Главная / База знаний

База знаний Zwopt

О протоколе Z-Wave

Z-Wave — это европейский стандарт домашней автоматизации, поддерживаемый более чем 150 компаниями, и разработанный датской компанией ZenSys (сейчас часть Sigma Designs). Все устройства, работающие на протоколе Z-Wave совместимы друг с другом, что подтверждается Z-Wave сертификацией. Использование радио шины позволяет устанавливать систему не изменяя уже существующую проводку, что существенно повышает привлекательность такого решения.


Технология Z-Wave разработана в расчёте, что основные параметры системы пользователь может изменять сам, не привлекая компанию-инсталятора. В то же время, по функционалу домашней автоматизации Z-Wave не уступает аналогам (KNX, LonWorks, C-Bus, EnOcean), являясь существенно более дешёвым решением. Использование в системе компьютерных контроллеров позволяет значительно расширить функционал, а также интегрировать Z-Wave в уже существующую систему автоматизации.


Протокол Z-Wave работает на частоте 869 МГц, что делает его мало чувствительным к помехам со стороны радио- и сотовых телефонов, бытовых приборов и компьютерных сетей Wi-Fi. Устройства сети Z-Wave являются не только передатчиками (выключателями) или исполнителями (реле, диммерами), но и ретрансляторами, т.е. способны участвовать в пересылке сигнала от одного устройства к другому, что позволяет обходить препятствия на прямом пути между устройствами, делая сеть более надёжной (так называемая ячеистая сеть, mesh network). Радиус действия устройств доходит до 30 метров, а сеть в целом может иметь размеры до 120-150 метров в диаметре.



Подробнее

Обзор протокола Z-Wave

Что такое Z-Wave?

Z-Wave — это распространённый радио протокол передачи данных, предназначенный для домашней автоматизации. Характерной особенностью Z-Wave является стандартизация от физического уровня, до уровня приложения. Т.е. протокол покрывает все уровни OSI классификации, что позволяет обеспечивать совместимость устройств разных производителей при создании гетерогенных сетей.

Что позволяет делать технология Z-Wave?

  • Управление освещением (реле/диммеры), шторами, рольставнями и воротами
  • Управление жалюзи и другими моторами (10-230 В)
  • Включение/выключение любых нагрузок до 3.5 кВт (модуль в розетку или встраиваемое реле)
  • Дистанционное управление с ПДУ
  • Управление обогревом (электрические тёплые полы с защитой от перегрева, электро котлы и радиаторы, термостаты для водяных клапанов радиаторов)
  • Управление кондиционерами (через ИК интерфейс имитируя пульт)
  • Детектирование тревожных событий (датчики движения, открытия двери/окна, протечки, сухие контакты)
  • Мониторинг состояния (датчики температуры, влажности, освещённости)
  • Управление A/V аппаратурой (по протоколу Z-Wave или через ИК интерфейс имитируя пульт)
  • Связь с любым программным обеспечением через ПК контроллер
  • Сбор данных со счётчиков

Какие задачи лучше всего решает Z-Wave?

Протокол Z-Wave был разработан для квартир и небольших домов. Обычно такие системы содержать от 5 до 100 устройств. Основная особенность Z-Wave состоит в том, что он относится к формату "сделай сам" (DIY), т.е. установку и настройку системы владелец жилья может сделать самостоятельно. Протокол разрабатывался специально для управления такими устройствами как свет, жалюзи, ворота, термостаты и другими путём передачи коротких команд, требующих небольшого энергопотребления. Типичные небольшие задачи, решаемые при помощи Z-Wave — это установка проходных выключателей, перенос выключателей на более удобный уровень, дистанционное управление воротами и жалюзи, включение света по датчикам движения. Все эти задачи не требуют перекладывания проводов. Существуют и более сложные проекты автоматизации квартир, не уступающие по сложности промышленным системам автоматизации.

Протокол передачи данных

Пройдёмся по всем уровням модели OSI (кроме отсутствующего представительного) и опишем основные характеристики Z-Wave.

Физический уровень

Передача данных осуществляется на частоте 869.0 МГц (Россия), 868.42 МГц (Европа, страны CEPT, Китай, Сингапур, ОАЭ, ЮАР), 908.42 МГц (США, Мексика), 921.42 МГц (Австралия, Бразилия, Новая Зеландия), 919.8 МГц (Гонконг), 865.2 МГц (Индия), 868.2 МГц (Малайзия), Япония (951-956 и 922-926 МГц). Модуляция FSK (частотная манипуляция). Скорость передачи: 42 кбит/с, 100 кбит/с и 9.6 кбит/с (для совместимостью со старыми устройствами). Скважность не более 1%. Предельная мощность передачи 1 мВт.

Канальный уровень

Используются пакеты с контролем целостности данных (контрольная сумма) и адресацией получателя и отправителя. В качестве получателя может использоваться multicast адрес или broadcast (в этом случае пакет принимается всеми участниками сети с включенным радио-модулем).

Сетевой уровень

Протокол Z-Wave определяет алгоритм маршрутизации, позволяющий передавать данные между устройствами вне прямой видимости. Все постоянно работающие узлы сети (бывают ещё спящие и "часто слушающие" узлы) могу участвовать в пересылке пакетов между другими участниками сети. Z-Wave использует механизм Source Routing, т.е. маршрут следования определяется отправителем. Broadcast и multicast пакеты не маршрутизируются. При невозможности найти нужный узел по маршрутам, записанным в памяти, существует механизм поиска узла по всей сети путём посылки специального пакета Explorer Frame (см. ниже) всем узлам сети. После успешного нахождения узла новый маршрут записывается отправителем в память для последующего использования.

Транспортный уровень

На данном уровне Z-Wave гарантирует подтверждение доставки и повторную отправку в случае, если пакет не был доставлен до получателя. Каждый узел, участвующий в пересылке, подтверждает факт получения сообщения. Для уменьшения загрузки эфира в Z-Wave используется механизм "молчаливых подтверждений": узел (А), передавший пакет следующему узлу (Б) на пути следования пакета не ждёт подтверждения от него, а видит, что Б отправил пакет дальше узлу С и воспринимает это как факт подтверждения успешной пересылки пакета от А к Б. Получив пакет, конечный узел передаёт назад подтверждения доставки, которое путешествует назад тем же маршрутом до исходного отправителя. Таким образом отправитель всегда знает, дошёл ли пакет до точки назначения или нет.

Сеансовый уровень

Используется только при использовании шифрования, где определяются короткие сеансы с одноразовым ключом.

Прикладной уровень

Z-Wave также определяет алгоритм интерпретации получаемых на прикладном уровне команд. Данный уровень описан набором Классов Команд (Command Classes). Для некоторых Классов существует несколько вариантов интерпретации команд, которые зависят от Класса Устройства (Device Class), определяющего тип устройства.

С 2012 года физический и канальный уровни протокола Z-Wave вошли в стандарт ITU-T G.9959 (рекомендации сектора стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи). Уровни от транспортного до канального реализованы в программном коде Sigma Designs и поставляются в прекомпилированном виде (в комплекте SDK). С одной стороны проприетарный код — это минус, но в закрытости данного протокола есть и свои плюсы: ни один производитель не может изменить нижние уровни протокола, что позволяет легче обеспечивать совместимость — все устройства основаны на одном хорошо отлаженном коде. Все команды в Z-Wave предельно компактно упакованы. Это нужно для уменьшения размера пакета, что положительно влияет на занимаемое в эфире время, а также на уменьшение потерь при передаче. Z-Wave предназначен для передачи коротких команд без открытия сессии, т.е. совсем не подходит для потоковой передачи потоковых данных. Максимальный полезный размер передаваемых данных составляет 46 байт (размер данных прикладного уровня без шифрования).

Решение на одном чипе

Теоретически реализовать протокол Z-Wave можно было бы на любом железе, но и здесь производитель протокола Sigma Designs (ранее Zensys, вошедшая в структуру Sigma Designs) предлагают собственное решение. Все устройства Z-Wave основаны на чипах одной серии от двух производителей (Sigma Designs и Mitsumi). Данные микросхемы доступны в двух вариантах: собственно чип и модуль, содержащий минимальный необходимый набор компонентов для роботы радио-модуля. Для многих устройств ещё может понадобиться дополнительно микросхема энергонезависимой памяти EEPROM, однако она не является обязательным компонентом. Чипы семейства Z-Wave — это ZW0201, более новый и 100% совместимый с предыдущим ZW0301, SD3402. На их базе сделаны модули ZM2102, ZM3102, ZM4101 и ZM4102. Все упомянутые чипы основаны на ядре Inventra, совместимом с Intel 8051. Чипы ZW0201 и ZW0301 имеют 2 Кб ОЗУ, 32 Кб ПЗУ, встроенные аппаратные SPI, UART, TRIAC, WUT, GPT, WatchDog, четыре 12-битных АЦП, ШИМ (PWM), 2 входа прерываний, а также Digital I/O ноги. Четвёртое поколение чипов SD3402 имеет 16 Кб ОЗУ, 64 Кб ПЗУ, 64 байта NVRAM, встроенные аппаратные SPI, UART, TRIAC, WUT, GPT, WatchDog, USB, IR-контроллер с обучающей функцией, аппаратный шифровальный модуль AES 128 бит, сканер 128 кнопок.

