Comprendre les réseaux Z-Wave, les nœuds et les appareils

Comprendre les réseaux Z-Wave, les nœuds et les appareils

Z-wave La technologie de la maison d'automatisation comprend trois couches. La couche radio, la couche réseau et la couche d'application fonctionnent ensemble pour créer un réseau robuste et fiable permettant de communiquer de nombreux nœuds et dispositifs de communiquer simultanément.

• Couche radio: Définit la manière dont un signal est échangé entre le réseau et le matériel radio physique. Cela inclut la fréquence, le codage, l'accès matériel, etc.
• Couche réseau: Définit comment les données de contrôle sont échangées entre deux périphériques ou nœuds. Cela inclut l'adressage, l'organisation de réseau, le routage, etc.
• Couche d'application: Définit quels messages doivent être gérés par des applications spécifiques afin d'accomplir des tâches particulières telles que la commutation d'une lumière ou de modifier la température d'un dispositif de chauffage.

La couche de réseau

La couche de réseau Z-Wave contrôle la manière dont les données sont échangées entre différents périphériques (nœuds) sur le réseau, il se compose de trois sous-couches.

• Couche d'accès aux médias (Mac): Contrôle l'utilisation de base du matériel sans fil - Ces fonctions sont invisibles à l'utilisateur final.
• Couche de transport: Contrôle le transfert de message, garantissant une communication sans erreur entre deux nœuds sans fil. L'utilisateur final ne peut influencer les fonctions de cette couche, mais les résultats de cette couche sont visibles.
• Couche de routage: Gère les fonctionnalités de "maillage" de Z-Wave pour optimiser la plage de réseau et s'assurer que les messages se rendre à leur nœud de destination. Cette couche utilisera des nœuds supplémentaires pour re-envoyer le message si la destination est en dehors de la plage "directe" du nœud de transmission.

L'accès aux médias (Mac) et les couches de transport ont expliqué

Cherchez plutôt l'envoi d'un message texte, vous ne pouvez pas voir comment les informations se transfèrent sur votre téléphone. Vous supposez que cela est envoyé et sera reçu et lu par le destinataire. De même, les technologies d'automatisation de la maison sans fil utilisent les mêmes principes pour permettre la communication entre les nœuds de l'expéditeur et du récepteur.

De temps en temps, un message peut être perdu.

Dans le cas d'un téléphone mobile, cela pourrait être dû à une réception médiocre. Dans le cas d'un réseau domotique d'automatisation, il pourrait être dû à des interférences ou de positionnement du récepteur trop loin de l'expéditeur. Dans un réseau simple, l'expéditeur ne reçoit aucun retour sur le point de savoir si le message a été reçu et si la commande a été exécutée correctement. Cela peut entraîner des problèmes de stabilité, à moins que l'installation n'ait été planifiée et testée correctement.

Z-Wave est l'une des technologies sans fil les plus fiables, chaque commande envoyée est acquittée par le récepteur qui envoie un reçu de retour à l'expéditeur. Cela ne garantit pas que le message a été livré correctement, cependant, l'expéditeur aura une indication qu'une situation a changé ou une erreur s'est produite.

Le reçu de retour est appelé Reconnaître (ack). Un émetteur-récepteur Z-Wave va essayer jusqu'à trois fois d'envoyer un message en attendant un ack. Après trois tentatives infructueuses, l'émetteur-récepteur Z-Wave abandonnera et signalera un message d'échec à l'utilisateur. Le nombre de tentatives infructueuses est également un bon indicateur de la qualité de connexion sans fil du réseau.

Utiliser des nœuds pour une communication réussie

Un réseau est constitué d'au moins deux nœuds. Pour pouvoir communiquer entre eux, les nœuds doivent avoir accès à un média commun ou doivent avoir "quelque chose en commun".

Dans la plupart des cas, il s'agit d'un support de communication physique comme un câble. Le support de communication pour la radio (sans fil) est l'air, qui est également utilisé par toutes sortes de technologies différentes - TV, Wi-Fi, téléphones mobiles, etc. Par conséquent, chaque type de "réseau" doit avoir un protocole défini qui permet à la Différents nœuds d'un réseau à s'identifier et à exclure les messages d'autres sources de radio.

