Comprendre z

Au fur et à mesure que les applications basées sur les réseaux de capteurs sans fil, la domotique et l'IoT se multipliaient, le besoin d'un protocole de communication alternatif en plus des protocoles Bluetooth, Wi-Fi et GSM classiques devenait évident. Plusieurs technologies telles que Zigbee et Bluetooth Low Energy (BLE) ont été développées comme alternatives, mais une technologie hors du commun, développée pour servir spécifiquement les applications domotiques était Z-Wave. Pour l'article d'aujourd'hui, nous examinerons les aspects techniques de Z-wave, ses fonctionnalités de différenciation, la norme et bien plus encore.

Qu'est-ce que Z-Wave

Z-Wave est un protocole de communication sans fil développé principalement pour une utilisation dans les applications domotiques. Il a été développé en 1999 par Zensys, basé à Copenhague, en tant que mise à niveau d'un système de contrôle de la lumière grand public qu'ils ont créé. Il a été conçu pour fournir la transmission fiable et à faible latence de petits paquets de données à l'aide d'ondes radio à faible énergie à des débits allant jusqu'à 100 kbit / s avec un débit allant jusqu'à 40 kbit / s (9,6 kbit / s en utilisant d'anciennes puces) et sont convient aux applications de contrôle et de capteur.

Sur la base de la topologie du réseau maillé et fonctionnant dans la bande de fréquences ISM 800-900 MHz sans licence (la fréquence réelle varie), les appareils basés sur Z-Wave sont capables d'atteindre une distance de communication allant jusqu'à 40 mètres, avec la capacité supplémentaire des messages à sauter entre jusqu'à 4 nœuds. Toutes ces fonctionnalités en font un protocole de communication approprié pour les applications domotiques telles que le contrôle de l'éclairage, les thermostats, les commandes de fenêtres, les serrures, les ouvre-portes de garage et bien d'autres, tout en évitant les congestions problématiques associées au Wi-Fi et Bluetooth en raison de leur utilisation du Bandes 2,4 GHz et 5 GHz.

Comment fonctionne le protocole Z-Wave?

Pour comprendre le fonctionnement du protocole Z-Wave, analysons le sujet en trois sections principales, à savoir l'architecture du système Z-Wave, la transmission / réception de données, le routage et la connexion à Internet.

Architecture du système Z-Wave:

Chaque réseau Z-wave comprend deux grandes catégories d'appareils;

1. Contrôleur / Maître (s)
2. Des esclaves

Le maître sert généralement d' hôte du réseau Z-Wave auquel d'autres appareils (esclaves) peuvent être connectés. Il est généralement livré avec un NetworkID préprogrammé (parfois appelé HomeID) qui est attribué à chaque esclave (qui ne vient pas avec un ID préprogrammé) lorsqu'ils sont ajoutés au réseau via un processus appelé «inclusion ». Outre le HomeID, pour chaque appareil ajouté au réseau Z-wave, un ID appelé NodeID est généralement attribué par le contrôleur. Le NodeID est unique sur chaque réseau (pour chaque HomeID), en tant que tel, il est utilisé pour adresser et principalement reconnaître chaque appareil sur un réseau particulier.

L'intention de l'inclusion est similaire à la façon dont un routeur attribue des adresses IP aux périphériques sur son réseau, tandis que les maîtres sont similaires aux routeurs / passerelles / concentrateurs de périphériques, la seule différence étant la relation de maillage que les maîtres ont avec les esclaves du réseau. Pour supprimer des nœuds d'un réseau Z-Wave, un processus appelé « exclusion » est exécuté. Lors de l'exclusion, l'ID du domicile et l'ID du nœud sont supprimés de l'appareil. L'appareil est réinitialisé à l'état d'usine par défaut (les contrôleurs ont leur propre ID domestique et les esclaves n'ont pas d'ID domestique).

Le HomeID et le NodeID mentionnés ci-dessus sont les deux systèmes d'identification définis par le protocole Z-wave pour une organisation aisée du réseau Z-wave.

Le HomeID est l'identification commune de tous les nœuds qui font partie d'un réseau Z-Wave particulier, tandis que le NodeID est l'adresse de nœuds individuels au sein d'un réseau.

Les HomeID sont généralement préprogrammés et uniques, et ils définissent le réseau Z-wave particulier. Ils ont une longueur de 32 bits, ce qui signifie qu'il est possible de créer jusqu'à 4 milliards (2 ^ 32) différents HomeID et différents réseaux Z-wave. L'ID de nœud, en revanche, n'est qu'un octet (8 bits) de longueur, ce qui signifie que nous pourrions avoir jusqu'à 256 (2 ^ 8) nœuds dans un réseau.

