Zrozumienie Z-Wave sieci, węzłów i urządzenia

Zrozumienie Z-Wave sieci, węzłów i urządzenia

Z-Wave. technologia automatyki domowej składa się z trzech warstw. Prace Warstwa radio, warstwy sieci i aplikacji, tworząc solidną i niezawodną sieć, która umożliwia liczne węzły i urządzenia do komunikowania się ze sobą jednocześnie.

• Radio Warstwa: Określa sposób sygnał jest wymienianych między siecią a fizycznym sprzętem radiowym. Obejmuje to częstotliwość, kodowania, dostęp do sprzętu, itd.
• Warstwa sieci: Określa, w jaki sposób dane sterujące są wymieniane pomiędzy dwoma urządzeniami lub węzłów. Obejmuje to rozwiązania, organizacja sieci, routing, itd.
• Warstwa aplikacji: określa, które komunikaty muszą być obsługiwane przez konkretnych aplikacji w celu realizacji określonych zadań, takich jak włączenie światła lub zmianę temperatury urządzenia grzewczego.

Warstwa sieci

Kontrole Z fali warstwy sieciowej wymianę danych między różnymi urządzeniami (węzłów) w sieci, składają się z trzech warstw podrzędnych.

• Media Access Layer (MAC): Kontrole podstawowe wykorzystanie sprzętu bezprzewodowego - funkcje te są niewidoczne dla użytkownika końcowego.
• Warstwa transportowa: Przelew wiadomość Controls, zapewniając bezbłędną komunikację pomiędzy dwoma węzłami bezprzewodowymi. Użytkownik końcowy nie może wpływać na funkcje tej warstwy, ale wyniki tej warstwy są widoczne.
• Warstwa routingu: Zarządza „siatka” zdolności Z-Wave, aby zmaksymalizować zasięg sieci i zapewnienia wiadomości dostać się do swojego węzła docelowego. Warstwa ta będzie używać dodatkowych węzłów, aby ponownie wysłać wiadomość, jeśli cel jest poza „bezpośredniego” zasięgu węzła nadawczego.

Uzyskaj dostęp do mediów (MAC) oraz transport Warstwy Poradnik

Raczej jak wysyłanie wiadomości tekstowych, nie można zobaczyć, jak transfery danych z telefonu do nich. Można zakładać, że to jest wysyłane i odbierane i zostaną odczytane przez odbiorcę. Podobnie, technologie bezprzewodowe automatyki domowej stosować te same zasady w celu umożliwienia komunikacji między nadajnikiem i odbiornikiem węzłów.

Zdarza się, że wiadomość może się zgubić.

W przypadku, gdy mobilnego telefonu, może to być spowodowane złym odbiorze. W przypadku sieci automatyki domowej może to być spowodowane zakłóceniami lub umieszczenie odbiornika zbyt daleko od nadawcy. W prostej sieci, nadawca nie otrzymuje opinię na temat tego, czy komunikat został odebrany i czy polecenie zostało wykonane prawidłowo. Może to powodować problemy ze stabilnością, chyba że instalacja została zaplanowana i przetestowane prawidłowo.

Z-Wave jest jednym z najbardziej niezawodnych technologii bezprzewodowych, wszystkich wysłanych komenda zostanie potwierdzony przez odbiorcę, który wysyła potwierdzenie powrotu do nadawcy. To nie gwarantuje, że wiadomość została dostarczona poprawnie, jednak nadawca otrzyma informację, że sytuacja się zmieniła, czy wystąpił błąd.

Pokwitowanie powrót nazywa Potwierdzenie (ACK). Z-Wave Transceiver postara się, aby trzy razy, aby wysłać wiadomość podczas oczekiwania na ACK. Po trzech nieudanych próbach radiotelefon Z-Wave da się i zgłosić wiadomość awaryjności dla użytkownika. Liczba nieudanych prób jest również dobrym wskaźnikiem jakości połączeń bezprzewodowych sieci.

Korzystanie Węzły dla skutecznej komunikacji

Sieć składa się z co najmniej dwoma węzłami. Aby być w stanie komunikować się ze sobą, węzły muszą mieć dostęp do wspólnej mediach lub muszą mieć „coś wspólne”.

W większości przypadków jest to fizyczne media komunikacyjne, takie jak kabel. Media komunikacyjne dla radia (bezprzewodowe) jest powietrzem, który jest również wykorzystywany przez wszelkiego rodzaju różnych technologii - TV, Wi-Fi, telefonów komórkowych itp. Dlatego każdy rodzaj "sieci" musi mieć określony protokół, który umożliwia Różne węzły jednej sieci do identyfikacji siebie i wykluczyć wiadomości z innych źródeł radiowych.

