Verständnis von Z-Wave-Netzwerken, Knoten und Geräten

Verständnis von Z-Wave-Netzwerken, Knoten und Geräten

Z-Welle Die Hausautomationstechnologie besteht aus drei Ebenen. Die Funkschicht, Netzwerkschicht- und Anwendungsschicht arbeiten zusammen, um ein robustes und zuverlässiges Netzwerk zu erstellen, mit dem zahlreiche Knoten und Geräte gleichzeitig miteinander kommunizieren können.

• Funkschicht: Definiert die Art und Weise, wie ein Signal zwischen dem Netzwerk und der physischen Radio-Hardware ausgetauscht wird. Dies beinhaltet Frequenz, Kodierung, Hardware-Zugriff usw.
• Netzwerkschicht: Definiert, wie Steuerungsdaten zwischen zwei Geräten oder Knoten ausgetauscht werden. Dies beinhaltet Adressierung, Netzwerkorganisation, Routing usw.
• Anwendungsschicht: Definiert, welche Meldungen von bestimmten Anwendungen behandelt werden müssen, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen, z. B. das Schalten eines Lichts oder der Änderung der Temperatur einer Heizeinrichtung.

Die Netzwerkschicht

Die Z-Wave-Netzwerkschicht steuert, wie Daten zwischen verschiedenen Geräten (Knoten) im Netzwerk ausgetauscht werden, es besteht aus drei Unterschichten.

• Medienzugriffsschicht (Mac): Steuert die grundlegende Verwendung der drahtlosen Hardware - diese Funktionen sind für den Endbenutzer unsichtbar.
• Transportschicht: Steuert die Nachrichtenübertragung, um eine fehlerfreie Kommunikation zwischen zwei drahtlosen Knoten sicherzustellen. Der Endbenutzer kann die Funktionen dieser Ebene nicht beeinflussen, die Ergebnisse dieser Schicht sind jedoch sichtbar.
• Routing-Layer.: Verwaltet die "Mesh" -Funktionen von Z-Wave, um den Netzwerkbereich zu maximieren, und stellen sicher, dass Nachrichten an ihren Zielknoten gelangen. Diese Ebene verwendet zusätzliche Knoten, um die Nachricht erneut zu senden, wenn das Ziel außerhalb des "direkten" Bereichs des übertragenden Knotens liegt.

Der Medienzugriff (MAC) und die Transportschichten erläutert

Ähnlich wie das Senden einer Textnachricht, können Sie nicht sehen, wie die Informationen von Ihrem Telefon an sie übertragen. Sie gehen davon aus, dass es gesendet und von dem Empfänger empfangen und gelesen wird. In ähnlicher Weise verwenden Wireless Home Automation Technologies die gleichen Prinzipien, um die Kommunikation zwischen Sender- und Empfängerknoten zu ermöglichen.

Gelegentlich kann eine Nachricht verloren gehen.

In einem Fall des Mobiltelefons könnte es auf einen schlechten Empfang zurückzuführen sein. Im Falle eines Heimautomatisierungsnetzwerks kann es auf Interferenzen oder Positionierung des Empfängers zu weit vom Absender zurückgeführt werden. In einem einfachen Netzwerk erhält der Absender kein Feedback, ob die Nachricht empfangen wurde und wenn der Befehl korrekt ausgeführt wurde. Dies kann Stabilitätsprobleme verursachen, es sei denn, die Installation wurde korrekt geplant und getestet.

Z-Wave ist die zuverlässigste drahtlose Technologien, jeder gesendete Befehl wird vom Empfänger bestätigt, der einen Rückgabemittel an den Absender sendet. Dies garantiert nicht, dass die Nachricht korrekt geliefert wurde. Der Absender ergibt jedoch einen Hinweis darauf, dass sich eine Situation geändert hat, oder ein Fehler ist aufgetreten.

