Z-WAVE-netwerken, knooppunten en apparaten begrijpen

Z-WAVE-netwerken, knooppunten en apparaten begrijpen

Z-Wave Home Automatietechnologie bestaat uit drie lagen. De radio-laag, netwerklaag en toepassingslaag werken samen om een ​​robuust en betrouwbaar netwerk te maken dat talloze knooppunten en apparaten mogelijk maakt om tegelijkertijd met elkaar te communiceren.

• Radio-laag: Definieert de manier waarop een signaal wordt uitgewisseld tussen netwerk en de fysieke radio-hardware. Dit omvat frequentie, codering, hardwaretoegang, enz.
• Netwerklaag: Definieert hoe controlegegevens worden uitgewisseld tussen twee apparaten of knooppunten. Dit omvat het adresseren, netwerkorganisatie, routing, enz.
• Toepassingslaag: Definieert welke boodschappen moeten worden behandeld door specifieke toepassingen om bepaalde taken te bereiken, zoals het schakelen van een licht of het wijzigen van de temperatuur van een verwarmingsinrichting.

De netwerklaag

De Z-WAVE-netwerklaag regelt hoe gegevens worden uitgewisseld tussen verschillende apparaten (knooppunten) op het netwerk, het bestaat uit drie sublagen.

• Media Access Layer (Mac): Controleert het basisgebruik van de draadloze hardware - deze functies zijn onzichtbaar voor de eindgebruiker.
• Transport laag: Controleert de berichtenoverdracht, zorg voor foutloze communicatie tussen twee draadloze knooppunten. De eindgebruiker kan de functies van deze laag niet beïnvloeden, maar de resultaten van deze laag zijn zichtbaar.
• Routeringslaag: Beheert de "Mesh" -mogelijkheden van Z-Wave om het netwerkbereik te maximaliseren en ervoor te zorgen dat berichten naar hun bestemmingsknooppunt gaan. Deze laag gebruikt extra knooppunten om het bericht opnieuw te verzenden als de bestemming buiten het "DIRECTE" bereik van het zendknooppunt staat.

De Media Access (Mac) en vervoerslagen verklaarden

Liever als het verzenden van een sms-bericht, kunt u niet zien hoe de informatie van uw telefoon naar hun is. Je neemt aan dat het wordt verzonden en wordt ontvangen en gelezen door de ontvanger. Evenzo gebruiken draadloze home automatiseringstechnologieën dezelfde principes om communicatie tussen afzender en ontvangerknooppunten mogelijk te maken.

Af en toe kan een bericht verdwalen.

In het geval van een mobiele telefoon kan het te wijten zijn aan een slechte ontvangst. In het geval van een thuisautomatiseringsnetwerk kan het te wijten zijn aan de interferentie of het positioneren van de ontvanger te ver weg van de afzender. In een eenvoudig netwerk krijgt de afzender geen feedback over de vraag of het bericht is ontvangen en als de opdracht correct is uitgevoerd. Dit kan stabiliteitsproblemen veroorzaken, tenzij de installatie correct is gepland en getest.

Z-WAVE is dat een van de meest betrouwbare draadloze technologieën, elk verzonden opdracht wordt door de ontvanger bevestigd die een retourontvang naar de afzender verzendt. Dit garandeert niet dat het bericht correct werd afgeleverd, maar de afzender krijgt een indicatie dat een situatie is gewijzigd, of er is een fout opgetreden.

Het retourontvang wordt genoemd Erken (ACK). Een Z-WAVE-transceiver zal maximaal drie keer proberen om een ​​bericht te verzenden tijdens het wachten op een ACK. Na drie mislukte pogingen geeft de Z-WAVE-transceiver op en meldt u een foutmelding aan de gebruiker. Het aantal niet-succesvolle pogingen is ook een goede indicator van de draadloze verbindingskwaliteit van het netwerk.

Knooppunten gebruiken voor succesvolle communicatie

Een netwerk bestaat uit ten minste twee knooppunten. Om met elkaar te kunnen communiceren, moeten de knooppunten toegang hebben tot een gemeenschappelijke media of "iets gemeen" te hebben.

In de meeste gevallen is dit een fysieke communicatiemedia zoals een kabel. De communicatiemedia voor radio (draadloos) is de lucht, die ook wordt gebruikt door allerlei verschillende technologieën - TV, Wi-Fi, mobiele telefoons enz. Daarom moet elk type "netwerk" een gedefinieerd protocol hebben dat de verschillende knooppunten van één netwerk om elkaar te identificeren en om berichten uit andere radiobronnen uit te sluiten.