Każdy węzeł w sieci musi również mieć unikalną identyfikację, aby odróżnić go od innych węzłów w tej samej sieci.

Protokół Z-Wave określa dwie identyfikacje dla organizacji sieci.

• ten Identyfikator domu jest wspólną identyfikacją wszystkich węzłów należących do jednej logicznej sieci Z-Wave. Ma długość 4 bajtów = 32 bitów.
• ten Identyfikator węzła jest adresem pojedynczego węzła w sieci. Identyfikator węzła ma długość 1 bajtu = 8 bitów.

Węzły z różnymi identyfikatorami domowymi nie mogą się ze sobą komunikować, ale mogą mieć podobny identyfikator węzła. Dzieje się tak dlatego, że dwie sieci są odizolowane od siebie.

W jednej sieci (jeden identyfikator domu) dwa węzły nie mogą mieć identycznych identyfikatorów węzłów. Oznacza to, że każdy węzeł można indywidualnie kierować, zapewniając pełną kontrolę nad własnym systemem automatyki domowej.

Urządzenia

Z-Wave ma dwa podstawowe typy urządzeń:

• Kontrolery - Urządzenia kontrolujące inne urządzenia Z-Wave
• Niewolnicy. - Urządzenia kontrolowane przez inne urządzenia Z-Wave.

Sterowniki są fabrycznie zaprogramowane za pomocą identyfikatora głównego, nie można go zmienić przez użytkownika. Niewolnicy nie mają wstępnie zaprogramowanego identyfikatora domu, ponieważ biorą identyfikator domu przypisany do nich przez sieć.

Podstawowy kontroler obejmuje inne węzły do ​​sieci, przypisując je własnym identyfikatorem domu. Jeśli węzeł akceptuje identyfikator domu głównego kontrolera, ten węzeł staje się częścią sieci. Podstawowy kontroler przypisuje również indywidualny identyfikator węzła do każdego nowego urządzenia, który jest dodawany do sieci. Ten proces jest znany jako Włączenie.

 

	Definicja	W kontrolerze.	W niewolniku.
Identyfikator domu	Identyfikator domu jest powszechną identyfikacją sieci Z-Wave	Identyfikator domu jest już ustawiony jako domyślny fabrycznie	Nie ma identyfikatora domowego w fabryce
Identyfikator węzła	Identyfikator węzła to indywidualna identyfikacja (adres) węzła w ramach wspólnej sieci	Kontroler ma swój wygrany identyfikator węzła predefiniowany (zazwyczaj 0x01)	Przypisany przez główny kontroler

Tabela 1 - Porównanie ID domu i ID węzła

Miłość i routing.

W typowej sieci bezprzewodowej Kontroler centralny ma bezpośrednie połączenie bezprzewodowe ze wszystkimi innymi węzłami sieciowymi. Wymaga to bezpośredniego połączenia radiowego. Jednakże, jeśli istnieje zakłócenie, sterownik nie ma żadnej trasy kopii zapasowej, aby dotrzeć do węzłów i komunikacji pęknie.

Rysunek 6 - Sieć bez routingu

Sieć radiowa w Rysunek 6. jest nieodłączną siecią. Węzły dwa, trzy i cztery znajdują się w zakresie zakresu radia kontrolera. Węzeł 5 znajduje się poza zakresem radiowym i nie można go osiągnąć przez sterownik.

Jednak Z-Wave oferuje bardzo potężny mechanizm do przezwyciężenia tego ograniczenia. Węzły Z-Wave mogą naprzód i powtórzyć wiadomości do innych węzłów, które nie są w bezpośrednim zakresie kontrolera. Umożliwia to fali Z, aby stworzyć bardzo elastyczne i solidne sieci. Komunikacja może być wykonana do wszystkich węzłów w sieci, nawet jeśli znajdują się poza zasięgiem bezpośredniego lub jeżeli bezpośrednie połączenie zostanie przerwane.

Rysunek 7 - Sieć Z-Wave z routingiem

Sieć Z-Wave z routingiem (Rysunek 7.) pokazuje, że kontroler może komunikować się bezpośrednio z węzłami 2, 3 i 4. Węzeł 6 leży poza zasięgiem radiowym, jest jednak w zakresie węzła radiowego 2. Dlatego kontroler może komunikować się z węzłem 6 przez węzeł 2. To jest zwana "trasą".

Korzystając z tego systemu routingu, sygnały fali Z mogą działać nawet w rogach! Inne technologie działają na "linii wzroku", gdzie każdy nadajnik musi mieć bezpośredni widok odbiornika, ale Z-Wave po prostu wysyła sygnał na małym objazdu wokół przeszkody za pomocą innego węzła.

