Z-Wave

Вашему вниманию максимум информации о технологии Z-Wave.

Что такое Z-Wave?

Это европейский стандарт домашней автоматизации, поддерживаемый более чем 150 компаниями, и разработанный датской компанией Sigma Designs, созданный конкретно для домашней автоматизации, в первую очередь для управления жилыми и коммерческими объектами:

  1. Квартир
  2. Коттеджей
  3. Небольших офисов

Сейчас он стал уже международным стандартом беспроводной домашней автоматизации (869 МГц для России, 868 МГц для Европы, 908 МГц для США,...), основные данные:

  1. Более 200 компаний присоединились к данному стандарту по всему миру
  2. Более 700 совместимых продуктов
  3. Для России выпускают более 37 производителей оборудования
  4. Сертификация, гарантирующая полную совместимость продуктов разных компаний
  5. Mesh network с маршрутизацией — огибает препятствия
  6. Двухсторонний обмен данными: запросы и обновление статусов, отчѐты о доставке
  7. Радио обмен с низкими задержками на скорости 40 кбит/с
  8. Низкий уровень излучения: менее 1 мВт
  9. Низкий уровень энергопотребления: устройства работают от батареек до года и даже до двух лет
  10. Устанавливается в готовом жилье без ремонта и изменения существующей электрической проводки
  11. Формат «сделай сам» (DIY) — обеспечивает простоту установки

Всё это очень важные моменты, гарантирующие работоспособность систем "Умный Дом" на основе Z-Wave, и в отличие от остальных производителей в данном сегменте рынка, наводнённого китайской продукцией невысокого качества, позволяют смело использовать устройства разных производителей, имеющих лейбл Z-Wave на коробке.

Логотипы стандарта Z-Wave

Что позволяет Z-Wave?

Возможности технологии весьма обширны:

  1. Управление освещением (реле/димеры)
  2. Управление шторами, рольставнями и воротами и другими моторами (10-230 В)
  3. Включение/выключение любых нагрузок до 3.5 кВт (модуль в розетку или встраиваемое реле)
  4. Дистанционное управление с ПДУ
  5. Управление обогревом (электрические тѐплые полы с защитой от перегрева, электро котлы и радиаторы,термостаты для водяных клапанов радиаторов)
  6. Управление кондиционерами (через ИК интерфейс имитируя пульт)
  7. Детектирование тревожных событий (датчики движения, открытия двери/окна, протечки, сухие контакты)
  8. Мониторинг состояния (датчики температуры,влажности, освещѐнности)
  9. Управление A/V аппаратурой (по протоколу Z-Wave или ИК интерфейс имитируя пульт)
  10. Связь с любым программным обеспечением через ПК контроллер
  11. Сбор данных со счѐтчиков, приборов учитывающих потребление

Этот список определяет основные направления использования Z-Wave в плане автоматизации, охватывая все аспекты построения систем такого уровня. А если Вам требуется расширить данный функционал, наши специалисты имея огромный опыт в промышленной автоматизации, готовы решить задачи практически любой сложности.

Аналоги

Что ещё предлагает рынок в сфере технологии умного дома?

  1. Проводные технологии (BACNet, LON, KNX,...) Устанавливаются при строительстве. Дорогие. Используются на дорогих объектах и в коммерческой недвижимости
  2. PLC-технологии (X10, Homeplug AV) Ограничены розетками, чувствительны к качеству электросети
  3. Радио шины (EnOcean, ZigBee, Z-Wave) Простые в установке, не требуют ремонта, привлекательны по цене

Немного подробнее остановимся на анализе беспроводных технологий, как наиболее перспективного направления:

Технология Надёжность Безопасность Низкий уровень излучения Простота использования Приемлемая цена Защита инвестиций* Совместимость
27 и 433 МГц НетНетДаДаДаНетНет
Закрытые протоколы**Част.Част.ДаДаДаНетНет
WiFi / WLAN / 6LoPANДаДаНетДаДаНетНет
ZigBeeДаДаДаДаДаНетНет
EnOceanДаНетДаДаДаДаДа
Z-WaveДаДаДаДаДаДаДа

*Оценивается возможность ухода с рынка производителя автоматики.