Der Rückgangsbeleg wird aufgerufen Bestätigung (ACK). Ein Z-Wave-Transceiver versucht bis zu dreimal, eine Nachricht zu senden, während Sie auf ein ACK warten. Nach drei erfolglosen Versuchen gibt der Z-Wave-Transceiver auf, und meldet dem Benutzer eine Fehlermeldung. Die Anzahl der erfolglosen Versuche ist auch ein guter Indikator für die drahtlose Verbindungsqualität des Netzwerks.

Verwenden von Knoten für eine erfolgreiche Kommunikation

Ein Netzwerk besteht aus mindestens zwei Knoten. Um miteinander kommunizieren zu können, müssen die Knoten Zugriff auf ein gemeinsames Medium haben oder müssen "etwas gemeinsam" haben.

In den meisten Fällen handelt es sich um ein physisches Kommunikationsmedium wie ein Kabel. Die Kommunikationsmedien für Radio (drahtlos) ist die Luft, die auch von verschiedenen Technologien - TV, Wi-Fi, Mobiltelefonen usw. verwendet wird. Daher muss jeder Typ von "Network" ein definiertes Protokoll haben, das das ermöglicht verschiedene Knoten eines Netzwerks, um einander zu identifizieren und Nachrichten aus anderen Funkquellen auszuschließen.

Jeder Knoten im Netzwerk muss auch eine eindeutige Identifikation haben, um sie von anderen Knoten in demselben Netzwerk zu unterscheiden.

Das Z-Wave-Protokoll definiert zwei Identifikationen für die Organisation des Netzwerks.

• Die Home-ID. ist die gemeinsame Identifizierung aller Knoten, die zu einem logischen Z-Wave-Netzwerk gehören. Es hat eine Länge von 4 Bytes = 32 Bits.
• Die Knoten-ID. ist die Adresse eines einzelnen Knotens im Netzwerk. Die Knoten-ID hat eine Länge von 1 Byte = 8 Bits.

Knoten mit verschiedenen Home-IDs können nicht miteinander kommunizieren, aber sie haben möglicherweise eine ähnliche Knoten-ID. Dies liegt daran, dass die beiden Netzwerke voneinander isoliert sind.

In einem einzigen Netzwerk (eine Home-ID) können zwei Knoten nicht identische Knoten-IDs haben. Dies bedeutet, dass jeder Knoten individuell angesprochen werden kann, indem Sie eine vollständige Steuerung Ihres eigenen Hausautomationssystems ergeben.

Geräte

Z-Wave verfügt über zwei Grundtypen von Gerät:

• Controller - Geräte, die andere Z-Wave-Geräte steuern
• Sklaven - Geräte, die von anderen Z-Wave-Geräten gesteuert werden.

Controller sind werkseitig mit einer Home-ID programmiert, die nicht vom Benutzer geändert werden kann. Slaves haben keine vorprogrammierte Home-ID, da sie die von dem Netzwerk zugewiesene Home-ID annehmen.

Der primäre Controller enthält andere Knoten in das Netzwerk, indem sie ihnen eine eigene Home-ID zuweisen. Wenn ein Knoten die Home-ID der Primärsteuerung akzeptiert, wird dieser Knoten Teil des Netzwerks. Der primäre Controller weist jedem neuen Gerät auch eine individuelle Knoten-ID zu, die dem Netzwerk hinzugefügt wird. Dieser Prozess ist bekannt als Aufnahme.

 

	Definition	In der Steuerung	Im Sklaven
Home-ID.	Die Home-ID ist die gemeinsame Identifizierung eines Z-Wave-Netzwerks	Die Home-ID ist bereits als werkseitig eingestellt	Keine Home-ID auf der Werkseinstellung
Knoten-ID.	Die Knoten-ID ist die individuelle Identifikation (Adresse) eines Knotens innerhalb eines gemeinsamen Netzwerks	Controller hat seine gewonnene Knoten-ID vordefiniert (normalerweise 0x01)	Vom primären Controller zugewiesen

Tabelle 1 - Home-ID und Knoten-ID-Vergleich

Maschen und Routing.