Routing Z-Wave może automatycznie dostosować się do dowolnych zmian w sieci. Na przykład Cyfra 8Pokazuje, że bezpośrednia komunikacja między węzłem 1 a węzłem 2 jest zablokowana. Ale nadal można komunikować węzeł 1, używając węzła 3 jako dodatkowego repeatera.

Im więcej węzłów w sieci, tym bardziej elastyczne i solidne staje się sieć.

Z-Wave jest w stanie trafić wiadomości poprzez cztery powtarzające się węzły. Jest to kompromis między wielkością sieci i stabilnością, a maksymalny czas, w którym można podróżować w sieci.

Rysunek 8 - Maksymalna odległość między dwoma węzłami przez czterech repeaterów

Trasy budowlane w sieci Z-Wave

Każdy węzeł jest w stanie określić, które węzły są w bezpośrednim zakresie bezprzewodowym. Te węzły nazywane są sąsiadami. Podczas włączenia, a później na życzenie węzeł jest w stanie poinformować kontrolera o swojej liście sąsiadów. Korzystając z tych informacji, sterownik jest w stanie zbudować tabelę, która ma wszystkie informacje o możliwych trasach komunikacyjnych w sieci. Ta tabela routingu może być dostępna przez użytkownika i istnieje kilka rozwiązań oprogramowania, zazwyczaj nazywane narzędziami Instalatora, które wizualizują tabelę routingu, która pomaga zoptymalizować konfigurację sieci.

Rysunek 9 - Routing w sieci Z-Wave

Powyższy diagram (fIgure 9.) Pokazuje sieć ociśnieniowej Wave z jednego sterownika i pięciu węzłów. Kontroler może komunikować się bezpośrednio z węzłem 2 i 3. Nie ma bezpośredniego połączenia z węzłem 4, 5 i 6. Komunikacja do węzła 4 działa albo przez węzeł 2 lub przez węzeł 3.

 

Tabela 2 - Tabela routingu dla sieci Z-Wave

Routing dla tej sieci jest pokazane Tabela 2 - Wiersze zawierają węzły źródłowe, a kolumny zawierają węzły docelowe. Komórka z "1" wskazuje, że węzły są sąsiadami i pokazami "0" nie ma bezpośredniej ścieżki komunikacji. Tabela pokazuje również połączenie między węzłem źródłowym 1 a węzłem docelowym 4. Komórka między węzłem 1 a 4 jest oznaczona "0". Dlatego sieć trasuje sygnał za pomocą węzła 3, który jest w bezpośrednim zakresie węzła 1 i węzła 4.

Rysunek 10 - Alternatywa Z-Wave Netwo RRouting

Inny przykład (fIgure 10.) Pokazuje, że węzeł 6 może komunikować tylko z resztą sieci za pomocą węzła 5 jako repeater. Ponieważ kontroler nie ma bezpośredniego połączenia z węzłem 5, sterownik musi używać jednej z następujących tras: "1 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6" lub "1 -> 2 -> 5 ->6”.

Kontroler zawsze spróbuje najpierw przekazać swój komunikat bezpośrednio do miejsca docelowego. Jeśli nie jest to możliwe, użyje tabeli routingu, aby znaleźć następny najlepszy sposób do miejsca docelowego. Kontroler może wybrać do trzech alternatywnych tras i spróbuje wysłać wiadomość za pośrednictwem tych tras. Tylko jeśli wszystkie trzy trasy zawodzą (kontroler nie otrzymuje potwierdzenia od miejsca docelowego) Sterownik zgłosi awarię.

Rodzaje węzłów sieciowych

Niewolnicy są klasyfikowane jako "standardowe" lub "routing" niewolników. A Slave routingu. Obejmuje zaawansowane możliwości routingu.

Różnica między trzema różnymi typami węzłów jest ich znajomość tabeli routingu sieciowego i ich możliwości wysyłania wiadomości do sieci.

