Протокол Z-Wave

Данный протокол описывает беспроводной обмен информацией с относительно несложными исполнительными устройствами, в том числе и осветительным оборудованием. Скорость передачи достигает 100 кбит/с для Z-Wave (в версии Plus).

Важной особенностью протокола Z-Wave является то, что поддерживающие его устройства способны образовывать так называемые mesh-сети. В таких сетях некоторые устройства может быть как приемником/передатчиком, так и ретранслятором. Сигналы идут по оптимальному маршруту. Если на пути передаваемого потока данных есть участок с высоким уровнем помех или препятствиями для распространения радиоволн, автоматически выбирается альтернативный путь.

В России для Z-Wave выделен диапазон 869 МГц. Лицензию на его использование брать не нужно, если речь идет о закрытом пространстве.

Применения

Z-Wave может использоваться для управления самыми разнообразными системами «умного дома», а не только светильниками. Двусторонняя передача информации позволяет осуществлять дистанционный контроль за состоянием осветительных приборов, а также собирать информацию с датчиков

Стандарт Z-Wave применяется в масштабах квартир, коттеджей и небольших офисов, поскольку поддерживающая его аппаратура очень проста в установке и настройке.

Принцип работы

Любое устройство в сети Z-Wave имеет два идентификатора: Home ID, указывающего на номер сети, а также Node ID — номер прибора в сети.

Для сети Z-Wave характерны следующие типы устройств:

Контроллер. Хранит в своей памяти данные о структуре сети, карты маршрутизации, а также информацию по последним удачным соединениям для каждой точки сети. Также к функционалу контроллера относится присвоение Node ID элементам сети. В памяти контроллера хранится уникальный Home ID, выданный Альянсом Z-Wave. Обязательным элементом сети является центральный контроллер. Его Home ID, прописанный в памяти, является идентификатором Home ID для всей сети. При необходимости к нему может подключаться вторичный контроллер, тогда он будет использовать в качестве Home ID идентификатор сети центрального контроллера.

Центральный контроллер Arlight для управления «умным домом» по беспроводному протоколу Z-Wave

Периферийные модули с постоянным питанием. Исполнительные устройства и датчики, которые постоянно «подключены» к эфиру. Помимо приема/передачи данных, они еще выполняют функцию ретрансляции данных согласно карте маршрутизации. К данной категории относятся устройства управления осветительными приборами, датчики движения и присутствия, панели управления.
«Слушающие» периферийные модули. Исполнительные устройства, включающиеся для прослушивания эфира периодически с интервалом в 1 — 2 с. Это дверные замки и т. п. устройства с автономным питанием.
«Спящие» периферийные модули. К ним относятся датчики с автономным питанием. Такой датчик немедленно передает сигнал при наступлении определенного события. Например, охранный датчик обнаруживает вторжение в дом и передает об этом информацию. Все остальное время датчик с интервалом в 0,5 — 1 ч передает отчеты, касающиеся данных, которые не требуют оперативного вмешательства. В том числе в эти отчеты входит и информация о степени разряда элементов питания, благодаря чему севшие батарейки не застанут вас врасплох.

Используемое оборудование

Наиболее распространенный вариант — использование так называемой «умной розетки» - переходника, включаемого между розеткой электропитания и управляемым прибором. В качестве примера можно привести «умную» розетку производства Arlight, способную коммутировать нагрузку мощностью до 2000 Вт. Этого достаточно, например, чтобы управлять большинством типов бытовых электронагревателей.

Также выпускаются модули с зажимами, включаемые между сетью электропитания и управляемым прибором при стационарной установке. Подобные модули, применительно к системам «умного света», обеспечивают включение/выключение, диммирование, регулировку цвета или оттенка белого (набор функций зависит от конкретной модели).

Беспроводные панели с проколом Z-Wave — Беспроводные панели Arlight, работающие по протоколу Z-Wave

Управлять освещением по Z-Wave можно с панелей, которые не отличаются по внешнему виду и пользовательскому интерфейсу от привычных выключателей, диммеров и т. п. Например, Arlight выпускает для протокола Z-Wave три варианта сенсорных панелей: диммирование, управление цветом, управление оттенком белого. Эти панели монтируются в обычные установочные коробки.

Также освещением по протоколу Z-Wave удобно управлять со специального пульта ДУ, который внешне ничем не отличается, скажем, от привычного нам пульта ДУ телевизора. Сигналы управления идут непосредственно на устройства Z-Wave, никакого шлюза не требуется. Но в отличие от обычных пультов ДУ, использующих инфракрасные лучи, в таких пультах сигнал передается с помощью радиоволн на частоте 869 МГц.

При необходимости возможно управлять освещением по Z-Wave и с компьютера, для этого к нему подключается специальный шлюз.

Развитие стандарта

Для протокола Z-Wave стандартизированы чипы, используемые в оборудовании. Развитие данной технологии беспроводной передачи информации сопровождается сменой поколений таких чипов. В 2018 г. выпущено 7-е поколение, обеспечивающее, по сравнению с предыдущим, большую дальность связи при прочих равных условиях, а также лучшую защиту передаваемой информации.

Преимущества и недостатки

Стандарт Z-Wave применяется с середины 2000-х годов, производство оборудования для него хорошо отработано. Устройства с автономным питанием способны длительное время (до 1 года) работать от сменной литиевой батарейки.

К недостаткам можно отнести относительно небольшую дальность связи (не более 20 — 30 м в реальных условиях).

Для сетей Z-Wave, как правило, используются частоты ниже 1 ГГц. Выделенные для Z-Wave частоты не так загружены, как диапазон 2,4 ГГц, поэтому при установке и эксплуатации аппаратуры, работающей по данному протоколу, не приходится решать проблемы борьбы с помехами. Но частотные диапазоны для Z-Wave в разных странах различные. То есть оборудование должно специально производиться для той страны, где оно будет использоваться. Чтобы такой проблемы не возникло, оборудование надо покупать не в зарубежных интернет-магазинах, а у бренда, имеющего сильные позиции на местном рынке, например, у Arlight.

Хотя протокол Z-Wave поддерживается международным альянсом, производство чипов контролируется одной компанией, в настоящее время — Silicon Labs. Это обеспечивает полную совместимость разнообразного оборудования, если оно работает в одном частотном диапазоне.

Развитие протокола

Для Z-Wave создано приложение MY ZIPATO, предоставляющее удаленный доступ к системе, и позволяющее создавать сложные сценарии управления светом.

В декабре компания Silicon Labs объявила об открытии спецификаций сетевого уровня и протокола обмена информацией Z-Wave для всех желающих. Это позволит в будущем расширить круг производителей оборудования с поддержкой Z-Wave.