Elk knooppunt in het netwerk moet ook een unieke identificatie hebben om het te onderscheiden van andere knooppunten in hetzelfde netwerk.

Het Z-WAVE-protocol definieert twee identificaties voor de organisatie van het netwerk.

• De Home ID is de gemeenschappelijke identificatie van alle knooppunten die behoren tot een logisch Z-Wave-netwerk. Het heeft een lengte van 4 bytes = 32 bits.
• De Node-ID is het adres van een enkel knooppunt in het netwerk. Het knooppunt-ID heeft een lengte van 1 byte = 8 bits.

Knooppunten met verschillende thuis-ID's kunnen niet met elkaar communiceren, maar ze hebben mogelijk een vergelijkbaar knooppunt-ID. Dit komt omdat de twee netwerken van elkaar worden geïsoleerd.

Op een enkel netwerk (één thuis-ID) kunnen twee knooppunten geen identieke knooppunt-ID's hebben. Dit betekent dat elk knooppunt individueel kan worden aangepakt, waardoor u volledige controle hebt over uw eigen domotica-systeem.

Apparaten

Z-Wave heeft twee basistypen van apparaat:

• Controllers - Apparaten die andere Z-Wave-apparaten besturen
• Slaven - apparaten die worden bestuurd door andere Z-Wave-apparaten.

Controllers zijn in de fabriek geprogrammeerd met een thuis-ID, dit kan door de gebruiker niet worden gewijzigd. Slaven hebben geen voorgeprogrammeerde start-ID omdat ze de thuis-ID aan hen zijn toegewezen door het netwerk.

De primaire controller omvat andere knooppunten in het netwerk door ze een eigen start-ID toe te wijzen. Als een knooppunt de thuis-ID van de primaire controller accepteert, wordt dit knooppunt onderdeel van het netwerk. De primaire controller wijst ook een individueel knooppunt-ID toe aan elk nieuw apparaat dat aan het netwerk wordt toegevoegd. Dit proces staat bekend als Inclusie.

 

	Definitie	In de controller	In de slaaf
Home ID	De thuis-ID is de gemeenschappelijke identificatie van een Z-Wave-netwerk	De thuis-ID is al ingesteld als fabrieksinstellingen	Geen thuis-ID op fabrieksinstellingen
Node-ID	Het knooppunt-ID is de individuele identificatie (adres) van een knooppunt binnen een gemeenschappelijk netwerk	Controller heeft zijn gewonnen knooppunt-ID vooraf gedefinieerd (meestal 0x01)	Toegewezen door de primaire controller

Tabel 1 - Home ID en knooppunt ID-vergelijking

Mazen en routing

In een typisch draadloos netwerk heeft de centrale controller een directe draadloze verbinding met alle andere netwerkknooppunten. Dit vereist een directe radioplink. Als er echter een verstoring is, heeft de controller geen back-uproute om de knooppunten en communicatie te bereiken.

Figuur 6 - Netwerk zonder routing

Het radioprogramma in Figuur 6 is een niet-gerouteerd netwerk. Knooppunten Twee, drie en vier staan ​​binnen het radiosterrein van de controller. Knooppunt 5 bevindt zich buiten het radiobereik en kan niet worden bereikt door de controller.

Z-WAVE biedt echter een zeer krachtig mechanisme om deze beperking te overwinnen. Z-Wave-knooppunten kunnen berichten doorsturen en herhalen aan andere knooppunten die niet in direct bereik van de controller staan. Hierdoor kan Z-WAVE om zeer flexibele en robuuste netwerken te maken. Communicatie kan worden gedaan aan alle knooppunten in het netwerk, zelfs als ze buiten het directe bereik staan ​​of als de directe verbinding wordt onderbroken.

Figuur 7 - Z-WAVE-netwerk met routing

Het Z-WAVE-netwerk met routing (Figuur 7) Toont dat de controller rechtstreeks met de knooppunten 2, 3 en 4. Knooppunt 6 kan communiceren, ligt buiten het radiobereik, maar het is echter binnen het radiobereik van knooppunt 2. Daarom kan de controller communiceren met knooppunt 6 via Node 2. Dit is een "route" genoemd.