 

	Sąsiedzi	Trasa	Możliwe funkcje
Kontroler	Zna wszystkich sąsiadów	Ma dostęp do pełnej tabeli routingu	Może komunikować się z każdym urządzeniem w sieci, jeśli trasa istnieje
Niewolnik	Zna wszystkich sąsiadów	Nie ma informacji o tabeli routingu	Może odpowiedzieć tylko na węzeł, z którego otrzymał wiadomość. Dlatego nie może wysyłać niechcianych wiadomości
Slave routingu.	Zna wszystkich sąsiadów	Ma częściową wiedzę na temat stołu routingu	Może odpowiedzieć na węzeł, z którego otrzymał wiadomość i może wysłać niechciane wiadomości do wielu predefiniowanych węzłów, które ma też trasę

Właściwości modeli urządzeń Z-WAVE

Niewolnik	Naprawiono zainstalowane urządzenia zasilane sieciowe, takie jak przełączniki ścienne, ściemniacze ścienne lub sterowniki ślepe weneckie
Slave routingu.	Urządzenia obsługiwane bateryjnie i mobilne urządzenia do zastosowania jako na przykład czujniki z działaniem baterii, wtyczki ścienne dla typów schemanu i wtyczek, termostatów i grzejników z działaniem baterii i wszystkich innych aplikacji niewolników

Typowe zastosowania dla niewolników

WYZWANIA W typowych konfiguracjach sieci

Sieć Z-Wave zazwyczaj zaczyna się jako mała sieć, która jest rozszerzona, a kiedy potrzebujesz. Mała sieć może składać się z pilota i kilku przełączników lub ściemniaczy. Pilot działa jako podstawowy kontroler i zawiera i steruje przełącznikami i ściemniaczem.

Podczas włączenia ściemniacze i przełączniki należy zainstalować w swoim ostatecznym miejscu, aby upewnić się, że poprawna lista sąsiadów zostanie rozpoznana i zgłoszona.

Ten typ konfiguracji sieci działa dobrze, dopóki pilot może dotrzeć bezpośrednio do wszystkich przełączników i ściemniaczy (węzeł do sterowania jest "w zakresie"). Jeśli kontrolowany węzeł nie znajduje się w zasięgu, użytkownik może wystąpić opóźnienia, ponieważ pilot zdalnego sterowania musi najpierw wykryć strukturę sieciową przed kontrolowaniem urządzenia.

W przypadku, gdy urządzenie zostało zawarte i przeniesione później do nowej pozycji, ten konkretny urządzenie może być sterowany tylko przez pilota, jeśli jest w bezpośrednim zakresie. W przeciwnym razie komunikacja nie powiedzie się, ponieważ wpis tabeli routingu dla tego konkretnego urządzenia jest nieprawidłowe, a pilot nie jest w stanie wykonać skanowania sieciowego w momencie operacji.

Sieć Z-Wave z jednym statycznym sterownikiem

Kolejna typowa sieć składa się z statycznego sterownika - głównie oprogramowania PC plus Dongle USB Z-Wave lub bramę IP wraz z wieloma przełącznikami i ściemniaczami.

Sieć Z-Wave z pojedynczym statycznym sterownikiem

Sterownik statyczny jest głównym sterownikiem i zawiera wszystkie inne urządzenia.

Ponieważ kontroler statyczny jest związany z pewną lokalizacją, inne urządzenia Z-Wave muszą być zawarte podczas bezpośredniego zakresu z regulatorem statycznym. Zwykle zostaną zainstalowane w ich ostatecznej lokalizacji po włączeniu.

Sieci z wieloma kontrolerami

W większej sieci kilku kontrolerów będzie działać razem. Sterownik statyczny służy do konfiguracji i zarządzania systemem, a jeden lub kilka pilotów wykonuje pewne funkcje w różnych miejscach.

Sieć Z-Wave z kontrolerami MULIPLE

Jeśli sieć ma wiele kontrolerów, użytkownik musi określić, który z kontrolerów będzie głównym sterownikiem.

Włączenie kontrolera statycznego jest wyzwaniem, jeśli urządzenia muszą być przeniesione do ostatniego lokalizacji. Należy wykonać ponowną organizację sieci.

Sterowniki statyczne są zazwyczaj bardziej niezawodne i nie są łatwo zagubione. Zazwyczaj oferują funkcje tworzenia kopii zapasowych, aby wymienić sprzęt w przypadku ciężkich uszkodzeń.

Sieć z przenośnym sterownikiem jako regulator podstawowy

Zdalne sterowanie są bardziej narażone na uszkodzenia i straty. Zwykle zdalne sterowanie nie oferują funkcji kopii zapasowej. Jeśli główny kontroler został uszkodzony lub utracony, należy wykonać pełne ponowne włączenie całej sieci. Jednak urządzenia mogą być włączone po ich zainstalowaniu, co powoduje znacznie bardziej stabilną sieć i nie ma potrzeby reorganizacji sieciowej.

Wybór regulatora głównego - statycznego lub przenośnego - zależy od osobistej preferencji, a nie technicznej konieczności.

Vesternet jest wiodącym specjalistą do automacji domowej Europy, spójrz na nasz ogromny zakresProdukty z-wave.

Copyright 2012. Vesternet Sp. z o.o