Sigma Designs анонсировала выход следующего 5 поколения чипов на первый квартал 2013 года. Стоит отметить, что каждое следующее поколение чипов отличается не только увеличенным набором встроенных аппаратных средств, но и меньшим энергопотреблением. Например, самый популярный модуль ZM3102 потребляет 36 мА в режиме отправки данных, 23 мА в режиме приёма и всего 2.5 мкА в режиме сна. Более подробную информацию о чипах и модулях можно получить на сайте Sigma Designs. Большинство устройств Z-Wave не содержат больше никаких микроконтроллеров, кроме модуля Z-Wave от Sigma Desgins и EEPROM (опционально). Это существенно упрощает разработку новых устройств и уменьшает их себестоимость.

Типы узлов

Выше мы уже упоминали о наличии маршрутизации в протоколе. Здесь стоит отвлечься и рассказать о разных типах узлов в Z-Wave.

Портативный контроллер (Portable Controller)

Устройство, хранящее информацию о соседях всех узлов сети (топологию сети) и способное на базе этой информации найти маршрут к любому узлу сети. Кроме того данное устройство может перемещаться в сети и способно достучаться до всех узлов сети из любой точки сети (конечно при условии, что сеть односвязна). К устройствам данного типа нельзя обратится, т.к. они не фигурируют в таблице маршрутизации (будучи портативными) — им можно только отвечать на их запрос. Возможное применение: пульт дистанционного управления. Такому прибору требуется энергонезависимая память EEPROM.

Статический контроллер (Static Controller)

Аналогичен портативному, но он не должен перемещаться в пространстве и призван быть всегда доступным другим участникам сети. Типичное применение: контроллер ПК, исполнитель. Такому прибору требуется энергонезависимая память EEPROM.

Дочернее устройство (Slave)

Устройство, способное только ответить на пришедший к нему запрос, т.к. не знает топологии сети и не хранит никаких маршрутов. Такие устройства могут быть только датчиками, питающимися от сети и опрашиваемыми другими узлами, или исполнителями. Они не умеют инициировать отправку данных самостоятельно (отправлять непрошенные пакеты — unsolicited packets). Таких устройств уже не производят, но на рынке они ещё остались.

Дочернее маршрутизирующее устройство (Routing Slave)

Устройство, способное хранить до 4 маршрутов для 5 узлов (так называемые "обратные маршруты"). Эти устройства могут инициировать отправку данных (отправлять непрошенные пакеты — unsolicited packets), а также могут быть спящими или "часто слушающими". Типичное применение: датчики, исполнители, неподвижные пульты управления (датчик движения, кнопка включения на батарейках).

Продвинутое дочернее маршрутизирующее устройство (Routing Enhanced Slave)

Как и дочернее маршрутизирующее устройство, но хранящее маршруты ко всем узлам сети, а не только к 5. Такому прибору требуется энергонезависимая память EEPROM.

Как мы видим, большинство узлов знает маршруты до некоторых узлов через своих соседей. Полные списки соседей всех узлов хранятся на контроллерах, которые полагаются на их достоверность при формировании маршрутов. Это означает, что все устройства (кроме портативных контроллеров) не следует перемещать в пространстве. Однако, с появлением функции Explorer Frame (см. ниже) это условие стало менее жёстким. После перемещения устройств сети нерабочие маршруты автоматически исправляются при первой необходимости.

Контроллеры (как статические, так и портативные) могут иметь разные роли в сети:

  • Первичный контроллер — координатор сети. Это единственный узел, способный включать в сеть новые узлы и исключать существующие. Он же хранит самую свежую информацию о топологии сети и может обновлять списки соседей для всех остальных (вторичных) контроллеров и формировать маршруты во всех дочерних узлах. Первичный контроллер может быть только один в сети. Обычно первичным является тот контроллер, с которого началось построение сети. Однако в дальнейшем первичный контроллер может включить в сеть новый контроллер, передав ему свою роль.
  • Вторичными контроллерами называются все остальные контроллеры в сети. Для нормально работы им следует периодически запрашивать информацию о топологии сети (соседях каждого узла) у первичного контроллера.

Построение сети и сосуществование нескольких сетей

Сеть Z-Wave определяется уникальным параметром Home ID (генерируется при создании сети генератором случайных чисел с шумом от радиоприёмника в качестве источника случайных числе или назначается Sigma Designs для старых контроллеров). На одной территории может сосуществовать несколько сетей Z-Wave с разными Home ID. При этом они не будут друг друга видеть и друг с другом взаимодействовать. Благодаря обязательному требованию скважности (не более 1% времени находится в состоянии передачи), эти сети не будут друг другу мешать. У каждого узла в сети есть свой уникальный Node ID, который присваивается первичным контроллером при включении устройства в сеть. Также при включении в сеть включаемое устройство запоминает Home ID первичного контроллера для дальнейшего общения. Сеть может содержать до 232 устройств. Включение происходит переводом контроллера в специальный режим Включения (Inclusion mode; обычно какой-то специальной кнопкой или комбинацией клавиш), а включаемого устройства в режим Обучения (Learn mode; обычно одинарным или тройным нажатием на кнопку). При этом контроллер и включаемое устройство должны находиться в прямой видимости. Многие современные (версии протокола 4.5x или 6.x) постоянно питающиеся (не спящие) устройства первые 3-5 минут после включения в сеть электропитания самостоятельно переходят в специальный режим обучения (Network Wide Inclusion, NWI), если они ещё не включены в сеть. При этом условие нахождения в прямой видимости уже не требуется. Это позволяет достаточно легко включать в сеть новые устройства, не бегая по дому. Исключение из сети происходит аналогично: контроллер переводится в режим Исключения (Exclusion mode), а дочерний узел в режим Обучения. После исключения Node ID и Home ID устройства сбросятся на 0 (для контроллеров NodeID сбросится на 1, а HomeID на заводское значение). Большинство устройств при исключении сбросит и все остальные пользовательские настройки на заводские значения. Стоит отметить, что устройство уже прописанное в одной сети не включится в другую сеть. Но исключить из сети может любой первичный контроллер (даже устройство не из своей сети). Контроллеры и дочерние устройства включаются в сеть и исключаются из неё одинаковым образом. При включение в сеть первичный контроллер получает информацию о типе включённого узла и его NIF (см. далее).

Работа от батареек

Большой плюс протокола Z-Wave — это возможность для устройств работать на батарейках. Существует два типа устройств, работающих от батареек:

  • Спящие. Такие устройства не будут участвовать в маршрутизации сети как ретранслятор, но сами могут использовать другие узлы для передачи своих пакетов. Оповещение о пробуждении, периоды просыпания и уход в сон регулируются Классом Команд Wakeup, т.е. на уровне приложения. Проснувшись, эти устройства сообщают, о своём пробуждении, ждут команд от других устройств сети, после чего засыпают назад. Чем раньше устройство уснёт, тем меньше будет израсходовано заряда батареек. При правильном управлении такими устройствами, они могут прожить на одном комплекте батареек год и более. Портативные контроллеры тоже являются спящими устройствами.
  • Часто слушающие (FLiRS = Frequently Listening Routing Slave) — это устройства просыпающиеся раз в 0.25 или 1 секунду на короткое время (несколько миллисекунд) для того, чтобы проверить, нет ли в эфире специального пакета "проснись" (wake up beam). Такой пакет им посылают другие устройства перед тем, как начать общение с ними. Данный пакет длится 0.25 или 1 секунду соответственно, занимает эфир на всё это время, и позволяет часто спящему устройству, ненадолго проснувшись, увидеть, что для него есть пакет. Увидев пакет "проснись", оно полноценно просыпается, принимает предназначенные для него данные, обрабатывает их, возможно, посылает ответ, после чего засыпает назад. Такой механизм позволяет создавать устройства, доступ к которым должен всегда, но возможности провести сеть электропитания к месту их установки нет возможности. Типичный пример таких устройств: дверные замки, сирены.

Commad Classes (Классы Команд)

Все данные уровня приложения передаются в виде коротких пакетов следующего вида:

Command Class ID
Command ID
<специфические данные для команды>

Сначала идёт Класс Команды, потом команда в этом классе, далее данные специфичные для этой команды. Благодаря строгому стандарту, описывающему Классы Команд, устройства разных производителей могут понимать друг друга без каких-либо проблем. Приведём пример популярных классов и опишем из назначение.

  • Basic — самый популярный класс, позволяющий устройствам разного типа быть совместимыми на минимальном уровне. Например, выключатель умеет посылать команды Включить/Выключить, которые диммер и реле будут интерпретировать как включение/выключение света, термостат как переход между режимами нормальный/энергосберегающий, а устройство управления жалюзи как ход/остановка движения ставней.
  • Switch Binary / Switch Multilevel — используются для управления освещением (реле/диммер), а также для управления моторами (для ставней или ворот).
  • Sensor Binary / Sensor Multilevel — для бинарного датчика (открытия двери, протечки, дыма, движения) и многопозиционного датчика (температуры, освещённости, влажности).
  • Meter — используется для снятия показаний и сброса накопленных значений счётчиков.
  • Association — позволяет устанавливать связи между устройствами. Например, на устройстве есть 3 кнопки. Для них есть 3 соответствующие кнопкам группы ассоциаций. При нажатии на кнопку посылаются команды Basic Set Включить соответствующей группе. Класс Association используется для ведения списка узлов в этой группе. Такой подход позволяет просто и эффективно настраивать прямые взаимосвязи между устройствами сети.
  • Configuration — позволяет менять некоторые заложенные производителем параметры устройств. Например, скорость диммирования света или чувствительность датчика движения.
  • Battery — позволяет запрашивать заряд батареек устройств.
  • Wakeup — для управление параметрами просыпания спящих устройств.
  • MultiChannel — используется для адресации к конкретной компоненте сложного устройства, состоящего из нескольких элементов. Обычные Классы Команд (Basic, Switch/Sensor Binary/Multilevel, Meter) инкапсулируются в команду данного класса с указанием номера элемента. Например, устройство может содержать два реле или три датчика (температуры, влажности и движения).