In einem typischen drahtlosen Netzwerk verfügt der zentrale Controller über eine direkte drahtlose Verbindung zu allen anderen Netzwerkknoten. Dies erfordert eine direkte Funkverbindung. Wenn jedoch eine Störung vorliegt, hat der Controller keine Backup-Route, um die Knoten zu erreichen, und die Kommunikation wird brechen.

Abbildung 6 - Netzwerk ohne Routing

Das Funknetz in Abbildung 6. ist ein nicht geleitetes Netzwerk. Knoten zwei, drei und vier liegen im Funkbereich des Controllers. Knoten 5 liegt außerhalb des Funkbereichs und kann nicht vom Controller erreicht werden.

Z-Welle bietet jedoch einen sehr leistungsstarken Mechanismus, um diese Einschränkung zu überwinden. Z-Wave-Knoten können Nachrichten an andere Knoten weiterleiten und wiederholen, die sich nicht in direkter Reichweite des Controllers befinden. Dies ermöglicht die Z-Welle, sehr flexible und robuste Netzwerke zu erstellen. Die Kommunikation kann an alle Knoten innerhalb des Netzwerks vorgenommen werden, auch wenn sie außerhalb des Direktbereichs liegen oder wenn die direkte Verbindung unterbrochen wird.

Abbildung 7 - Z-Wave-Netzwerk mit Routing

Das Z-Wave-Netzwerk mit dem Routing (Abbildung 7.) zeigt, dass der Controller direkt mit den Knoten 2, 3 und 4 kommunizieren kann. Knoten 6 liegt außerhalb seines Funkbereichs, er liegt jedoch innerhalb des Funkbereichs des Knotens 2. Daher kann der Controller über den Knoten 2 mit dem Knoten 6 kommunizieren. Dies ist als "Route" genannt.

Mit diesem Routing-System können Z-Wave-Signale sogar um Ecken arbeiten! Andere Technologien arbeiten an 'Sichtlinie', in denen jeder Sender direkt vom Empfänger aufweisen muss, aber Z-Welle sendet das Signal einfach an einem kleinen Umweg um ein Hindernis mit einem anderen Knoten.

Das Routing von Z-Wave kann sich automatisch an alle Änderungen des Netzwerks anpassen. Zum Beispiel Abbildung 8zeigt, dass die direkte Kommunikation zwischen Knoten 1 und Knoten 2 blockiert ist. Es ist jedoch immer noch möglich, dass der Knoten 1 mit Knoten 6 mit Knoten 3 als zusätzlicher Repeater kommuniziert wird.

Je mehr Knoten in einem Netzwerk, desto flexibler und robust wird das Netzwerk.

Z-Welle kann Nachrichten über bis zu vier wiederholende Knoten weiterführen. Dies ist ein Kompromiss zwischen der Netzwerkgröße und der Stabilität, und die maximale Zeit, die eine Nachricht in das Netzwerk fahren darf.

Abbildung 8 - Maximaler Abstand zwischen zwei Knoten über vier Wiederholer

Bauwege in einem Z-Wave-Netzwerk

Jeder Knoten kann feststellen, welche Knoten sich in seinem direkten drahtlosen Bereich befinden. Diese Knoten werden Nachbarn bezeichnet. Während der Inklusion und später auf Anfrage kann der Knoten den Controller über seine Nachbarliste informieren. Mit dieser Information kann der Controller eine Tabelle erstellen, die alle Informationen über mögliche Kommunikationswege in einem Netzwerk enthält. Auf diese Routing-Tabelle kann vom Benutzer aufgerufen werden, und es gibt mehrere Softwarelösungen, die normalerweise als Installer-Tools bezeichnet werden, die die Routing-Tabelle visualisieren, die Ihnen dabei hilft, das Netzwerk-Setup zu optimieren.

