Z-Wave a Z-Wave Plus: kompletny przewodnik po protokole smart home

W skrócie: Z-Wave to bezprzewodowy protokół komunikacyjny stworzony wyłącznie dla inteligentnych domów. Wykorzystuje niską częstotliwość radiową, która skutecznie przenika przez ściany i nie koliduje z siecią Wi-Fi. Każde certyfikowane urządzenie połączy się z dowolnym certyfikowanym kontrolerem przeznaczonym dla tego samego regionu, a jego standardowe funkcje będą działać poprawnie.

Dla kogo jest ten przewodnik

Rozważasz, czy Z-Wave to właściwe rozwiązanie dla Twojego domu.
Chcesz wiedzieć, co oznaczają określenia „Z-Wave Plus”, „800 Series” i „Long Range” na stronie produktu.
Planujesz sieć i zależy Ci na jej niezawodności od pierwszego dnia.

Niniejszy przewodnik opisuje wersję Z-Wave o częstotliwości 868 MHz, stosowaną w Wielkiej Brytanii i Europie. Urządzenia produkowane dla innych regionów, takich jak Ameryka Północna, korzystają z innych częstotliwości.

Czym jest Z-Wave?

Technologia Z-Wave jest stosowana w domach od ponad 20 lat. Urządzenia przesyłają krótkie komunikaty o niskim poborze mocy do centralnego kontrolera, a każdy z nich wymaga potwierdzenia odbioru. Gdy wyłączasz światło, kontroler otrzymuje informację zwrotną, że rzeczywiście zostało wyłączone.

Wyróżniają ją trzy kluczowe cechy:

Brak zakłóceń z siecią Wi-Fi. Z-Wave działa na częstotliwości poniżej 1 GHz, z dala od pasm Wi-Fi, Bluetooth oraz pasma 2.4 GHz wykorzystywanego przez urządzenia Zigbee.
Skuteczne przenikanie przez ściany. Niższe częstotliwości znacznie lepiej pokonują cegły i stropy niż sygnały o częstotliwości 2.4 GHz.
Pełna certyfikacja. Urządzenie nie może nosić logo Z-Wave bez pomyślnego przejścia procesu certyfikacji, co pozwala na bezproblemową współpracę produktów różnych marek w ramach jednej sieci.

Korzystanie z technologii Z-Wave nie wiąże się z żadnymi opłatami ani subskrypcjami.

Podstawowa zasada: zgodność regionu

Z-Wave korzysta z różnych częstotliwości w zależności od części świata.

Region	Częstotliwość
Wielka Brytania i Europa	868.42 MHz
USA i Kanada	908.42 MHz
Australia i Nowa Zelandia	921.42 MHz

Urządzenie i kontroler z różnych regionów nie mogą się ze sobą komunikować, a przypisania regionalnego urządzenia nie można zmienić. Należy kupować urządzenia przeznaczone dla obszaru zamieszkania. Na naszych stronach produktów podajemy Region Z-Wave dla każdego produktu Z-Wave.

Jak działa Z-Wave?

Siecią Z-Wave zarządza jeden kontroler (koncentrator lub adapter USB). Może ona obsługiwać do 232 urządzeń, wliczając kontroler.

Urządzenia zasilane z sieci, takie jak gniazdka, moduły dopuszkowe i włączniki ścienne, stale nasłuchują sygnału. Działają one jako retransmitery komunikatów dla innych urządzeń.
Urządzenia bateryjne, takie jak czujniki i piloty, przechodzą w stan uśpienia w celu oszczędzania energii. Wybudzają się jedynie, aby przesłać raport, i nie retransmitują komunikatów.

Jeśli urządzenie znajduje się poza bezpośrednim zasięgiem kontrolera, jego komunikaty są przekazywane za pośrednictwem urządzeń zasilanych sieciowo. Firma Silicon Labs, producent chipów Z-Wave, określa zasięg na 400 metrów przy maksymalnie czterech węzłach pośrednich (hops). Jeśli jedna trasa zawiedzie, sieć automatycznie wybiera inną.