Список поддерживаемых устройством Классов Команд содержится в пакете NIF (Node Information Frame — пакет описания устройства). Благодаря ему можно определить Класс Устройства (Device Class, см. ниже) и список возможностей устройства. Этот пакет приходи первичному контроллеру при включении устройства в сеть, а также при нажатии один или три раза на кнопку (у большинства устройств, см. документацию к конкретному устройству).

Device Classes

Каждое устройство характеризуется своим функциональным типом (Классом Устройства, Device Class). Каждый класс определяет обязательные Классы Команд, поддерживаемые устройством, и способы интерпретации их команд. Например, команды класса команд Basic могут совершенно по-разному интерпретироваться для различных классов устройств: для двухпозиционного реле Basic Set 0 выключает, 1-99 или 255 включают, в то время как для термостата могут интерпретироваться как температура в единицах или 1/10 градусов Цельсия, т.е. от 0 до 255 или от 0 до 25.5 градусов, соответственно. Все остальные Классы Команд чётко прописаны вплоть интерпретации каждой команды.

Надёжность

Z-Wave — это ячеистая сеть (mesh network), где каждый узел знает окружающие его узлы и может направлять через них пакеты. Использование маршрутизации позволяет успешно преодолевать препятствия между узлами, не позволяющие им общаться напрямую. Однако перестановки мебели и другие изменения в обстановке, а также выход из строя одного узла могут привести к появлению нерабочих маршрутов. Для этого их нужно периодически обновлять. Первичный контроллер может это делать профилактически раз в неделю или по запросу пользователя. Но в протоколе Z-Wave есть и другое средство для замены нерабочих маршрутов рабочими, появившееся в версии протокола 4.5. Если узел не смог достучаться до точки назначения, он посылает всем соседям специальный пакет Explore Frame. Те в свою очередь распространяют его дальше по сети, пока какой-нибудь узел не скажет, что искомый узел нашёлся у него в прямой видимости. Таким образом отправитель найдёт новый маршрут и запомнит его в своих таблицах. Данный метод менее экономный, чем централизованное обновление маршрутов всей сети: для обхода умершего узла требуется, чтобы каждый узел обновил каждый маршрут, идущий через нерабочий, путём посылки Explorer Frame. Кроме того, использование Explorer Frame занимает около 0.5-1 секунды, и на это время сеть забивается этими пакетами. На пути следования может содержаться до 4 узлов передатчиков. Учитывая предельные расстояния между устройствами 10-30 метров в прямой видимости (зависит от антенн), можно сказать, что предельная дальность доставки пакета — 40-120 метров. Естественно при прохождении перекрытий и стен мощность сигнала существенно падает, что приводит и к уменьшению дальности передачи. На практике 4 этажный дом с общей площадью в 500 квадратных метров — это предел одной сети протокола Z-Wave с качественной передачей данных. Вывод простой: обновляйте маршруты после изменения топологии сети и перестановок мебели или используйте только устройства, основанные на версиях протокола 4.5x и 6.x.

Связь с ПК

Естественно при создании хоть сколько-нибудь достойной автоматизации встаёт вопрос о связи с ПО, работающем на ПК. Существует несколько программных комплексов для этой цели:

  • Z-Wave.Me Z-Way (универсальное ПО для Unix/Linux/Mac OS X/Windows с движком автоматизации и простым GUI, поставляется только B2B)
  • Mi Casa Verde Vera (с движком автоматизации и простым GUI, работает на роутерах под клоном OpenWRT, продаётся в виде коробки-роутера)
  • Fibaro Home Center (с движком автоматизации и простым GUI, работает собственном железе от Fibaro, продаётся в виде коробки)
  • Z-Wave.Me Z-Way.C (библиотека C для работы со стеком Z-Wave под Unix/Linux/Mac OS X/Windows, поставляется только B2B)
  • OpenZWave (библиотека C++ для работы с Z-Wave под Unix/Linux/Mac OS X/(возможно)Windows, Open Source)
  • HomeSeer (под Windows, платный)
  • Z-Command (под Windows, платный)
  • LinuxMCE (ОС на базе Linux для медиа-центров)

Кроме того, есть облачный сервис: Z-Wave.Me Z-Cloud (для Unix/Linux/Mac OS X/Windows, бесплатный)

Создание новых устройств

Sigma Designs продаёт не только чипы, но и DevKit — набор плат для прототипирования новых устройств. Считающие себя крутыми могут сразу делать прототипы на голых модулях ZM3102. Кроме того, для создания устройств Z-Wave вам понадобится SDK (Software Development Kit) от той же Sigma Desgins, которая имплементирует протокол Z-Wave вплоть до транспортного уровня включительно. Это сильно упрощает работу разработчиков, которым лишь нужно освоить этот API (с документацией на 500 страницах) и написать весь "пользовательский" код, реализующий прикладной уровень и поведение самого устройства (кнопки, экранчик, светодиоды и т.д.). Стоимость DevKit с SDK составляет $3000. В добавок к этом понадобится компилятор C51 от компании Keil (ныне принадлежит ARM). Ещё где-то $3000. И много-много терпения и навыков характерных для разработки emdedded устройств.

Безопасность

Естественно, будучи радио протоколом, Z-Wave достаточно легко прослушивается (ну, мы-то знаем, что на всю страну осталось совсем мало способных радиолюбителей :) Взломать можно любую систему — вопрос денег и времени. Став разработчиком железа, купив SDK и обретя много знаний можно сделать и не такое! Но учитывая, что это система домашней автоматизации света и климата, не думаю, что кому-то придёт в голову потратить пару сотен тысяч рублей на взлом вашей автоматизации. Лом стóит сильно дешевле! Но и здесь есть ответ параноикам: в Z-Wave есть полноценное шифрование AES с длиной ключа 128 бит. Естественно, шифрование накладывает свои ограничения: оно работает медленнее, т.к. уже не достаточно просто отправить пакет - надо до этого обменяться одноразовыми ключами (nonce). Потому шифрование реализовано пока только в оконных системах, дверных замках и ПК контроллерах.

А как же конкуренты?

Говорить здесь о проводных технологиях — смысла нет. У них совсем разные характеристики и применение. В готовых объектах, созданных без закладки проводов во все важные места квартиры, можно использовать только радио технологии автоматизации. Кто же ещё есть в беспроводном мире?

  • 433 МГц — дешёвая и широко распространённая технология.
    • Плюсы — дёшево и сердито, большая дальность (частота ниже), малая цена
    • Минусы — полная несовместимость устройств разных производителей (т.е. завязка на одном), нестыкуемость комплектов (полное отсутствие масштабируемости), обычно без маршрутизации, отсутствие правил со стороны регулятора по скважности сигнала, невозможность построения нескольких сетей рядом, полоса частот замусорена множеством устройств от бытовых до радиоуправляемых машинок.
  • EnOcean — похожий на Z-Wave стандарт автоматизации домов и зданий (868.3 МГц)
    • Плюсы — как и в Z-Wave есть стандартизация до прикладного уровня, возможность делать устройства без батареек на солнечных батареях и пьезо/индукционных элементах
    • Минусы — нет подтверждения доставки пакета (особенно для устройств на пьезоэлементах, где энергии едва хватает на отправку, их ещё сложнее настраивать, т.к. долго они не могут принимать данные; в новых версиях протокола добавили обратную связь), частота не разрешена на территории РФ (разрешен к ввозу и использованию ограниченный список устройств нескольких компаний)
  • ZigBee — очень популярный промышленный протокол. Используется в некоторых странах как стандарт для сбора данных с счётчиков и доставки до концентратора
    • Плюсы — хорошо развит, имеет динамическую маршрутизацию (самоорганизующаяся сеть, где каждый узел хранит лишь таблицу с со списком кластеров и ближайшего соседа, который может доставить туда пакет — почти как в IP сетях), принят на вооружения многими телекомами и управляющими компаниями.
    • Минусы — использует более загруженную полосу 2.4 ГГц (есть полоса 868 МГц, но она реже используется), стандартизирован лишь до транспортного уровня, что делает устройства разных производителей несовместимыми на прикладном уровне.
  • ONE-NET, Bluetooth 3, Wifi, ... на рынке нет готовых решений на базе этих протоколов. Думаю, в ближайшие годы они появятся.

Организационно-правовые аспекты

Сам протокол Z-Wave, а также патенты на используемые в протоколе решения, является собственностью компании Sigma Designs. Функции координации производителей, развития протокола и проведение рекламных и обучающих мероприятий возложены на Z-Wave Aliance — консорциум производителей оборудования Z-Wave. Контроль совместимости возложен на сертификационные конторы (в США BuLogics и в Германии PepperoOne), которые сертифицируют все выходящие на рынок устройства, гарантируя полную совместимость между устройствами разных производителей. Только пройдя такую сертификацию можно нарисовать на своём устройстве логотип Speaks Z-Wave и продавать его как устройство, работающее на протоколе Z-Wave. Компания Sigma Designs и Z-Wave Aliance постоянно проводят семинары для технических специалистов разного уровня, помогая быстрее выйти на рынок с качественными устройствами. До недавнего времени Z-Wave не развивался в России из-за отсутствия разрешённой частоты. Европейская частота 868.42 МГц не была разрешена ГКРЧ, хотя правительство РФ и присоединилось к некоторым рекомендациям CEPT, применяемым к устройствам малого радиуса действия. С февраля 2012 года Sigma Designs выделила отдельную частоту 869.0 МГц для России. Данная частота попадает под решение ГКРЧ № 07-20-03-001 от 07.05.2007 (приложение 11). Для Российской частоты используется тот же чип, что и для Европы.