Abbildung 9 - Routing in einem Z-Wave-Netzwerk

Das obige Diagramm (fIGURE 9.) Zeigt ein z-Wave-Netznetz mit einem Controller und fünf Knoten an. Der Controller kann direkt mit dem Knoten 2 und 3 kommunizieren. Es gibt keine direkte Verbindung zum Knoten 4, 5 und 6. Die Kommunikation zum Knoten 4 arbeitet entweder über den Knoten 2 oder über den Knoten 3.

 

Tabelle 2 - Routingtabelle für das Z-Wave-Netzwerk

Das Routing für dieses Netzwerk ist in gezeigt Tabelle 2 - Die Reihen enthalten die Quellknoten und die Säulen enthalten die Zielknoten. Eine Zelle mit "1" zeigt an, dass die Knoten Nachbarn sind, und ein "0" -Steilen gibt es keinen direkten Kommunikationspfad. Die Tabelle zeigt auch die Verbindung zwischen dem Quellknoten 1 und dem Zielknoten 4. Die Zelle zwischen dem Knoten 1 und 4 ist mit "0" gekennzeichnet. Daher leitet das Netzwerk das Signal über den Knoten 3, der sich in einem direkten Bereich des Knotens 1 als auch des Knotens 4 befindet.

Abbildung 10 - Alternative Z-Wave Netwo RROUTING

Ein anderes Beispiel (f10.) zeigt, dass der Knoten 6 nur mit dem Rest des Netzwerks mit Knoten 5 als Repeater kommunizieren kann. Da der Controller keine direkte Verbindung zum Knoten 5 hat, muss der Controller eine der folgenden Routen verwenden: "1 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6" oder "1 -> 2 -> 5 ->6”.

Ein Controller versucht immer zuerst, seine Nachricht direkt an das Ziel zu übertragen. Wenn dies nicht möglich ist, wird der Routing-Tisch den nächsten besten Weg zum Ziel finden. Der Controller kann bis zu drei alternative Routen auswählen und versuchen, die Nachricht über diese Routen zu senden. Nur wenn alle drei Routen fehlschlagen (der Controller wird keine Bestätigung vom Ziel erhalten), wird der Controller einen Fehler melden.

Arten von Netzwerkknoten

Slaves werden als "Standard" oder "Routing" -Slaves eingestuft. EIN Sklave zum Routing Enthält erweiterte Routing-Funktionen.

Die Differenz zwischen den drei verschiedenen Knotentypen ist ihr Wissen über die Netzwerk-Routing-Tabelle und ihre Fähigkeit, Nachrichten an das Netzwerk zu senden.

 

	Nachbarn	Route	Mögliche Funktionen
Regler	Kennt alle Nachbarn	Hat Zugriff auf einen vollständigen Routing-Tisch	Kann mit jedem Gerät im Netzwerk kommunizieren, wenn die Route existiert
Sklave	Kennt alle Nachbarn	Hat keine Informationen zum Routing-Tisch	Kann nur auf den Knoten antworten, dem er die Nachricht erhalten hat. Daher kann keine unerwünschten Nachrichten gesendet werden
Sklave zum Routing	Kennt alle Nachbarn	Hat teilweise Kenntnisse über den Routing-Tisch	Kann auf den Knoten antworten, den er die Nachricht von erhalten hat, und kann unerwünschte Nachrichten an eine Anzahl vordefinierter Knoten senden, die er auch eine Route hat

Eigenschaften der Z-Wave-Geräte-Modelle

Sklave	Feste installierte Netzbetriebene Geräte wie Wandschalter, Wanddimmer oder venezianische Blindcontroller
Sklave zum Routing	Batteriebetriebene Geräte und mobile Anwendbare Geräte, wie beispielsweise Sensoren mit Batteriebetrieb, Wandstecker für Schuko- und Steckertypen, Thermostate und Heizgeräte mit Batteriebetrieb und allen anderen Slave-Anwendungen

Typische Anwendungen für Sklaven

Herausforderungen in typischen Netzwerkkonfigurationen

Das Z-Wave-Netzwerk beginnt in der Regel als kleines Netzwerk, das als und wann erweitert wird. Ein kleines Netzwerk kann aus einer Fernbedienung und ein paar Schaltern oder Dimmern bestehen. Die Fernbedienung fungiert als Primärsteuerung und umfasst und steuert die Schaltern und Dimmer.