Chaque nœud du réseau doit également avoir une identification unique pour la distinguer des autres nœuds du même réseau.

Le protocole Z-Wave définit deux identifications pour l'organisation du réseau.

• le Home ID est l'identification commune de tous les nœuds appartenant à un réseau logique Z-Wave. Il a une longueur de 4 octets = 32 bits.
• le ID de nœud est l'adresse d'un seul noeud sur le réseau. L'ID de nœud a une longueur de 1 octet = 8 bits.

Les nœuds avec différents identifiants de maison ne peuvent pas communiquer mutuellement, mais ils peuvent avoir un identifiant de nœud similaire. En effet, les deux réseaux sont isolés les uns des autres.

Sur un seul réseau (une seule pièce d'identité), deux nœuds ne peuvent pas avoir d'identifiants de nœud identiques. Cela signifie que chaque nœud peut être adressé individuellement vous offrant un contrôle complet de votre propre système de domotique.

Dispositifs

Z-Wave a deux types de base de l'appareil:

• Contrôleurs - des périphériques qui contrôlent d'autres appareils Z-Wave
• Des esclaves - Dispositifs contrôlés par d'autres périphériques Z-Wave.

Les contrôleurs sont programmés en usine avec un identifiant de maison, cela ne peut pas être modifié par l'utilisateur. Les esclaves ne possèdent pas d'identifiant de maison pré-programmé car ils prennent l'identifiant de la maison attribué par le réseau.

Le contrôleur principal comprend d'autres nœuds dans le réseau en leur attribuant son propre identifiant de maison. Si un nœud accepte l'identifiant de la maison du contrôleur principal, ce nœud devient une partie du réseau. Le contrôleur principal attribue également un ID de nœud individuel à chaque nouveau périphérique ajouté au réseau. Ce processus est connu comme Inclusion.

 

	Définition	Dans le contrôleur	Dans l'esclave
Home ID	L'identifiant de la maison est l'identification commune d'un réseau Z-Wave	L'identifiant de la maison est déjà défini comme défaut d'usine	Aucun identifiant à la maison en cas d'usine
ID de nœud	L'ID de nœud est l'identification individuelle (adresse) d'un nœud dans un réseau commun.	Contrôleur a son identifiant de noeud gagné prédéfiné (typiquement 0x01)	Attribué par le contrôleur principal

Tableau 1 - Comparaison d'identification de la maison et de nœud

Maillage et routage

Dans un réseau sans fil typique, le contrôleur central a une connexion sans fil directe à tous les autres nœuds de réseau. Cela nécessite une liaison radio directe. Cependant, s'il y a une perturbation, le contrôleur n'a pas de route de sauvegarde pour atteindre les nœuds et la communication se cassera.

Figure 6 - Réseau sans routage

Le réseau radio dans Figure 6 est un réseau non routé. Les nœuds deux, trois et quatre se trouvent dans la plage de radio du contrôleur. Le nœud 5 est en dehors de la plage de radio et ne peut pas être atteint par le contrôleur.

Cependant, Z-Wave offre un mécanisme très puissant pour surmonter cette limitation. Les nœuds Z-Wave peuvent transmettre et répéter des messages à d'autres nœuds qui ne sont pas dans la plage directe du contrôleur. Cela permet à Z-Wave de créer des réseaux très flexibles et robustes. La communication peut être apportée à tous les nœuds du réseau, même si elles sont en dehors de la plage directe ou si la connexion directe est interrompue.

Figure 7 - Réseau Z-Wave avec routage

Le réseau Z-Wave avec routage (Figure 7) montre que le contrôleur peut communiquer directement avec les nœuds 2, 3 et 4. Le nœud 6 est situé à l'extérieur de sa plage de radio, il se trouve dans la plage de radio de nœud 2. Par conséquent, le contrôleur peut communiquer au nœud 6 via le nœud 2. Ceci est appelé un "itinéraire".

En utilisant ce système de routage, les signaux Z-Wave peuvent même travailler autour des coins! D'autres technologies fonctionnent sur la "ligne de vue" où chaque émetteur doit avoir une vue directe du récepteur, mais Z-Wave envoie simplement le signal sur un petit détour autour d'un obstacle en utilisant un autre nœud.