Где найти ещё информацию

Достаточно много информации о протоколе можно получить из таких open source проектов, как OpenZWaveAZWLinux MCE, а также из этого wiki-сайтаи следующих статей: перваявтораятретья

Не охваченное

В данной статье полностью опущены описания таких понятий протокола Z-Wave, как SUC/SIS, Zensor и многое другое устаревшее и не являющееся актуальным на взгляд автора.

Полторак Сергей
Технический директор Z-Wave.Me

Подробнее

Часто задаваемые вопросы / FAQ

Что такое Z-Wave?

Z-Wave — это технология домашней автоматизации, позволяющая быстро и просто превратить жильё в умный дом. Использование радио технологий в Z-Wave позволяет создавать системы автоматизации не только на этапе ремонта в доме, но и после, когда прокладывать дополнительные провода уже невозможно.

Какие устройства могут работать в сети Z-Wave?

На данный момент линейка устройств Z-Wave включает в себя устройства управления светом, шторами, отоплением, аудио-видео техникой, счётчики электроэнергии и различные датчики. С каждым месяцем появляются новые устройств с поддержкой технологии Z-Wave.

Нужна ли для Z-Wave специальная проводка?

Нет, Z-Wave не требуется отдельная проводка, так как для передачи управляющих сигналов используется радио канал.

Возможно ли самостоятельно автоматизировать свой дом или нужно приглашать специалистов?

Технология Z-Wave разрабатывалась в формате сделай сам (DIY). Большинство устройства даже не требуют монтажа, а их настройка с помощью роутера или ПК не требует специальной подготовки. Устройства, устанавливаемые в подрозетники и подключаемые к сети 220/230 Вольт, монтируются не сложней, чем обычный выключатель. Любой электрик способен их установить.

Нужен ли для автоматизации на базе Z-Wave центральный контроллер?

Не обязательно. Сетевая инфраструктура Z-Wave имеет ячеистую топологию (т.е. каждый с каждым), и устройства сети могут общаться непосредственно друг с другом. Однако для создания сложных и интеллектуальных сценариев желательно иметь в сети хотя бы одно устройство с функционалом полноценного компьютера. Обычно таким устройством является роутер или ПК. Оно собирает данные со всех устройств, принимает решения и посылает команды управления.

Для каких типов зданий подходит Z-Wave?

Z-Wave имеет систему маршрутизации управляющих сообщений, что позволяет обходить препятствия и передавать сигнал за пределы прямой видимости устройства. Однако не следует забывать, что технология Z-Wave создавалась для небольших домов площадью до 500 м2 и высотой не более 5 этажей, а также небольших офисов. Для автоматизации больших объектов потребуется делить их на несколько сетей, что существенно усложнит настройку.

Какова дальность работы сети Z-Wave?

Расстояние между двумя устройствами может быть от 10 до 30 метров в зависимости от типов устройств. Но благодаря ячеистой структуре сети (mesh-network) и наличию маршрутизации (routing), команды Z-Wave можно передавать значительно дальше через другие устройства — на расстояние до 120 метров.

Какое количество устройств может содержать сеть Z-Wave?

Максимальное количество устройств для одной сети Z-Wave составляет 232. Для примера, дом площадью 400 м2 обычно содержит около 100 устройств.

Совместимы ли устройства Z-Wave разных производителей?

Да, условие совместимости — одно из главных преимуществ технологии Z-Wave. Перед выходом в продажу все устройства проходят сертификацию Z-Wave в одном их трёх центров сертификации, где проверяют устройство на совместимость. Более 150 производителей по всем миру выбрали Z-Wave в качестве основного протокола для своих продуктов. И все они совместимы друг с другом в пределах одного региона (одного диапазона частот).

Какие радио частоты использует Z-Wave?

В разных регионах используются разные частоты, что связано с особенностью государственного частотного регулирования. Вот исчерпывающий список частот, используемых для Z-Wave:
  • 869.0 МГц (Россия)
  • 868.42 МГц (страны CEPT, Китай, Сингапур, ЮАР, ОАЭ)
  • 908.42 МГц (США, Канада, Мексика)
  • 921.42 МГц (Австралия, Бразилия, Новая Зеландия)
  • 868.1 МГц (Малайзия)
  • 865.2 МГц (Индия)
  • 919.82 МГц (Гонконг)
  • 951-956 и 922-926 МГц (Япония)

Не будет ли Z-Wave сеть соседа мешать моей сети Z-Wave?

Нет, ну будет. Каждая сеть Z-Wave имеет свой уникальный идентификатор, что позволяет устройствам сети видеть только своих. Каждое устройство имеет встроенное ограничение на время пребывания в эфире, что препятствует захвату эфира, не давая устройству мешать устройствам своей и соседней сетей.

Как связать устройства в одну сеть?

В Z-Wave этот процесс называется включением в сеть. Для включения требуется нажать специальные кнопки на устройствах, что делает процесс создания сети безопасным.

Что делать, если, выключатель и диммер находятся далеко друг от друга?

Не обязательно, чтобы между устройствами была прямая видимость. Главное, чтобы между ними были другие устройства, способные выступать в качестве ретрансляторов сигнала. Такими устройствами являются все, постоянно питающиеся от 220/230 Вольт.

Подробнее

Настройка устройств, работающих на батарейках

Одним из преимуществ протокола Z-Wave является возможность создания устройств, работающих на батарейках: пультов управления, выключателей, датчиков движения, температуры, открытия, сухих контактов. Такие устройства позволяют автоматизировать готовое помещение без привязки к проводке. У этого подхода есть свои плюсы и минусы: с одной стороны при невозможности использовать проводные датчики других альтернатив нет, с другой, появляется необходимость регулярно менять батарейки в устройствах. Заявленное "время жизни" устройств на одном комплекте батареек обычно находится в диапазоне от 1 года до 2 лет. Однако на практике этих показателей не всегда удаётся достичь. И причина здесь не в маркетинговых обещаниях производителей, а в некорректной настройке и точном расчёте. Чем же ещё занимается датчик помимо отправки пакетов управляемым устройствам? В протоколе Z-Wave реализован механизм оповещения контроллера о пробуждении спящих устройств. Датчик периодически просыпается для отправки Уведомления о пробуждении (WakeUp Notification) контроллеру. Контроллер, получив от датчика  Уведомление о пробуждении, отправляет ему пакеты находящиеся в очереди на отправку. Например, таким образом можно снимать показания с датчиков, которые он сам не отправляет (заряд батареек, температуру,...), а также отправлять датчику новые настройки и ассоциации. Как можно скорее после этого контроллер должен попросить устройство вернуться в состояние сна. Если этого не сделать, то устройство проведёт в пробуждённом состоянии от 2 до 60 секунд (в зависимости от настроек производителя ) после чего устройство всё равно уснёт, но потратив зря энергию на простой. Таким образом, при получении от датчика Уведомления о пробуждении контроллер должен как можно скорей отправить устройству сообщение Спи дальше. В сетях, где постоянно доступного контроллера (Static Controller), способного отправить сообщение Спи дальше, нет, спящие устройства будут тратить больше заряда при регулярных пробуждениях. Всегда включайте в сеть постоянно доступный контроллер и по возможности делайте его первичным. Естественно, что чем чаще просыпается датчик, тем удобней его настраивать и тем чаще будут сниматься показания. Однако и тем больше будет расходоваться заряд батареи. Таким образом, период регулярных просыпаний следует выставлять из соображений баланса между доступностью устройства и сроком жизни на комплекте батареек. Аналогично, чем больше событий генерирует датчик, тем быстрее израсходуется комплект батареек. Есть и ещё один важный аспект. Затраты на отправку пакетов зависят от степени досягаемости получателя. Если до получателя не удаётся "достучаться", то датчик впустую потратит энергию в течение большего времени, чем если бы получатель был доступен. Таким образом, доступность получателей также является критичным фактором, влияющим на время жизни устройства от комплекта элементов питания. Очевидно, что всё периферийное оборудование также потребляет энергию. Например, яркий светодиод потребляет столько же, сколько сам модуль Z-Wave. Для продолжительной работы от батареек устройство должно включать как можно меньше периферии и делать это как можно реже. Более подробно о расчёте расхода электроэнергии.