Urządzenia zasilane sieciowo retransmitują sygnał, dzięki czemu czujnik znajdujący się poza bezpośrednim zasięgiem huba nadal nawiązuje połączenie.

Z-Wave a Z-Wave Plus: na czym polega różnica?

Technologia Z-Wave rozwijała się etapami, a każdy etap posiada własne oznaczenie. Każda generacja zachowuje wsteczną kompatybilność, dzięki czemu nowe urządzenia współpracują ze starszymi kontrolerami i odwrotnie. Dostęp do nowszych funkcji uzyskuje się, gdy oba urządzenia je obsługują.

Czym jest Z-Wave Plus?

Z-Wave Plus to certyfikacja dla urządzeń opartych na układach scalonych z serii 500. W porównaniu z oryginalnym standardem Z-Wave przyniosła większy zasięg, wydłużenie żywotności baterii o około 50%, bardziej niezawodne mechanizmy samonaprawiania sieci kratowej oraz ustandaryzowaną procedurę bezprzewodowej aktualizacji oprogramowania układowego (OTA). Przez lata było to kluczowe oznaczenie, na które zwracano uwagę, a liczne urządzenia Z-Wave Plus pozostają w sprzedaży i działają bez zakłóceń.

Czym jest Z-Wave Plus V2?

Z-Wave Plus V2 to aktualna certyfikacja dla urządzeń bazujących na układach scalonych z serii 700 i 800. Zasięg oraz czas pracy na baterii uległy ponownej poprawie, a dwie funkcje, które dotychczas były opcjonalne, są obecnie wymagane w każdym urządzeniu: zabezpieczenia S2 oraz konfiguracja w standardzie SmartStart.

Zestawienie oznaczeń

Etykieta	Znaczenie
Z-Wave Plus	Oparty na układzie z serii 500. Lepszy zasięg i żywotność baterii w porównaniu z pierwotnym standardem Z-Wave oraz bezprzewodowe aktualizacje oprogramowania układowego (OTA).
Z-Wave Plus V2	Oparty na układzie z serii 700 lub 800. Większy zasięg, niższy pobór mocy oraz standardowo zabezpieczenia S2 i funkcja SmartStart.
Z-Wave 800 Series	Obecna generacja układów. Nie jest to nowa wersja Z-Wave, lecz oferuje najlepszy dotychczasowy zasięg i żywotność baterii.
Z-Wave Long Range	Dodatkowy tryb pracy w niektórych urządzeniach obecnej generacji. W Wielkiej Brytanii i Europie są to urządzenia serii 800. Zobacz poniżej.

Jeden produkt może posiadać trzy z tych oznaczeń jednocześnie. Urządzenie oznaczone jako „Z-Wave Plus V2, Z-Wave 800 Series, Z-Wave Long Range” to po prostu urządzenie obecnej generacji, które dodatkowo obsługuje Long Range.

Bezpieczeństwo S2 i SmartStart

S2 to aktualny standard bezpieczeństwa technologii Z-Wave. Każde urządzenie posiada własny klucz, wydrukowany w postaci kodu QR oraz ciągu cyfr na obudowie lub opakowaniu. Kod jest skanowany lub wpisywany podczas dodawania urządzenia, co uniemożliwia przechwycenie konfiguracji przez osoby niepowołane znajdujące się w pobliżu.

SmartStart wykorzystuje ten sam kod QR, aby skrócić czas instalacji. Wystarczy zeskanować kod w aplikacji kontrolera, a następnie włączyć zasilanie urządzenia. Dołącza ono do sieci automatycznie. Instalatorzy mogą zeskanować całą partię urządzeń przed rozpoczęciem prac, a urządzenia będą łączyć się z siecią w miarę ich montażu.

Kod QR lub klucz należy przechowywać w bezpiecznym miejscu. Będzie potrzebny w przypadku przenoszenia urządzenia do nowego kontrolera.

Z-Wave Long Range

Technologia Long Range działa inaczej niż sieć kratowa (mesh). Urządzenie Long Range komunikuje się bezpośrednio z kontrolerem, bez węzłów pośrednich, na znacznie większą odległość. Producenci deklarują zasięg do kilkuset metrów w otwartej przestrzeni. Sieć Long Range może obsługiwać do 4000 urządzeń.