Le routage de Z-Wave peut s'adapter automatiquement à toute modification du réseau. Par exemple figure 8montre que la communication directe entre le nœud 1 et le nœud 2 est bloquée. Mais il est toujours possible pour le nœud 1 de communiquer avec le nœud 6 en utilisant le nœud 3 comme répéteur supplémentaire.

Les nœuds plus dans un réseau, plus le réseau devient flexible et robuste.

Z-Wave est capable de rouler des messages via quatre nœuds répétés jusqu'à quatre nœuds répétitifs. Il s'agit d'un compromis entre la taille du réseau et la stabilité et le délai maximum qu'un message est autorisé à voyager dans le réseau.

Figure 8 - Distance maximale entre deux nœuds via quatre répéteurs

Itinéraires de construction dans un réseau Z-Wave

Chaque nœud est capable de déterminer quels nœuds sont dans sa plage directe sans fil. Ces nœuds sont appelés voisins. Pendant l'inclusion et plus tard sur demande, le nœud est capable d'informer le contrôleur de sa liste de voisins. En utilisant ces informations, le contrôleur est capable de créer une table contenant toutes les informations sur les itinéraires de communication possibles dans un réseau. Cette table de routage peut être accessible par l'utilisateur et il existe plusieurs solutions logicielles, typiquement appelées outils d'installation, qui visualisent la table de routage vous aidant à optimiser la configuration du réseau.

Figure 9 - Routage dans un réseau Z-Wave

Le diagramme ci-dessus (figure 9) Affiche un réseau maillé Z-Wave, avec un contrôleur et cinq nœuds. Le contrôleur peut communiquer directement avec le nœud 2 et 3. Il n'y a pas de connexion directe au noeud 4, 5 et 6. La communication au nœud 4 fonctionne via le nœud 2 ou via le nœud 3.

 

Tableau 2 - Table de routage du réseau Z-Wave

Le routage de ce réseau est indiqué dans Tableau 2 - Les lignes contiennent les nœuds source et les colonnes contiennent les nœuds de destination. Une cellule avec "1" indique que les nœuds sont des voisins et un "0" montre qu'il n'y a pas de chemin de communication direct. Le tableau indique également la connexion entre le nœud source 1 et le nœud de destination 4. La cellule entre le nœud 1 et 4 est marquée "0". Par conséquent, le réseau achemine le signal via le nœud 3 qui est dans la plage directe du nœud 1 et du nœud 4.

Figure 10 - Rrouling Netwo Alternative Z-Wave

Un autre exemple (figure 10) Affiche que le nœud 6 ne peut communiquer que avec le reste du réseau à l'aide du nœud 5 comme répéteur. Étant donné que le contrôleur n'a pas de connexion directe au nœud 5, le contrôleur doit utiliser l'une des voies suivantes: "1 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6" ou "1 -> 2 -> 5 ->6”.

Un contrôleur essaiera toujours d'abord de transmettre son message directement à la destination. Si cela n'est pas possible, il utilisera sa table de routage pour trouver le meilleur moyen de la destination. Le contrôleur peut sélectionner jusqu'à trois itinéraires alternatifs et tentera d'envoyer le message via ces itinéraires. Seulement si les trois itinéraires échouent (le contrôleur ne reçoit pas d'accusé de réception de la destination), le contrôleur signalera une défaillance.

Types de nœuds de réseau

Les esclaves sont classés comme des esclaves "standard" ou "routage". UNE routage esclave Comprend des capacités de routage avancées.

La différence entre les trois types de noeuds différents est leur connaissance de la table de routage réseau et de leur capacité à envoyer des messages au réseau.