Устройства без источников питания

Нередко спрашивают, почему в EnOcean используются технологии генерации энергии, а в Z-Wave — нет. Действительно, эта особенность EnOcean является очень привлекательной. В линейке этого протокола существуют устройства на солнечных батареях, пьезоэлементах или индуктивных генераторах, которые позволяют сделать полностью не требующие обслуживания датчики и выключатели. Причина кроется в особенности протокола. Z-Wave предоставляет отчёт о доставке и возможность показать пользователю результат отправки команды. Очевидно это требует большего времени, чем просто отправка пакета. Кроме того, каждый отправитель пакета в Z-Wave знает (и определяет) путь следования пакета. В EnOcean это не возможно, так как у пьезо-кнопки не хватит энергии попробовать несколько маршрутов — кнопка "в слепую" пошлёт 3 пакета, а их доставка уже лежит на совести других узлов: если имеется прямая видимость до получателя, то более ничего не требуется, если нет, то маршрутизаторы должны "подхватить" пакет и доставить. Почти сразу выключившееся, из-за нехватки энергии, устройство уже не сможет проверить факт доставки пакета до соседнего маршрутизатора. Таким образом именно протокол и его условие надёжности не даёт возможность использовать пьезоэлементы в выключателях Z-Wave. Стоит отметить, что если полностью отключить подтверждения и световую индикацию в выключателе Z-Wave, то оно станет похожим на ИК ПДУ (например, пульт от телевизора) и сможет прожить столько же (до 5 лет) на батарейках, что уже совсем не критично для пользователя. Возможно, скоро появятся такие выключатели и в Z-Wave. Что же касается использования датчиков, работающих от солнечных батарей, то разумность идеи вообще стоит под вопросом: датчик движения, работающий от солнечных батарей и включающий свет, будет очень ненадёжно работать в тёмном коридоре. Обещают, то двух часов освещения хватает на 2 дня работы. Но что делать после трёхдневных праздников? Ещё хуже обстоят дела в северных странах (к ним относится и Россия), где зимой света совсем мало.

Подробнее

Расчёт расхода заряда батареек

Обратимся немного к теории, необходимой для получения точных цифр при расчёте времени работы датчиков от комплекта батареек. Итак, сначала рассмотрим, когда и на что тратится электроэнергия, на примере самого популярного модуля Z-Wave ZM3102.
  • При отправке данных модуль тратит  36 мА. Отправка одного пакета длится обычно не более 7 мс (на самой медленной скорости).
  • Ожидание данных или нажатия кнопки при включенном на приём модуле расходует 23 мА. В худшем случае на доставку пакета с подтверждением о получении требуется время 10мс * [количество ретрансляторов на пути + 1]. Однако при неудачной отправке пакета через примерно 50-100 мс происходит повторная попытка.
  • Состояние глубокого сна самое экономичное — в нём модуль расходует лишь 2.5 μА.
  • Ко всему этому требуется добавить расход оборудования вокруг модул. Например, включенный светодиод потребляет порядка 20 мА.
Ёмкость типичной батарейки AAA составляет примерно 800 мА*ч. Таким образом, если устройство непрерывно пребывает в режиме ожидания, батареек хватит на 800 мА*ч / 23 мА = 34 часа, т.е. менее двух суток! Именно столько будет жить на батарейках датчик движения Express Control EZ-Motion, если у его переключить в режим постоянной работы (обычно это делается при подключении постоянного питания). Кстати, столько же будет гореть светодиод, подключенный к этим же батарейкам. Совершенно очевидно, что для работы в течение продолжительного срока требуется отправлять устройство в режим сна. Если же устройство будет всё время находиться во сне, то батареек хватит на 800 мА*ч / 2.5 μА = 36.5 лет. Очевидно, что саморазряд батарейки происходит быстрее. Теперь рассчитаем лучший и худший варианты отправки пакета (20 байт с заголовками) от нашего узла, питающегося от батареек, к получателю (контроллеру, реле или другому устройству).
  • Лучший вариант — отправленный пакет доставляется сразу без маршрутизации на скорости 40 кбод. Затраченная электроэнергия составит 36 мА * 160 бит / 40 кбод + 23 мА * 10 мс = 0.37 мА*с.
  • Средний вариант — отправленный пакет доставляется через 2 роутера на скорости 40 кбод. Затраченная электроэнергия составит 36 мА * 160 бит / 40 кбод + 23 мА * 10 мс * (2 роутера +1)=  0.83 мА*с.
  • Худший вариант — отправленный пакет не доставляется после перебора 4х доступных маршрутов, по 3 попытки на маршрут на скорости 9600 бод. Затраченная электроэнергия составит (36 мА * 160 бит / 9.6 кбод + 23 мА * (10 мс * (2 роутера + 1) + 50 мс))  * 3 попытки * 4 маршрута = 29.3 мА*с.
  • Простое ожидание пакета от контроллера в течение одной секунды потребует 23 мА*с.
  • Для сравнения, представим здесь же энергопотребление за время 3 часов сна: 2.5 μА * 10800 c = 27 мА*с.
Видно, что разница в энергопотреблении лучшего и худшего вариантов составляет более, чем в 70 раз! Также видно, что попытка доставить пакет недоступному узлу стоит столько же, сколько ожидание ответа от контроллера в течение одной секундывключение светодиода на одну секунду или 3 часа сна устройства! Первый вывод: получатели пакетов быть доступны. Второй вывод: при получении от датчика сообщения Я проснулся контроллер должен как можно скорей отправить датчику сообщение Спи дальше. Третий вывод: датчик должен включать как можно меньше периферии и делать это как можно реже. Рассмотрим жизненный цикл типичного Z-Wave датчика открытия двери, работающего на батарейках:
  • Просыпается по прерыванию, проверяет состояние сенсоров
    • В случае, если наступило событие, требующее отправки управляющих команд, включает радио-модуль и отправляет пакеты устройствам из списка ассоциированных с эти событием
    • Ждёт доставки и засыпает
  • Просыпается раз в N секунд (от 10мс до 2.55 секунд — это аппаратная особенность модуля Z-Wave) для проверки, счётчика просыпаний. Если он достиг заданной величины K, просыпается
    • T = N*K равно периоду регулярных просыпаний, упомянутому ранее. Период прошёл, датчик отправляет пакет WakeUp Notification(Уведомление о пробуждении) контроллеру и ждёт
    • Если за определённое время W (в зависимости от производителя, от 2 до 60 секунд) ничего не пришло, датчик засыпает
    • Если пришли данные, обрабатывает их, отвечает, если надо, и сбрасывает счётчик времени W и ждёт опять
    • Если пришёл пакет WakeUp NoMoreInformation (Спи дальше), то датчик мгновенно заканчивает текущие дела и засыпает
Давайте проведём расчёт срока жизни датчика при условиях периодического просыпания раз в час (T=3600 с) и отправке 20 событий открывания/закрывания в день (10 раз дверь открывали — реалистичное предположение для входной двери квартиры). Затраты за день составят 0.374 мА*с * (20 отправок по событию + 24 отправки по просыпанию) + 216 мА*с (сон) = 234 мА*с. Получается 34 года! На практике это значение значительно меньше, т.к. здесь мы не учли расхода на периферию чипа и срок службы батареек. Теперь давайте поиграем разными параметрами. Включение светодиода на секунду при каждой отправке события открывания (20 раз в день) изменить срок службы до 11 лет. Представим, что датчик будет просыпаться не раз в час, а раз в 5 минут. Уже 24 года, а с горящим светодиодом (20 раз в день) 10 лет. Видно, как частые периодические просыпания существенно сократили срок жизни устройства от батареек. Хотя по сравнению с вкладом от светодиода это не существенно. А что, если контроллер оказался выключенным? Теперь сообщение о просыпании не доставляется и датчик вынужден ждать W = 2 секунды до ухода назад в сон и мигать светодиодом 1 секунду для уведомления пользователя о проблеме. Тех же батареек хватит лишь на 2.5 года для при просыпании раз в час и всего на 3 месяцев при просыпании раз в 5 минут! Очевидно, что в этих расчётах все времена более двух лет не реализуются из-за химических особенностей устройства батареек. Батарейки типа AA и AAA не способны работать более двух лет при постоянном питании устройства даже ничтожным током, несмотря на то, что ёмкости должно хватать. А вот всё, что меньше двух лет, уже станет ограничением по ёмкости.

FLiRS

Рассмотрим немного Часто Слушающие Устройства (FLiRS). Эти устройства просыпаются каждую секунду примерно на 5 мс, чтобы послушать, не посылают ли им специальный пакет WakeUp Beam. Если три часа сна требуют 27 мА*с, то FLiRS устройство потребит 1255 мА*с, что в 50 раз больше затрат на сон, но и в 200 раз меньше, чем при постоянном пребывании в режиме ожидания пакетов. Такие устройства обычно работают около 7-8 месяцев от комплекта батареек AAA. Однако производители стараются использовать более ёмкие батарейки, чтобы достичь времени работы более года.

Подробнее

Частоты Z-Wave

Почему в разных странах Z-Wave работает на разных частотах?

Законодательство разных стран в отношении регулирования радиочастот существенно отличается. Использование радиочастот в целях государственной безопасности, а также разные пути развития привели к тому, что в разных регионах были выбраны разные диапазон частот для одних и тех же целей и технологий. Например, в США за технологией GSM был закреплен диапазон 850 МГц, а в Европейских странах, странах Азии и в России 900 МГц. Для устройств малого радиуса действия (МРД или SRD) были выделены диапазоны вокруг 902–928 и 863–870 МГц соответственно. Z-Wave относится к SRD в большинстве стран. По этой причине и для Z-Wave были выбраны разные полосы частот в разных странах. Вот список всех частот используемых на данный момент частот: 869.0 МГц (Россия), 868.42 МГц (Европа, страны CEPT, Китай, Сингапур, ОАЭ, ЮАР), 908.42 МГц (США, Мексика), 921.42 МГц (Австралия, Бразилия, Новая Зеландия), 919.8 МГц (Гонконг), 865.2 МГц (Индия), 868.2 МГц (Малайзия), Япония (951-956 и 922-926 МГц).

Ну а что же в России?