**Технологии умного дома созданные одним производителем, не предоставляющим другим производителям технической документации на них.

Кратко дадим анализ представленных данных, первая строчка это китайские производители, производящие устройства для разрешённых во многих странах частот, большое разнообразие, но серьёзные проблемы с надёжностью. Второй строчкой идут компании продвигающие свои "know how", главная проблема - риски, компания может свернуть производство или быть перекуплена, в результате Вы можете потерять свои "инвестиции", оставшись без возможности приобрести или починить отдельные компоненты. На третьей строчке всем уже хорошо знакомый WiFi, с уровнем сигнала почти 100мВт, как следствие с большим уровнем потребления, требующим проведения в помещении низковольтной питающей сети.

Теперь главные игроки. ZigBee - формат набирающий популярность в управлении и контроле автоматикой различных уровней, встречается у производителей серьёзных решений промышленной автоматизации. Но есть большое НО, является открытым, а посему производители достаточно вольно относятся к его реализации, и не факт что два устройства смогут "договориться" между собой. EnOcean - серьёзный "зелёный" новичок, более направлен к экономии энергии, чем на автоматику, в ближайшее время, альянс Z-Wave.Me планирует решения на совмещении двух технологий на одном контроллере. Увидим - сообщим.

Завершает таблицу Z-Wave, определим его для себя кратко - стандарт разработанный американской корпорацией специально для домашней автоматизации, поэтому везде ДА.

Более 200 производителей в мире согласны с этим

Производители оборудования Z-Wave

Наиболее известные из них:

  1. Danfoss (№1 в Европе в области отопления)
  2. Leviton (№1 в США производитель выключателей)
  3. ADT (№1 в США в области безопасности частных домов)
  4. Horstmann (Secure) (крупнейший производитель отопительного оборудования)

А среди компаний успешно применяющих технологии умного дома Z-Wave:

  1. Verizon (оператор мобильной связи №2 в США)
  2. NTT Docomo (оператор мобильной связи №1 в Японии)
  3. E-On (поставщик электроэнергии №2 в Германии)
  4. Wynn Hotel в Лас Вегасе (2700 комнат)

Устройства в сети Z-Wave

Контроллер (Controller) - знает всю топологию сети, может сам рассчитывать маршруты до всех узлов сети

  1. Портативный контроллер (Portable controller). Может передвигаться в сети, не участвует в маршрутизации, ему можно только ответить(ПДУ)
  2. Статический контроллер (Static Controller). Всегда находится в одном месте, не участвует в маршрутизации, маршрут к нему всегда известен(ПК, центральная панель)

Дочерние (Slave) - не знают маршрутов вовсе или знают маршруты только к некоторым узлам сети. Маршруты устанавливаются контроллером

  1. Простое дочернее устройство. Не знает никаких маршрутов, может только отвечать на запросы(Исполнительное устройство)
  2. Маршрутизирующее дочернее устройство. Может помнить маршруты к 5 устройствам (Исполнитель с возможностью отправки «непрошеных» сообщений или датчик)
  3. Продвинутое маршрутизирующее дочернее устройство. Может помнить маршруты ко всем (232) устройствам сети

Роль контроллера в сети Z-Wave:

  1. Создатель сети
  2. Раздаѐт NodeID (включает/исключает)
  3. Единственный держит актуальную таблицу маршрутов и топологию сети
  4. Предоставляет информацию о топологии другим контроллерам
  5. Вычисляет маршруты для дочерних устройств

Работа устройств в эфире:

  1. Постоянно слушающее (Mains Powered,Listening).Участвует в маршрутизации, помогая другим устройствам. Требует питания ~220/230 В,-3В (Статический контроллер, исполнитель или датчик)
  2. Спящее (Sleeping)Не маршрутизирует.Просыпается по расписанию или по запросу пользователя/окружения: нажатие клавиши,замыкание контактов(Датчик, ПДУ)
  3. Часто слушающий (Frequently Listening Routing Slave, FLiRS)Не маршрутизирует. Просыпается раз в 0.25 с или 1 с на ~10 мс. Если в эфире присутствует «пакет пробуждения» (wakeup beam), то FLiRS просыпается и получает пакет. Медленное взаимодействие, макс. время — 0.25 с или 1с.Исполнители (сирены, звонки, замки)

Забегая вперёд отметим, что ПК контроллер удобен для:

  1. настройки сети
  2. настройки параметров устройств и ассоциаций
  3. управления со смартфонов (шлюз на TCP/IP)
  4. организации шлюза на другие технологии
  5. резервного копирования

Но не обязателен. Построение ассоциаций - а именно простых управляемых решений и действий в доме, может вполне обходиться и без его участия.