Met behulp van dit routeringsysteem kunnen Z-WAVE-signalen zelfs rondhoeken werken! Andere technologieën werken aan 'Line of Sight', waar elke zender direct zicht op de ontvanger moet hebben, maar Z-Wave stuurt eenvoudig het signaal op een kleine omweg rond een obstakel met een ander knooppunt.

De routing van Z-Wave kan zich automatisch aanpassen aan eventuele wijzigingen in het netwerk. Bijvoorbeeld figuur 8toont aan dat directe communicatie tussen knooppunt 1 en knooppunt 2 is geblokkeerd. Maar het is nog steeds mogelijk voor knooppunt 1 om te communiceren met knooppunt 6 door knooppunt 3 als een extra repeater te gebruiken.

Hoe knooppunten in een netwerk, hoe flexibeler en robuust het netwerk wordt.

Z-Wave kan berichten uitvoeren via maximaal vier herhaalde knooppunten. Dit is een compromis tussen de netwerkgrootte en stabiliteit en de maximale tijd die een bericht in het netwerk mag reizen.

Figuur 8 - Maximale afstand tussen twee knooppunten via vier repeaters

Bouwroutes in een Z-WAVE-netwerk

Elk knooppunt kan bepalen welke knooppunten zich in het directe draadloze bereik bevinden. Deze knooppunten worden buren genoemd. Tijdens inclusie en later op verzoek kan het knooppunt de controller informeren over de lijst met buren. Met behulp van deze informatie kan de controller een tabel bouwen met alle informatie over mogelijke communicatieroutes in een netwerk. Deze routetabel is toegankelijk via de gebruiker en er zijn verschillende softwareoplossingen, meestal installatieprogramma's genoemd, die de routeringstabel visualiseren helpt u om de netwerkinstellingen te optimaliseren.

Figuur 9 - Routing in een Z-WAVE-netwerk

Het bovenstaande diagram (figure 9) Toont een Z-Wave Meshed-netwerk, met één controller en vijf knooppunten. De controller kan rechtstreeks communiceren met knooppunt 2 en 3. Er is geen directe verbinding met knooppunt 4, 5 en 6. Mededeling van knooppunt 4 werkt via knooppunt 2 of via knooppunt 3.

 

Tabel 2 - Routing tabel voor het Z-WAVE-netwerk

De routering voor dit netwerk wordt getoond in tafel 2 - De rijen bevatten de bronknooppunten en de kolommen bevatten de bestemmingsknooppunten. Een cel met "1" geeft aan dat de knooppunten buren en een "0"-shows zijn, er is geen direct communicatiemiddel. De tabel toont ook de verbinding tussen bronknooppunt 1 en bestemmingsknooppunt 4. De cel tussen knooppunt 1 en 4 is gemarkeerd "0". Daarom routeert het netwerk het signaal via knooppunt 3 dat in direct bereik van beide knooppunt 1 en knooppunt 4 is.

Figuur 10 - Alternatieve Z-Wave NetWo Rrouting

Een ander voorbeeld (figure 10) Toont dat knooppunt 6 alleen kan communiceren met de rest van het netwerk met behulp van knooppunt 5 als een repeater. Aangezien de controller geen directe verbinding heeft met knooppunt 5, moet de controller een van de volgende routes gebruiken: "1 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6" of "1 -> 2 -> 5 ->6”.

Een controller zal altijd proberen eerst het bericht rechtstreeks naar de bestemming te verzenden. Als dit niet mogelijk is, zal het zijn routeringstabel gebruiken om de volgende beste manier naar de bestemming te vinden. De controller kan maximaal drie alternatieve routes selecteren en probeert het bericht via deze routes te verzenden. Alleen als alle drie de routes mislukken (de controller ontvangt geen bevestiging van de bestemming), zal de controller een fout melden.

Soorten netwerkknooppunten

Slaven worden gecategoriseerd als "standaard" of "routering" slaven. EEN Routering Slave omvat geavanceerde routingsmogelijkheden.

Het verschil tussen de drie verschillende knooppunttypen is hun kennis van de netwerkrouteringstabel en hun vermogen om berichten naar het netwerk te verzenden.