Мы и здесь пошли своим самобытным путём. Несмотря на то, что Россия присоединилась к CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations), российское законодательство так и не было приведено к рекомендациям CEPT, а европейская частота 868.42 МГц не была явно разрешена ГКРЧ. После долгих попыток получить разрешения на европейские частоты владельцем протокола компанией Sigma Designs было принято волевое решение сменить частоту в сторону разрешённого диапазона, под который есть явное решение ГКРЧ. С февраля 2012 года Sigma Designs выделила для России отдельную частоту 869.0 МГц, попадающую в диапазон 868.7–869.2 МГц, перечисленный в решении ГКРЧ № 07-20-03-001 от 07.05.2007 (приложение 11 — дополнено решением № 08-24-01-001 от 28 апреля 2008 года). Важно отметить, что благодаря близости частот 868.42 МГц (европейская частота) и 869.0 МГц, для России используется тот же чип, что и для Европы.

Тогда почему 869.0 МГц? Ведь есть и 868.0-868.2 МГц.

Есть, но он недостаточной ширины. Выбор диапазона 868.7–869.2 МГц обусловлен минимальной шириной полосы частот, используемой при модуляции. Причем, чем больше скорость канала, тем шире полоса. Для третьего поколения Z-Wave (40 кбит/сек) полосы в 200 кГц достаточно, но для четвёртого и пятого поколений (100 кбит/сек) уже нет.

Хорошо, но я хочу использовал весь спектр устройств, доступных в Европе. Как же мне быть?

А американские или японские не хотите? Там же тоже много хороших устройств. К сожалению, они не совместимы. Некоторые пытаются заказывать оборудование непосредственно в США или Европе, и использовать его у себя дома, и это, естественно, работает. Однако законно ввезти такое оборудование не представляется возможным, и продавая такое оборудование продавец продаёт заведомо неразрешённое к ввозу и использованию оборудование.

Как мне быть, если у меня уже есть сеть, построенная на оборудовании с другими частотами Z-Wave?

Только продолжать его использовать на свой страх и риск.

Но ко мне же вряд ли кто-либо придёт с проверкой! Зачем было выделять для России отдельную частоту?

Конечно нет! ;) Мощность излучения оборудования Z-Wave такова, что его сложно увидеть на расстоянии 50 метров. Но для популяризации протокола необходимо его легально ввозить и использовать. Ни одна серьёзная организация не возьмётся за реализацию проектов на запрещённой технологии. Появление разрешённых частот позволит продвинуть Z-Wave на рынке автоматизации жилья и малых офисов.

Но ассортимент очень маленький!

Да, пока небольшой, но с каждым месяцем он будет увеличиваться, и скоро в России будет ассортимент не меньше европейского. Стоит ещё обратить внимание, что Sigma Designs было решено не поддерживать в России старые устройства. Это с одной стороны поставило пользователей в невыгодное положение, т.к. множество приборов на Европейском рынке невозможно перевести на вновь появившуюся российскую частоту. С другой стороны, всё поставляемое оборудование основано на свежих Z-Wave SDK и поддерживает множество важных и полезных функций, отсутствующих в старых устройствах. То есть в России будет более современное и прогрессивное оборудование.

Подробнее

Ваше устройство в сети Z-Wave

Z-Wave — это радио технология обмена данными, созданная для управления светом, шторами, воротами, отоплением и другими приборами домашней сети, сбора данных со счётчиков, контроля доступа и детектирование проникновений в квартиру. Z-Wave преобразует отдельные приборы в сеть умных устройств, которые могут управляться по беспроводному каналу связи. Z-Wave даёт возможность создать надёжную сеть за существенно меньшие деньги, чем на базе аналогичных технологий, за счёт использования низкой пропускной способности канала, недорогого оборудования и инновационных решений в программном обеспечении. Технология Z-Wave доступна в виде решения на одном микроконтроллере. Весь стэк протокола Z-Wave вместе со специфической для устройства программой содержатся в микроконтроллере. Для удобства разработки новых устройств чипы Z-Wave (ZW0x0x) предоставляются в виде модулей (ZM0x0x) с совместимыми между собой разводками PCB и всеми необходимыми компонентами для работы радио-антенны. Компания Z-Wave.Me занимается контрактной разработкой ПО для микроконтроллеров Z-Wave. Обратитесь к нам, если вы желаете превратить ваш продукт в Z-Wave совместимое устройство. Перечислим основные особенности Z-Wave: Низкая стоимость серийного производства: Чтобы обеспечить низкую стоимость производства, Z-Wave заточен на управление и чтение статусов с приборов, что позволяет использовать маленькую полосу пропускания 40 или 100 кбит/с. Z-Wave не предназначен для работы с приложениями, требующими широкой полосу, таких как голосовой и видео обмен. Инновационные технологии в протоколе позволяют существенно снизить стоимость используемого оборудования. Надёжность и отказоустойчивость: Многие технологии используют радио канал для обмена данными.Многие общедоступные полосы частот перегружены - в них присутствует интерференция от разных узлов сети, и, как следствие, падает надёжность сети. Z-Wave минимизирует эти проблемы, использую двухсторонний обмен данными с подтверждениями доставки, маленький формат пакетов и алгоритм случайных задержек при повторной отправке, что позволяет создать сети высокой степени надёжности. Большая зона покрытия: Большинство систем автоматизации требуют проводов для создания сетей с широкой зоной покрытия и гарантирования обмена данными между удалёнными узлами сети, не находящимися в прямой радио-видимости. Z-Wave использует динамическую систему маршрутизации, встроенную в протокол, что позволяет использовать каждое устройство Z-Wave вашей сети как ретранслятор. Используемая система построения маршрутов гарантирует обход нерабочих узлов в сети и вновь появившихся препятствий. Простое управление сетью: Z-Wave автоматически присваивает адрес новым устройствам и создаёт маршруты к ним. Простота включения/исключения устройств, расширение сети и настройка ассоциаций между ними делает Z-Wave технологией Сделай сам. Каждая сеть Z-Wave обладает уникальным номером сети, что позволяет создавать множество невзаимодействующих сетей в соседних квартирах. Низкое энергопотребление: протокол Z-Wave требует совсем не много энергии для отправки коротких пакетов. Чип Z-Wave также имеет систему управления питанием, что позволяет создавать устройства, питающиеся от обычных батареек на протяжении года и более. Большинство датчиков и термостатов Z-Wave работают от батареек. Гибкость: Z-Wave - масштабируемый протокол, который расширяется по мере появления необходимости управлять новыми видами приборов. Для обеспечения гибкости, масштабируемости и совместимости с предыдущими версиями протокола Z-Wave предоставляет множество классов команд, каждый из которых обеспечивает управление определённым типом устройств, и набор функций API, позволяющие производителям легко создавать совместимые друг с другом приборы. Могут ли продукты разных компаний и брендов работать вместе? Конечно да! Один из самых важных плюсов технологии Z-Wave - это возможность сочетать продукты разных производителей. Продукты, говорящие на Z-Wave, вместе работают лучше!

Подробнее

Как разрабатывать Z-Wave устройства

Z-Wave — это международный стандарт беспроводной связи для «умных домов». Он основан на спецификации ITU G.9959 и определяет все аспекты взаимодействия устройств, поддерживающих этот протокол, а также обеспечивает их совместимость. Данная статья описывает процесс разработки аппаратной части, прошивки для SoC, взаимодействие между узлами сети и сертификацию, и дает представление о том, как начать разработку устройств для экосистемы Z-Wave.

1. Что такое Z-Wave?

Z-Wave стал новой звездой на горизонте рынка технологий домашней автоматизации с более чем 700 совместимыми устройствами. Он открывает недавно пришедшим на рынок компаниям возможность привнести новые идеи в существующую экосистему совместимых устройств и увеличить уже имеющейся набор устройств для инсталляции. Данная статья описывает процесс разработки и инструменты, доступные для создания и тестирования Z-Wave совместимых устройств. Технически, Z-Wave — это спецификация для низкоскоростного протокола передачи данных, который позволяет различным устройствам в здании взаимодействовать друг с другом без проводов. Номенклатура этих устройств включает в себя стационарные оборудование, такое как выключатели света, регуляторы отопления, мобильные устройства: пульты дистанционного управления, а также контроллеры для Интернет-сервисов для мобильных телефонов или глобальной сети. Спецификация описывает все аспекты взаимодействия устройств, от уровня радиообмена до деталей поведения устройства, генерируемых событий и выполняемых действий. Только устройства, отвечающие на всех уровнях всем требованиям протокола взаимодействия, называются Z-Wave совместимыми или просто Z-Wave сертифицированными.

2. Аппаратная часть.

