi alla rete.
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Vicinato |
Rotta |
Possibili funzioni |
Controller. |
Conosce tutti i vicini |
Ha accesso alla tabella di routing completa |
Può comunicare con ogni dispositivo nella rete, se il percorso esiste |
Schiavo |
Conosce tutti i vicini |
Non ha informazioni sulla tabella di routing |
Può rispondere solo al nodo da cui ha ricevuto il messaggio da. Quindi, non può inviare messaggi non richiesti |
Slave di routing |
Conosce tutti i vicini |
Ha una conoscenza parziale della tabella di routing |
Può rispondere al nodo da cui ha ricevuto il messaggio e può inviare messaggi non richiesti a un numero di nodi predefiniti che ha anche un percorso |
Proprietà dei modelli del dispositivo Wave Z
Schiavo |
Risolti i dispositivi ad alimentazione di rete installati come interruttori a muro, dimmer a parete o controller ciechi veneziani |
Slave di routing |
Dispositivi a batteria e dispositivi mobili applicabili come ad esempio sensori con funzionamento della batteria, tappi a muro per tipi di schuko e tappa, termostati e riscaldatori con funzionamento della batteria e tutte le altre applicazioni slave |
Applicazioni tipiche per schiavi
Sfide nelle tipiche configurazioni di rete
La rete
Durante l'inclusione, i dimmer e gli switch devono essere installati nella loro posizione finale, per garantire che un elenco corretto dei vicini venga riconosciuto e segnalato.
Questo tipo di configurazione di rete funziona bene fino a quando il telecomando può raggiungere direttamente tutti gli switch e i dimmer (il nodo da controllare è "In intervallo"). Se il nodo controllato non è in intervallo, l'utente può riscontrare ritardi, poiché il telecomando deve essere necessario prima rilevare la struttura di rete prima di controllare il dispositivo.
Nel caso in cui un dispositivo è stato incluso e spostato in seguito in una nuova posizione, questo particolare dispositivo può essere controllato solo dal telecomando se è in intervallo diretto. Altrimenti la comunicazione fallirà, poiché la voce della tabella di routing per questo particolare dispositivo è errata e il telecomando non è in grado di eseguire una scansione di rete al momento dell'operazione.
Rete Z-Wave con un controller statico
Un'altra rete tipica è costituita da un controller statico - principalmente software PC più Dongle USB a onda Z o un gateway IP insieme a un numero di interruttori e dimmer.
Rete
Il controller statico è il controller primario e include tutti gli altri dispositivi.
Poiché un controller statico è associato a una determinata posizione, gli altri dispositivi Wave Z devono essere inclusi pur essendo in intervallo diretto con il controller statico. Di solito verranno installati nella loro posizione finale dopo l'inclusione.
Reti con più controller
In una rete più grande diversi controller funzionerà insieme. Un controller statico viene utilizzato per la configurazione e la gestione del sistema e uno o più telecomandi effettuano determinate funzioni in luoghi diversi.
Rete
Se una rete ha più controller, l'utente deve determinare quale dei controller sarà il controller primario.
L'inclusione di un controller statico è una sfida, se i dispositivi devono essere spostati nella posizione finale in seguito. È necessario eseguire una re-organizzazione della rete.
I controller statici sono solitamente più affidabili e non sono facilmente persi. In genere offrono funzioni di backup per sostituire l'hardware in caso di gravi danni.
Rete con controller portatile come controller primario
I telecomandi sono più vulnerabili a danni e perdite. Di solito i controlli remoti non offrono una funzione di backup. Se il controller primario è stato danneggiato o perso, potrebbe essere necessario eseguire una completa rilllusione di tutta la rete. Tuttavia, i dispositivi possono essere inclusi dopo che sono stati installati, il che si traduce in una rete molto più stabile e non è necessaria la re-organizzazione della rete.
La scelta del controller primario - statico o portatile - dipende di più sulla tua preferenza personale piuttosto che una necessità tecnica.
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