 

	Voisins	Route	Fonctions possibles
Manette	Connaît tous les voisins	A accès à une table de routage complète	Peut communiquer avec chaque appareil du réseau, si la route existe
Trimer	Connaît tous les voisins	N'a aucune information sur la table de routage	Ne peut répondre qu'au nœud qu'il a reçu le message. Par conséquent, ne peut pas envoyer de messages non sollicités
Routage esclave	Connaît tous les voisins	A une connaissance partielle de la table de routage	Peut répondre au nœud qu'il a reçu le message de et peut envoyer des messages non sollicités à un certain nombre de nœuds prédéfinis qu'il a également un itinéraire

Propriétés des modèles de périphérique Z-Wave

Trimer	Des appareils alimentés installés fixes comme des interrupteurs muraux, des gradateurs muraux ou des contrôleurs aveugles vénitiens
Routage esclave	Dispositifs à piles et appareils mobiles applicables Comme par exemple des capteurs avec le fonctionnement de la batterie, des bouchons de mur pour les types Schuko et Plug, les thermostats et les appareils de chauffage avec le fonctionnement de la batterie et toutes les autres applications esclaves

Applications typiques pour esclaves

Défis dans les configurations de réseau typiques

Z-Wave Network commence généralement comme un petit réseau étendu au fur et à mesure que vous en avez besoin. Un petit réseau peut être constitué d'une télécommande et d'un couple de commutateurs ou de gradateurs. La télécommande sert de contrôleur principal et comprend et contrôle les commutateurs et les gradateurs.

Pendant l'inclusion, les gradateurs et les commutateurs doivent être installés à leur emplacement final afin de s'assurer qu'une liste correcte des voisins sera reconnue et rapportée.

Ce type de configuration réseau fonctionne bien tant que la télécommande peut atteindre toutes les commutateurs et gradateurs directement (le nœud à contrôler est "dans la plage"). Si le nœud contrôlé n'est pas dans la plage, l'utilisateur peut ressentir des retards, car la télécommande doit d'abord détecter la structure du réseau avant de contrôler l'appareil.

Si un périphérique était inclus et déplacé ensuite à une nouvelle position, ce dispositif particulier ne peut être contrôlé que par la télécommande si elle est en rang direct. Sinon, la communication échouera, car l'entrée de la table de routage pour ce périphérique particulier est incorrecte et que la télécommande n'est pas en mesure de faire une analyse réseau au moment de l'opération.

Réseau Z-Wave avec un contrôleur statique

Un autre réseau typique est constitué d'un contrôleur statique - principalement du logiciel PC plus un dongle USB de Z-Wave ou une passerelle IP avec un nombre de commutateurs et de gradateurs.

Réseau Z-Wave avec contrôleur statique unique

Le contrôleur statique est le contrôleur principal et comprend tous les autres appareils.

Étant donné qu'un contrôleur statique est lié à un certain emplacement, les autres périphériques Z-Wave doivent être inclus tout en étant en portée directe avec le contrôleur statique. Ils seront généralement installés à leur emplacement final après inclusion.

Réseaux avec plusieurs contrôleurs

Dans un réseau plus vaste, plusieurs contrôleurs travailleront ensemble. Un contrôleur statique est utilisé pour la configuration et la gestion du système et une ou plusieurs télécommandes effectuent certaines fonctions dans différents endroits.

Réseau Z-Wave avec des contrôleurs de Muliples

Si un réseau a plusieurs contrôleurs, l'utilisateur doit déterminer lequel des contrôleurs sera le contrôleur principal.

L'inclusion d'un contrôleur statique est un défi, si les périphériques doivent être déplacés vers leur emplacement final par la suite. Une ré-organisation de réseau doit être effectuée.

Les contrôleurs statiques sont généralement plus fiables et ne sont pas facilement perdus. Ils offrent généralement des fonctions de sauvegarde pour remplacer le matériel en cas de dégâts graves.

Réseau avec contrôleur portable comme contrôleur principal

Les télécommandes sont plus vulnérables aux dommages et aux pertes. Les commandes généralement distantes n'offrent pas de fonction de sauvegarde. Si le contrôleur principal a été endommagé ou perdu, une ré-inclusion complète de l'ensemble du réseau devrait être effectuée. Cependant, des dispositifs peuvent être inclus après leur installation, ce qui entraîne un réseau beaucoup plus stable et aucun besoin de réorganisation de réseau.

Le choix du contrôleur principal - statique ou portable - dépend davantage de votre préférence personnelle plutôt que d'une nécessité technique.

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