Для работы Z-Wave на уровне радиоканала требуется специальный Z-Wave приёмопередатчик. Основной поставщик этих трансиверов — американская компания Sigma Designs. Второй поставщик — Mitsumi Corporation предлагает совместимый по выводам чип [Mitsumi2012]. Текущее поколение чипов от Sigma Designs называется 400-я серия с микроконтроллером ZM4101 в качестве стандартного комплектующего. Sigma и Mitsumi не продают приёмопередатчики отдельно, а только в составе однокристальной системы (SoC). Приёмопередатчик доступен в виде микросхемы только на больших объёмах, где он может быть внедрён в дизайн плат, но большинство компаний используют SoC решение, которое включает вычислительные функции, а также радио интерфейс (для 300 и 400 серий через дробь):
  • ЦПУ совместимый с Intel 8051 ядром
  • приёмопередатчик
  • 2 КБайта / 16 КБайта внутренняя память SRAM
  • 32 КБайта / 64 КБайта память для программного кода и данных ROM
  • Периферия
400 cерия снабжена однократно программируемой памятью, что делает ее подходящей для нихкозатратного производства устройств, где не требуется перепрограммирование. Однако подавляющее большинство приложений использует чип 300 серии с её флеш-памятью. Перепрограммируемая флеш-память больше подходит для разработки устройств и приложений, которые время от времени требуют обновления. Sigma Designs анонсировала выход нового поколения чипов под общим названием 500 серия в 2013 году (данные микросхемы уже доступны на момент перевода). Данная серия микросхем будет совместима с 400 серией по функциям и выводам, но однократно программируемую память в ней заменена флеш-памятью.   На изображении приведён наиболее часто используемый модуль ZW3102 производства Sigma Designs, который сочетает в себе чип 300 серии ZW0301 с несколькими конденсаторами, кварцем и антенным фильтром. Антенный фильтр нужен для того, чтобы обеспечить соответствие нормам, регулирующим использование нелицензируемых частотных полос, используемых в Z-Wave. Эти фильтры специфичны для каждой частоты, например для 868.4 МГц (Европа, Африка и часть Азии), или для 908.4 МГц (Северная Америка), и делают модуль адаптированным к определенному региону. Как результат, для разных частотных полос существуют разные аппаратные платформы, и производителям требуется делать отдельные устройства для, например, европейского и американского рынков. Модули можно заказать либо напрямую у производителя, либо в компании DigiKey, мирового дистрибьютора Sigma Designs. Цена зависит от объема, но обычная оценка — это $5–6 для низкообъёмного производства нескольких тысяч модулей. Все контакты ввода/вывода SoC разведены на модуле. Эти вводы/выводы являются многофункциональными и могут быть программно переключены в выход, вход с или без подтяжки вверх. Некоторые выводы имеют специальные функции для поддержки часто используемых схем подключения, таких, как диммеры или устройства управления моторами. Вводы/выводы для 300 серии:
  • 10 ножек общего назначения
  • Два входа для сигналов прерываний
  • UART
  • SPI
  • Triac контроллер, позволяет напрямую подключать сигнал перехода через ноль (Zero Crossing) к схеме цепи диммера, для того, чтобы создать диммер с минимальным количеством внешних компонент
  • PWM (ШИМ) выход
  • 4 мультиплексированных 12/8-битных АЦП входа
В целом, концепция многофункциональных вводов/выводов и модульный подход позволяют создавать устройства с минимальными дополнительными затратами. Например, проект простого бинарного датчика, работающего от батареек, можно спроектировать всего с 10 дополнительными компонентами, включая внешнюю антенну. Модули имеют SPI интерфейс, который нужен для программирования флэш-памяти, а также может быть использован для подключения внешней памяти EEPROM. Внешняя память EEPROM может быть использована для хранения дополнительных данных для приложений. Внешнюю EEPROM память невозможно использовать для хранения бинарного кода программы. Более подробная информации о характеристиках Z-Wave модулей 300 серии можно найти в спецификации микроконтроллера [Sigma300]. Внутренняя ROM память 8051 совместимого микроконтроллера обычно содержит бинарный код программы устройства. Более сложные и функциональные устройства такие, как пульты удаленного управления, могут использовать чип Z-Wave как дополнительный чип только для связи, но объем памяти и вычислительная мощность обычно позволяют реализовывать все необходимые функции прямо на чипе приёмопередатчика, снижая стоимость и размер печатных плат.

2.1 Прошивка

Для разработки программного обеспечения (прошивок) необходим комплект разработчика (Software Development Kit, SDK). Различные версии этого комплекта предлагают компании Sigma Designs, Mitsumi и DigiKey, по цене $1500–$3500. Они отличаются входящим в комплект набором аппаратных частей. Более дорогие версии SDK имеют не только программатор, но и различные компоненты для тестирования датчиков, актуаторов для различных частот. Все SDK имеют пакет программного обеспечения и документацию. Для получения доступа к документации, программным кодам и инструментам необходимо заключить соглашение о конфиденциальности (NDA) с компанией Sigma Designs. Подписывая данное соглашение, производитель обязуется хранить всю предоставляемую ему информацию, в том числе SDK, в условиях конфиденциальности. Как показано на рисунке, коммуникационный стек Z-Wave состоит из четырёх частей. Физический (PHY) и канальный (MAC) уровни определяются в соответствии с рекомендациями ITU-T G.9959 [ITU2012]. Сетевой уровень реализуется собственным кодом компании Sigma Designs, который защищён несколькими патентами. Уровень приложения определяется производителем устройства, однако должен соответствовать протоколу для обеспечения совместимости с другими устройствами и прохождения сертификации продукта. SDK содержит всю необходимую документацию и код для создания прошивки, которая покрывает все три части коммуникационного стека. Сетевой, физический и канальный уровни предопределены и не должны меняться разработчиками. По этой причине они не доступны в виде исходного кода, а лишь в виде прекомпилированных библиотек. Эти библиотеки дополнены большим количеством примеров, иллюстрирующих использование библиотек и документирующих процесс создания Z-Wave устройства. Закрытый код библиотек имеет свои «за» и «против»:
  • Против: В случае обнаружения ошибок в библиотеках, время их устранения намного дольше, а процесс отладки сложней для разработчика.
  • За: Никто не может поменять нижний уровень протокола. Это дает гарантию, что, по крайней мере, в этой части Z-Wave продукты будут взаимодействовать без проблем, поскольку они все базируются на одном и том же хорошо поддерживаемом коде.
Для того, чтобы скомпилировать прошивку для Z-Wave модуля, используя SDK от компании Sigma Designs, требуется C компилятор Keil [KEIL]. Хотя Keil и является хорошим и профессиональным инструментом, разработчики скорее всего предпочли бы использовать средства разработки от GNU. Однако прекомпилированные библиотеки для физического и сетевого уровней, вынуждают использовать определенные версий компилятора Keil и его окружение. SDK содержит следующие компоненты: прекомпилированные библиотеки для приложений, примеры исходного кода, исходный код для некоторых утилит и полную документацию протокола Z-Wave. Z-Wave определяет несколько видов сетевых функций, обозначаемых контроллерами и дочерними. Эти разные роли предполагают использование разных функций протокола Z-Wave. Как результат, SDK предлагает различные версии библиотек для различных типов сетевых ролей в сети. Главная причина такого разделения — это размер памяти, так как реализация всех функций в одной библиотеке потребовало бы больше памяти, чем доступно ROM памяти для хранения прошивки. Большинство функций в библиотеке, в особенности те, которые относятся к организации сети, запуску чипа, управлению входящей и исходящей очередей приёмопередатчика, спрятаны от разработчика. Основные функции, используемые разработчиком:
  • отправка и получения команд уровня приложения
  • включение/исключение устройств
  • некоторые функции управления сетью
  • доступ к периферии, например, сторожевые схемы (WatchDog), TRIAC и т.д.
SDK также содержит наброски программ для упрощения разработки новых приложений. Имеющиеся различные примеры программ для различных функций Z-Wave также упрощают использование набросков кода и помогают в разработке приложений. К сожалению, в распоряжении разработчиков почти нет средств отладки для написания прошивок Z-Wave. Также нет ни отладочного JTAG интерфейса, ни эмуляторов или симуляторов для микроконтроллера. Ограниченность память модуля 300 серии добавляет разработчику ещё один уровень сложности и может сделать разработку прошивок удручающим занятием. Однако в сообществе Z-Wave есть компании, которые оказывают профессиональные услуги по разработке прошивок. [Z-Wave.Me] [Seluxit]

3. Разработка совместимых устройств

Код прошивки, отвечающий за взаимодействие с другими устройствами, должен соответствовать требованиям Z-Wave спецификации. Спецификация Z-Wave определяет различные роли устройств, и разработчик должен выбрать одну из ролей.
  • Роль в сети: контроллеры могут строить свои собственные сети, дополнительно различаются портативные котроллеры (например, пульты управления) и статические контроллеры (например, шлюзы).
  • Вид источника питания: питание от батареек с периодическим переходом в активный режим, питание от сети, питание от батареек с пробуждением от специального радио сигнала.
  • Функция устройства: выключатель, диммер, устройство контроля моторов, термостат и др.
Модель поведения Z-Wave устройств описана так называемыми Классами Устройств (Device Classes). Производителю необходимо выбрать один класс устройств, к которому будет принадлежать его устройство. Последний уже определяет некоторые функции и сервисы, которые должно поддерживать устройство. Беспроводные функции устройства уровня приложения описаны так называемыми Классами Команд (Command Classes). Классы Команд — это группы беспроводных команд, которые используются для контроля определённых функций или частей устройства или доставки данных с привязкой к этим функциям или частям. Классы Команд называются, например, Бинарный Выключатель (Binary Switch), Батарейка (Battery), Устройство управления мотором (Motor Control) и содержат в себе все функции, относящиеся, соответственно, к двухпозиционному (вкл/выкл) выключателю, отчетам о заряде батареек и управлению мотором. Классы Команд, необходимые для определённого Класса Устройства, называются обязательными Классами Команд (для данного Класса Устройства). Стандарт Z-Wave описывает более чем 20 Классов Устройств и 100 Классов Команд. Производитель может, и обычно делает это, добавить дополнительные необязательные Классы Команд. Отсутствуют какие либо ограничения на реализацию дополнительных Классов Команд в устройства, однако для корректной поддержки этих Классов Команд необходимо:
  • упомянуть его в процессе включения в сеть в так называемом Информационном пакете устройства (Node Information Frame)
  • полностью реализовать его в соответствии со спецификацией Классов Команд Z-Wave.
Поэтому, описание API библиотек, определения Классов Устройств и Классов Команд являются ключевыми документами, которые необходимо использовать разработчику Z-Wave устройств.