Оборудование Z-Wave

А вот так вот выглядит пример построения маршрута передачи сигналов в сети Z-Wave (например датчик открытия двери №2 хочет включить сирену №7 и ему "помогают" в этом устройство №5 и №3), что обеспечивается уникальной структурой строения протокола Z-Wave:

Маршрутизация Z-Wave

Безопасность в Z-Wave

"Всё что один человек сделал, другой завсегда сломать сможет." Эту старую истину IT-сфера уже не раз подтверждала. Обладая необходимыми знаниями, специализированным дорогостоящим оборудованием и находясь в радиусе действия сети имеется возможность проникновения в сеть управления Умным домом. Как же Z-Wave противостоит этому?

В Z-Wave есть полноценное шифрование AES с длиной ключа 128 бит, оно реализовано в оконных системах, дверных замках и ПК контроллерах, остальные устройства слабо восприимчивы к взлому. Поэтому нет поводов для беспокоится, технология весьма устойчива к взлому.

А в завершении хотелось бы отметить два важных момента, критичных для подбора и работы оборудования Z-Wave - это рабочая частота и работа устройств на батарейках.

Рабочие частоты

Вполне возможно Вы решите приобрести опробовать оборудование Z-Wave в действие сами, тогда будьте внимательны, диапазоны частот разнятся для разных стран. Так частоты Европы и РФ очень близки друг другу и оборудование строится на одном исполнительном чипе ZW0301, но вот работать в одной сети они не смогут! Странно но, это не мешает даже многим российским интренет-магазинам торговать оборудованием предназначенным для разных стран.

РегионСтандартЧастота
Австралия AS/NZS 4268 921.42 МГц
Бразилия ANATEL Resolution 506 921.42 МГц
Гонконг HKTA 1035 919.82 МГц
Индия - 865.22 МГц
Китай TBD 868.42 МГц
Малайзия - 868.10 МГц
Мексика FCC CFR47 Part 15.249 908.42 МГц
ОАЭ EN 300 220 868.42 МГц
Россия ГКРЧ/EN 300 220 869.00 МГц
CEPT EN 300 220 868.42 МГц
Сингапур TS SRD/EN 300 220 868.42 МГц
США/Канада FCC CFR47 Part 15.249 908.42 МГц
ЮАР ICASA/EN 300 220 868.42 МГц
Япония 950 ARIB T96 951-956 МГц
Япония 920 ARIB STD-T108 922-926 МГц

Поэтому, убедительно просим Вас обращать внимание на частоты и страну, для которой произведено устройство.

Работа от батареек

Весьма важный вопрос касающийся работы беспроводной системы. Батарейки устанавливаются в большинстве датчиков, их ресурс конечно же ограничен. Почти все такие устройства сообщают контроллеру уровень заряда, что позволяет ему в свою очередь сообщить пользователю о необходимости скорой замены.

Головной модуль устройств ZM3102 потребляет:

  1. 2.5 µА в режиме сна
  2. 23 мА в режиме приѐма
  3. 36 мА в режиме передачи

Непрерывная работа ZM3102 от двух батареек AA(1000 мАч):

  1. 45 лет в режиме сна
  2. 1.8 дня в режиме приѐма
  3. 1 день в режиме передачи

Конечно же многое зависит от режима использования, но даже если мы добавим такой естественный фактор как саморазряд батареек, в среднем устройство может спокойно работать 1.5-2 года. Дополнительно раз в год наши операторы сообщат Вам о необходимости проведения сервисного обслуживания системы, включающую замену элементов питания