 

	Buren	Route	Mogelijke functies
Controller	Kent alle buren	Heeft toegang tot de volledige routeringstabel	Kan communiceren met elk apparaat in het netwerk, als de route bestaat
Slaaf	Kent alle buren	Heeft geen informatie over routingtabel	Kan alleen antwoorden op het knooppunt dat het de boodschap heeft ontvangen. Kan dus niet ongevraagde berichten verzenden
Routering Slave	Kent alle buren	Heeft gedeeltelijke kennis van routeringstabel	Kan antwoorden op het knooppunt dat hij het bericht heeft ontvangen en kan ongevraagde berichten verzenden naar een aantal vooraf gedefinieerde knooppunten die hij ook een route heeft

Eigenschappen van de Z-Wave-apparaatmodellen

Slaaf	Vaste geïnstalleerde netspanningsapparaten zoals wandschakelaars, muurdimmers of Venetiaanse blindcontrollers
Routering Slave	Batterij-bediende apparaten en mobiele toepasselijke apparaten zoals bijvoorbeeld sensoren met batterijbewerking, muurstekkers voor Schuko- en plug-typen, thermostaten en verwarmingen met batterijen en alle andere slave-toepassingen

Typische toepassingen voor slaven

Uitdagingen in typische netwerkconfiguraties

Z-WAVE-netwerk begint meestal als een klein netwerk dat wordt verlengd als en wanneer u nodig hebt. Een klein netwerk kan bestaan ​​uit een afstandsbediening en een paar schakelaars of dimmers. De afstandsbediening fungeert als primaire controller en omvat en bestuurt de schakelaars en dimmers.

Tijdens de opname moeten de dimmers en schakelaars op hun laatste locatie worden geïnstalleerd om ervoor te zorgen dat een correcte lijst van buren zal worden herkend en gerapporteerd.

Dit type netwerkconfiguratie werkt goed, zolang de afstandsbediening alle schakelaars en dimmers rechtstreeks kan bereiken (die moet worden gecontroleerd, is "in bereik"). Als het gecontroleerde knooppunt niet bereik is, kan de gebruiker vertragingen ervaren, omdat de afstandsbediening eerst de netwerkstructuur moet detecteren voordat u het apparaat controleert.

In het geval dat een apparaat was opgenomen en daarna naar een nieuwe positie is verplaatst, kan dit specifieke apparaat alleen worden bestuurd door de afstandsbediening als deze in het directe bereik is. Anders zal de communicatie mislukken, omdat de routeringstabel-invoer voor dit specifieke apparaat verkeerd is en de afstandsbediening niet in staat is om een ​​netwerkscan op het moment van de werking te doen.

Z-WAVE-netwerk met één statische controller

Een ander typisch netwerk bestaat uit een statische controller - meestal pc-software plus z-golf USB-dongle of een IP-gateway samen met een aantal schakelaars en dimmers.

Z-WAVE NETWERK met enkele statische controller

De statische controller is de primaire controller en bevat alle andere apparaten.

Omdat een statische controller gebonden is aan een bepaalde locatie, moeten de andere Z-Wave-apparaten worden opgenomen terwijl ze in het directe bereik zijn met de statische controller. Ze worden meestal na opname op hun laatste locatie geïnstalleerd.

Netwerken met meerdere controllers

In een groter netwerk zullen verschillende controllers samenwerken. Een statische controller wordt gebruikt voor de configuratie en het beheer van het systeem en een of meerdere afstandsbedieningen voeren bepaalde functies op verschillende plaatsen uit.

Z-WAVE-netwerk met MULIPLE-controllers

Als een netwerk meerdere controllers heeft, moet de gebruiker bepalen welke van de controllers de primaire controller zijn.

Inclusie van een statische controller is een uitdaging, als de apparaten daarna naar hun laatste locatie moeten worden verplaatst. Een netwerkre-organisatie moet worden uitgevoerd.

Statische controllers zijn meestal betrouwbaarder en zijn niet gemakkelijk verloren. Ze bieden meestal back-upfuncties om de hardware in geval van ernstige schade te vervangen.

Netwerk met draagbare controller als de primaire controller

Afstandsbedieningen zijn kwetsbaarder voor schade en verlies. Meestal bieden afstandsbedieningen geen back-upfunctie. Als de primaire controller is beschadigd of verloren, zou een volledige re-inclusie van het hele netwerk moeten worden uitgevoerd. Apparaten kunnen echter worden opgenomen nadat ze zijn geïnstalleerd, wat resulteert in een veel stabieler netwerk, en geen behoefte aan netwerkre-organisatie.

De keuze van de primaire controller - statisch of draagbaar - hangt meer af op uw persoonlijke voorkeur in plaats van een technische noodzaak.

Vesternet is Europa's toonaangevende specialist in huisautomatisering, kijk eens naar ons enorme reeksZ-WAVE-producten.

Copyright 2012 Vesternet Ltd