Während der Aufnahme sollten die Dimmer und Switches an ihrem Endort installiert werden, um sicherzustellen, dass eine korrekte Liste der Nachbarn anerkannt und gemeldet wird.

Diese Art der Netzwerkkonfiguration funktioniert gut, solange die Fernbedienung alle Switches und Dimmer direkt erreichen kann (der zu steuernde Knoten ist "in Reichweite"). Wenn der gesteuerte Knoten nicht im Bereich liegt, kann der Benutzer Verzögerungen erleben, da die Fernbedienung die Netzwerkstruktur zuerst erkennen muss, bevor Sie das Gerät steuern.

Falls ein Gerät aufgenommen und anschließend in eine neue Position verschoben wurde, kann dieses spezielle Gerät nur von der Fernbedienung gesteuert werden, wenn er sich in direkter Bereich befindet. Andernfalls fehlschlägt die Kommunikation, da der Routing-Tabelleneintrag für dieses spezielle Gerät falsch ist und die Fernbedienung im Moment des Betriebs keinen Netzwerk-Scan durchführen kann.

Z-Wave-Netzwerk mit einem statischen Controller

Ein anderes typisches Netzwerk besteht aus einem statischen Controller - meistens PC-Software sowie Z-Wave-USB-Dongle oder ein IP-Gateway zusammen mit einer Anzahl von Schaltern und Dimmern.

Z-Wave-Netzwerk mit einem einzelnen statischen Controller

Der statische Controller ist der primäre Controller und enthält alle anderen Geräte.

Da ein statischer Controller an einen bestimmten Ort gebunden ist, müssen die anderen Z-Wave-Geräte mit dem statischen Controller im direkten Bereich enthalten sein. Sie werden normalerweise an ihrem endgültigen Standort nach Aufnahme installiert.

Netzwerke mit mehreren Controllern

In einem größeren Netzwerk werden mehrere Controller zusammenarbeiten. Für die Konfiguration und Verwaltung des Systems wird ein statischer Controller verwendet, und eine oder mehrere Fernbedienungen führen bestimmte Funktionen an verschiedenen Stellen aus.

Z-Wave-Netzwerk mit MULLE-Controllern

Wenn ein Netzwerk mit mehreren Controllern verfügt, muss der Benutzer feststellen, welcher der Controller der primäre Controller ist.

Die Aufnahme eines statischen Controllers ist eine Herausforderung, wenn die Geräte anschließend an ihren endgültigen Ort verschoben werden müssen. Eine Netzwerk-Re-Organisation muss ausgeführt werden.

Statische Controller sind in der Regel zuverlässiger und sind nicht leicht verloren. Sie bieten in der Regel Backup-Funktionen an, um die Hardware bei schwerer Schäden zu ersetzen.

Netzwerk mit tragbarer Steuerung als Primärsteuerung

Fernbedienungen sind anfälliger für Schäden und Verlust. Normalerweise bieten Fernbedienungen keine Sicherungsfunktion. Wenn der primäre Controller beschädigt oder verloren wurde, müsste eine vollständige Wiedereingliederung des gesamten Netzwerks durchgeführt werden. Geräte können jedoch aufgenommen werden, nachdem sie installiert wurden, was zu einem wesentlich stabileren Netzwerk führt, und keine Network Re-Organization erforderlich.

Die Wahl des primären Controllers - statisch oder tragbar - hängt mehr über Ihre persönliche Präferenz anstelle von technischer Notwendigkeit ab.

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