W sieci kratowej czujnik drzwiowy łączy się z centralą za pośrednictwem gniazda zasilanego sieciowo. W przypadku Long Range czujniki bramy i garażu komunikują się bezpośrednio z centralą.

Najpierw pojawił się w Ameryce Północnej. Wersja europejska pojawiła się później i wykorzystuje własne kanały zbliżone do standardowego pasma 868 MHz. Dostępne są certyfikowane urządzenia Long Range na rynek brytyjski i europejski.

Trzy kluczowe kwestie:

W Wielkiej Brytanii i Europie wymagane jest urządzenie Long Range z serii 800 oraz kontroler obsługujący technologię Long Range w tym regionie. Należy sprawdzić strony obu produktów.
Urządzenie Long Range może również dołączyć jako standardowe urządzenie mesh. Wybór następuje podczas dodawania urządzenia.
Urządzenia Long Range i standardowe Z-Wave mogą współistnieć w ramach tego samego kontrolera.

Rozwiązanie doskonale sprawdza się w budynkach gospodarczych, ogrodach, bramach oraz na dużych posesjach, gdzie sieć typu mesh wymagałaby zastosowania wielu repeaterów.

Jakie urządzenia wykorzystują Z-Wave?

Dostępne są tysiące certyfikowanych produktów Z-Wave. Do głównych kategorii należą:

Z-Wave wyróżnia się szczególnie w obszarze modułów dopuszkowych, sterowania ogrzewaniem oraz wszelkich instalacji wymagających przenikania sygnału przez lite ściany.

Czy do systemu Z-Wave wymagana jest centrala?

Tak. Kontroler Z-Wave (zwany również hubem lub bramką) zarządza siecią, przechowuje automatyzacje i łączy wszystkie elementy z telefonem. Kompletny system wymaga trzech elementów:

Kontroler z modułem radiowym Z-Wave dla danego regionuHubitat, Homey Pro oraz Fibaro Home Center mają wbudowany moduł. Home Assistant korzysta z adaptera USB Z-Wave. Nie każdy hub obsługuje Z-Wave, dlatego należy to zweryfikować przed zakupem. Zobacz Wybór kontrolera inteligentnego domu.
Kilka urządzeń zasilanych z sieci elektrycznejRozmieść wtyczki lub moduły dopuszkowe w całym budynku, aby utworzyć sieć kratową (mesh).
Czujniki i pilotyDodaj je na końcu, w miejscach docelowego użytkowania.

Dodawanie i usuwanie urządzeń

Dodawanie urządzenia do sieci Z-Wave to inkluzja (inclusion). Jego usuwanie to ekskluzja (exclusion).

Uruchom tryb inkluzji w aplikacji kontrolera, a następnie naciśnij przycisk na urządzeniu (zazwyczaj jedno- lub trzykrotnie – szczegóły określa instrukcja). W przypadku technologii SmartStart wystarczy zeskanować kod QR.
Urządzenie może należeć tylko do jednej sieci. Jeśli nie chce się połączyć, może nadal być przypisane do innej. W pierwszej kolejności przeprowadź procedurę ekskluzji. Dowolny kontroler może wykluczyć dowolne urządzenie.
W miarę możliwości dodawaj urządzenia zasilane sieciowo w ich docelowych lokalizacjach, aby kontroler poprawnie wyznaczył trasy komunikacji.
Po dodaniu lub przeniesieniu kilku urządzeń uruchom funkcję naprawy lub odbudowy sieci (network repair/rebuild) w kontrolerze, jeśli jest dostępna.

Szczegółowy przewodnik znajduje się w sekcji Dodawanie i usuwanie urządzeń.

Asocjacje, grupy i sceny

Te trzy pojęcia często pojawiają się w instrukcjach i aplikacjach kontrolerów.