En plus de permettre un adressage facile des nœuds, le système d'identification permet d'éviter les interférences dans les réseaux Z-wave car deux nœuds avec des HomeID différents ne peuvent pas communiquer même s'ils ont le même NodeID. Cela signifie que vous pouvez déployer deux réseaux z-wave côte à côte sans qu'une charte d' interférence du réseau A ne soit reçue par B.

Transmission, réception et acheminement des données:

Dans les réseaux sans fil typiques, le contrôleur / maître central a une connexion sans fil directe et un à un aux nœuds du réseau. Aussi utile que soit cet agencement pour ces protocoles, il crée une limitation autour de la transmission de données de telle sorte que «le périphérique A» ne pourra pas interagir avec le «périphérique B» s'il y a une rupture de lien entre l'un d'eux et le maître. Ce n'est cependant pas le cas pour les ondes Z grâce à sa topologie de réseau maillé et à la capacité des nœuds Z-wave à transmettre et à répéter des messages vers d'autres nœuds. Cela garantit que la communication peut être établie avec tous les nœuds d'un réseau, même lorsqu'ils ne sont pas à portée directe du contrôleur. Pour mieux comprendre cela, considérez l'image ci-dessous;

L'illustration du réseau Z-wave montre que le contrôleur peut communiquer directement avec les périphériques 1, 2 et 4, tandis que le nœud 6 est en dehors de sa portée radio. Cependant, en raison des fonctionnalités décrites précédemment, le nœud 2 assumera un statut de répéteur / transitaire et étendra la portée du contrôleur au nœud 6 de sorte que tout message en-tête vers le nœud 6 passera par le nœud 2. sont appelés routes et contribuent à la flexibilité et à la robustesse des réseaux Z-wave. Pour déterminer les itinéraires que les messages doivent parcourir pour atteindre un nœud particulier, les réseaux Z-wave utilisent un outil appelé table de routage.

Chaque nœud d'un réseau Z-wave est capable de déterminer les autres nœuds (appelés voisins) dans sa zone de couverture sans fil directe et pendant l'inclusion ou plus tard, le nœud informe le contrôleur de ces voisins. À l'aide de la liste des voisins de chaque nœud, le contrôleur crée une table de routage qui est utilisée pour mapper des routes vers des nœuds qui sont en dehors de la portée sans fil directe du contrôleur.

Il est important de noter que tous les nœuds ne peuvent pas être configurés comme redirecteurs. Le protocole Z-wave permet uniquement aux nœuds qui sont branchés (non alimentés par batterie) de servir de «nœuds de routage».

Connexion à Internet:

En utilisant l'approche récente «Passerelle / Agrégateur» par d'autres protocoles, un système Z-Wave peut être contrôlé via Internet à l'aide d'une passerelle Z-Wave ou d'un contrôleur (maître) servant à la fois de contrôleur de concentrateur et de portail vers l'extérieur. La passerelle Delock 78007 Z-Wave® en est un exemple.

Alliance Z-Wave

Alors que les premiers appareils basés sur Z-wave ont été lancés dès 1999, la technologie n'a vraiment pris son essor qu'en 2005, lorsqu'un groupe de sociétés comprenant le géant de la domotique Leviton, Danfoss et Ingersoll-Rand a adopté Z-Wave et a formé une alliance. appelé l'Alliance Z-Wave.

L'Alliance a été formée pour promouvoir l'utilisation et l'interopérabilité de la technologie Z-Wave et des appareils qui en découlent. Dans cette optique, l'alliance développe et maintient la norme Z-wave, et certifie tous les appareils basés sur Z-Wave pour s'assurer qu'ils sont conformes à la norme. L'alliance a commencé avec 5 entreprises membres, mais compte maintenant plus de 600 entreprises produisant plus de 2600 appareils certifiés Z-Wave.

Différence entre Z-Wave et d'autres protocoles

Pour comprendre pourquoi il est judicieux d'avoir un autre protocole de communication comme Z-wave, nous le comparerons avec d'autres protocoles de communication utilisés dans la domotique, notamment; Bluetooth, WiFi et Zigbee

Z-wave vs Bluetooth:

L'avantage le plus prononcé de Z-Wave par rapport à Bluetooth est la portée. Les ondes Z ont une zone de couverture effectivement plus grande que Bluetooth. En outre, les signaux Bluetooth sont sujets aux interférences et aux interruptions car ils envoient et reçoivent des informations sur la bande 2,4 GHz, concurrençant ainsi la bande passante avec les appareils basés sur WiFi utilisant la même bande de fréquences.