Asocjacja. Bezpośrednie połączenie między dwoma urządzeniami. Czujnik ruchu powiązany z przełącznikiem może go włączyć bez udziału kontrolera. Działa to szybko i funkcjonuje nawet wtedy, gdy kontroler jest w trybie offline, jednak obsługuje wyłącznie proste polecenia włączania, wyłączania i ściemniania.
Grupa asocjacyjna. Pozycje (sloty) udostępniane przez urządzenie dla takich połączeń. Dwuprzyciskowy sterownik ścienny zazwyczaj posiada osobną grupę dla każdego przycisku. Grupa 1 to zazwyczaj linia nadrzędna („lifeline”) powiązana z kontrolerem i nie należy jej modyfikować.
Scena. Konfigurowana w kontrolerze. Jeden wyzwalacz wysyła różne polecenia do wielu urządzeń: ustawienie oświetlenia na 30%, opuszczenie rolet, podniesienie temperatury o jeden stopień.

Asocjacja łączy dwa urządzenia bezpośrednio. Scena przechodzi przez centralę, która może wysyłać różne polecenia do wielu urządzeń.

W przypadku większości domów automatyzacje najlepiej tworzyć w kontrolerze. Są one łatwiejsze do modyfikacji i mogą uwzględniać warunki, takie jak pora dnia. Asocjacje warto stosować tam, gdzie kluczowa jest szybkość działania lub niezależność od kontrolera, na przykład gdy kontroler ścienny steruje ściemniaczem w tym samym pomieszczeniu.

Zasięg i niezawodność

Wewnątrz budynków należy spodziewać się stabilnego zasięgu od 20 do 30 metrów między urządzeniami; wartość ta spada w przypadku grubych ścian murowanych, betonu lub izolacji z folią aluminiową. Urządzenia z serii 700 i 800 radzą sobie zauważalnie lepiej niż starsze modele.

Umieść kontroler centralnie i powyżej podłogi, unikając metalowych szafek.
Upewnij się, że każde urządzenie bateryjne znajduje się w bezpośrednim zasięgu urządzenia zasilanego z sieci.
Jeśli w odległym rogu sygnał jest słaby, zainstaluj w połowie odległości inteligentną wtyczkę lub wzmacniacz sygnału.
W przypadku adaptera USB użyj krótkiego przedłużacza USB, aby odsunąć go od obudowy komputera.

Więcej informacji w artykule Budowa niezawodnej sieci.

Z-Wave, Zigbee czy Matter?

Z-Wave sprawdza się znakomicie w przypadku modułów dopuszkowych, ogrzewania i wszelkich instalacji wymagających transmisji przez masywne ściany. Urządzenia działają na częstotliwościach zależnych od regionu.
Zigbee oferuje najszerszy wybór niedrogich czujników, wtyczek i oświetlenia, operując na jednej ogólnoświatowej częstotliwości.
Matter zapewnia współpracę urządzeń w ekosystemach Apple, Google, Amazon i SmartThings. Niektóre kontrolery mogą udostępniać swoje urządzenia Z-Wave systemom Matter.

Wybór jednego standardu nie jest konieczny. Większość kontrolerów obsługuje Z-Wave równolegle z pozostałymi technologiami. Zobacz Z-Wave vs Zigbee vs Matter oraz Zigbee w pigułce.

Często zadawane pytania

Czy nowe urządzenia będą działać z moim starszym kontrolerem?
Tak. Z-Wave zachowuje kompatybilność wsteczną. Urządzenie Plus V2 podłączone do kontrolera Z-Wave Plus będzie działać, lecz bez nowszych funkcji wymagających obsługi po obu stronach.

Czy muszę wymieniać stare urządzenia?
Nie. Jeśli sieć działa poprawnie, nie ma takiej potrzeby. Wybieraj urządzenia obecnej generacji w przypadku rozbudowy lub wymiany.

Czy asystenci głosowi mogą sterować urządzeniami Z-Wave?
Tak, za pośrednictwem kontrolera. Połącz kontroler z systemem Alexa lub Google Assistant, a powiązane urządzenia pojawią się w aplikacji. Obsługa systemów Siri i Apple Home zależy od kontrolera, dlatego należy sprawdzić zgodność posiadanej platformy.

Czy technologia Z-Wave wymaga połączenia z internetem?
Nie. Sieć radiowa działa całkowicie lokalnie. To, czy automatyzacje działają w trybie offline, zależy od kontrolera.