Avec Z-wave, plutôt que de rendre le réseau plus lent ou bruyant, chaque répéteur de signal Z-wave fonctionne ensemble pour rendre le réseau plus fort, de sorte que plus vous avez d'appareils, plus il est facile de créer un réseau robuste, capable de contourner obstacles.

Z-wave vs WiFi:

Comme Bluetooth, les réseaux WiFi sont également sensibles aux interférences, aux interruptions et aux problèmes liés à la portée et, en tant que tels, fonctionnent sous les réseaux basés sur Z-wave dans ces circonstances.

Outre la concurrence pour la bande passante avec les appareils Bluetooth, les appareils WiFi se font également concurrence, ce qui pourrait affecter la force du signal et la vitesse du réseau dans les foyers où de nombreux appareils sont basés sur le WiFi. Ce n'est pas le cas avec Z-wave car le réseau s'épanouit avec l'ajout de plus d'appareils au réseau.

Les appareils WiFi, cependant, ont un avantage par rapport aux ondes Z. Ils sont capables d'envoyer des informations plus volumineuses comme des flux vidéo HD et plus, tandis que les réseaux basés sur Z-wave sont capables de gérer de petits octets de données comme des données de capteur ou des instructions pour allumer / éteindre une ampoule.

Z-wave contre Zigbee:

Zigbee est une autre technologie sans fil et comme Z-wave, elle a été conçue en pensant à la domotique et aux réseaux de capteurs sans fil à proximité. Comme Z-wave, il est basé sur la topologie du réseau Mesh et chaque appareil sur un réseau Zigbee contribue à renforcer le signal. Cependant, contrairement à Z-wave, il fonctionne sur la bande de fréquences 2,4 GHz, ce qui signifie qu'il est également en concurrence pour la bande passante avec le WiFi et le Bluetooth et peut également être sujet aux interférences et aux problèmes de vitesse du réseau qui leur sont associés.

Une autre différence dont je vous laisserai le soin de décider de l'importance est le fait que, bien que Z-Wave soit une technologie propriétaire (bien qu'il soit prévu de rendre le logiciel open source), Zigbee est open-source.

Avantages et inconvénients de la Z-Wave

Comme toutes choses, Z-Wave présente à la fois des avantages et des inconvénients. Nous en discuterons les uns après les autres.

Avantages de Z-Wave

Certains des avantages des ondes Z comprennent:

1. La capacité de prendre en charge 232 appareils en théorie et au moins 50 en pratique.
2. Les signaux peuvent voyager jusqu'à 50 pieds à l'intérieur permettant des obstructions et jusqu'à 100 pieds sans obstruction. Cette portée est considérablement étendue à l'extérieur. Avec les quatre sauts entre les appareils améliorant encore la portée, la couverture ne sera pas un problème dans les maisons connectées tentaculaires.
3. L'alliance Z-wave est composée de jusqu'à 600 fabricants produisant plus de 2600 appareils certifiés pour assurer la compatibilité.
4. Moins d'interférences grâce à la bande ISM utilisée.
5. Moins de points morts par rapport aux autres réseaux, grâce à la topologie maillée robuste
6. Il est abordable et facile à utiliser.

Contre Z-Wave

Contrairement à certains des autres protocoles de communication, Z-Waves a été spécialement conçu pour être utilisé dans les applications domotiques, en tant que tel, il a été adapté aux besoins de l'application et présente très peu d'inconvénients. Cependant, les limites réalisables de 50 appareils plutôt que les 232 notionnels peuvent être un défi dans les maisons où plus de 50 appareils doivent être déployés.

En outre, son incapacité à soutenir le transfert de gros octets de données le rend moins utile dans des applications telles que la vidéosurveillance, où des mégaoctets de données doivent être diffusés entre les appareils finaux.

Conclusion

Les ondes Z sont à la domotique ce que LoRa est au paysage plus large de l'IoT. Le plus grand avantage qu'il a sur tous les autres protocoles dans le créneau de la domotique est le fait qu'il a été conçu pour ce créneau. Cela signifie qu'il fonctionnera généralement mieux que d'autres protocoles conçus pour une consommation plus large, et qu'il fonctionnera relativement bien pour au moins 80% des applications de ce créneau.