4. Интерфейс для ПК.

Тот же самый модуль, что используется для разработки таких устройств, как диммеры и выключатели, используется и для взаимодействия с компьютерами. Основной используемый интерфейс — последовательный порт. Модули 400 серии и ожидаемые скоро модули 500 серии (уже доступны на момент написания перевода) имеют прямую поддержку USB. Модули 300 серии могут предоставлять последовательный порт USB, используя любой из распространённых Serial-2-USB чипов (FTDI, Prolific, и т.д.). Они поддерживаются большинством операционных систем и не требуют дополнительных усилий для установки драйверов устройств. При подключении USB устройства операционной системой создаётся новое виртуальное последовательное устройство, которое используют Z-Wave программы (например, COMx в Windows или /dev/tty.usbserial для USB портов, использующих USB-2-Serial чип Prolific). Производители устройств с USB или последовательным портом могут создать свой собственный протокол взаимодействия с интерфейсом. Однако, поскольку взаимодействие с компьютером — довольно частая задача, SDK уже включает спецификацию протокола, который отображает некоторые функции Z-Wave библиотеки на протокол последовательного интерфейса, а также определяет, как происходит обмен данными через последовательный интерфейс. SDK также содержит несколько прекомпилированных прошивок, которые реализуют этот протокол последовательного интерфейса, называемый Sigma Designs Serial API. Благодаря этому большинство интерфейсных устройств, таких как USB стики, просто используют уже готовые и проверенные прошивки, реализующие Sigma Designs Serial API. Однако, некоторые производители улучшают и оптимизируют прошивки последовательных интерфейсов с компьютерами [ZSTICK]. Со стороны компьютера также необходимо ПО, которое должно управлять потоком пакетов на последовательном интерфейсе, предоставленном виртуальным последовательным устройством. Поскольку последовательный интерфейс, как рекомендует Sigma Designs, просто соответствует набору библиотечных функции, этот интерфейсный протокол довольно сложный и неочевидный. Программа контроллера на компьютере должна иметь дело с управлением сетью, временными задержками и очередью сообщений от и к Z-Wave приёмопередатчику. Sigma и здесь предлагает пример исходного кода, но тут у разработчиков выбор больше. В Интернете есть несколько проектов с открытым кодом, использующих Sigma Designs Serial API, например [OpenZWave]. В этом проекте протокол Serial API, предоставляемый после подписания соглашения о конфиденциальности как часть SDK, был частично восстановлен методом реверс-инжиниринга. Однако, официальной поддержки этих проектов компанией Sigma Designs нет. Эти реализации c открытым кодом не могут по этой причине полностью соответствовать спецификации или использовать последние функциональные возможности Z-Wave правильным образом. Существует несколько коммерческие реализации Z-Wave стека для компьютера доступные на рынке, в том числе такие, которые предоставляют профессиональную поддержку для проектов, в которых не планируется написание с нуля имплементации протокола Z-Wave Serial API [Z-Wave.Me].

5. Сертификация

Логотип Z-Wave гарантирует совместимость устройств. Финальный шаг в процессе разработки Z-Wave устройств — это Z-Wave сертификации. Все устройства, использующие стандарт Z-Wave, должны быть сертифицированы, чтобы иметь право использовать логотип Z-Wave, показанный на рисунке. Данная сертификация удостоверяет, что протестированное устройство соответствует всем требованиям выбранного Класса Устройства, и что все реализованные в нем Классы Команд соответствуют спецификации Z-Wave. Дополнительно, тестируется качество беспроводного соединения с целью убедиться в том, что устройство работает без ошибок на расстоянии не менее 25 метров. Также проверяются руководство по эксплуатации и вся документация, чтобы убедиться, что все ключевые характеристики и понятия Z-Wave корректно представлены:
  • двусторонняя связь
  • mesh-сеть
  • включение, исключение, ассоциации
  • совместимость с устройствами других производителей
Процесс сертификации исключительно прозрачен. Все тестовые испытания тщательно описаны, а тестовые инструменты, используемые лабораторией тестирования, доступны производителям для поведения предварительных тестов. Сертификационные тесты выполняются двумя независимыми лабораториями: Pepper One [PepperOne] в Германии и Bulogics [Bulogics] в США. Результаты тестов лаборатории предоставляются менеджеру по сертификации, который принимает окончательное решение по каждому устройству и присваивает сертификационный номер. Стоимость этой услуги — $2000 вне зависимости от сложности устройства, включая плату за рецензирование документации.

6. Z-Wave Alliance

Z-Wave Alliance — это альянс всех компаний, использующих или поддерживающих стандарт Z-Wave протокола. Помимо определенных маркетинговых и рекламных мероприятий Альянс также различными способами помогает разработчикам.
  • Альянс организует так называемые UnPlug Fest встречи. Во время этих встреч разработчики могут протестировать свои продукты: как законченные, так и находящиеся в разработке, совместно с продуктами других производителей экосистемы и получить помощь от инженеров технической поддержки компании Sigma Designs.
  • Однодневные или двухдневные тренинги помогают ознакомиться с технологией Z-Wave и процессом разработки.
  • Альянс имеет Лабораторию совместимости в Нью-Джерси (США), которую разработчики могут использовать для расширенных тестов продуктов.
  • Альянс поддерживает и предлагает набор инструментов для тестирования совместимости (Z-Wave Compliance Test Tool, CTT) для проверки своих собственных продуктов на предмет соответствия спецификации Z-Wave.
  • Разработчики также могут присоединяться к рабочим группам Альянса, которые занимаются разработкой новых Классов Команд и Классов устройств. Это особенно удобно в случае, когда разрабатываемые устройства реализуют принципиально новые возможности еще не определенные в Z-Wave. Сотрудничество, направленное на дальнейшее развитие Z-Wave не только допускается, но и приветствуется.
Дополнительная информация о деятельности Альянса можно найти на веб-сайте Альянса www.z-wavealliance.org.

7. Выводы

Внедрение аппаратной части Z-Wave в разрабатываемые вами продукты — весьма несложная задача, и требует лишь небольшого количества дополнительных компонентов. В большинстве случаев модуль однокристальной системы Z-Wave может быть использован также и для исполнения приложения. Для разработки прошивки Z-Wave необходимы документации, пример кода и библиотеки, доступные в комплекте SDK после заключения соглашения о конфиденциальности. Отсутствие отладочных инструментов создает определенные трудности, но они компенсируются большим количеством примеров кода и хорошим документированием всех особенностей. Z-Wave сертификация устройств гарантирует совместимость благодаря тестированию реализации Классов Команд (уровень приложения) и некоторых других особенностей. Sigma Designs предлагает целостный подход к процессу разработки, который позволяет эффективно разрабатывать Z-Wave-совместимые устройства. Z-Wave Alliance предоставляет инструмент тестирования совместимости (CTT) — «золотой стандарт», используемый лабораториями сертификации, и поддерживает лабораторию тестирования совместимости (Interoperability Test Lab).

Ссылки:

Об авторе:

Christian Pätz — уважаемый профессор в области надежности систем в Техническом Университете города Хемниц и представитель Z-Wave Alliance в Европе. Источник: EETimes Перевод Полторака С.Г.

Подробнее

Микросхемы Z-Wave 5-ого поколения

В 2013 году Sigma Designs выпустила новое поколение микроконтроллеров для устройств Z-Wave. Эти микроконтроллеры отличает ряд улучшений, что позволяет создавать современные и многофункциональные устройства для автоматизации зданий. Благодаря совместимости с 3-им и 4-ым поколениями, производители устройств Z-Wave плавно переходят на новые микросхемы и новый стандарт. Использование устройств на базе новых микроконтроллеров повышает и без того хороший уровень совместимости в Z-Wave.
Что же дает использование чипов 5-го поколения?
Обладателям домашней сети Z-Wave:
  • увеличенный радиус действия покрывает большие территории;
  • повышенная скорость передачи данных улучшает отзывчивость системы и снижает время реакции;
  • новый стандарт сертификации Z-Wave Plus упрощает установку;
  • улучшенная стабильность сети благодаря использованию новейших технологий;
  • повсеместное шифрование в новых устройствах повысит безопасность;
  • совместимость устройств Z-Wave всех поколений расширяет сеть на основе уже установленной.
Инсталляторы сети Z-Wave не смогут не оценить преимущества от использования чипов 5-го поколения.
  • Увеличенная мощность передатчика автоматизирует объекты большего размера.
  • Повышение полосы пропускания в 2.5 раза уменьшает задержки и увеличивает количество доступных сценариев.
  • Расширенная периферия микроконтроллера позволяет внедрить больше функций в то же устройство.
  • Более строгая программа сертификации Z-Wave Plus улучшает совместимость устройств разных производителей и делает установку проще.
  • Одновременная поддержка Explorer Frames, NWI и SUC/SIS делает сеть ещё более стабильной, сохраняя простоту установки.
  • Общение с FLiRS устройствами стало более оперативным с улучшенной потоковой передачей данных.
  • Благодаря встроенному крипто-процессору AES стало возможно повсеместное использование шифрования.
  • Полная совместимость с предыдущими поколениями.
Быстрее, удобнее, безопаснее. Ищите новые устройства на 5-ом поколении в нашем обновленном каталоге!

Подробнее

Программное обеспечение Z-Wave

Помимо автономных контроллеров Z-Wave, таких как Fibaro Home Center 2Vera 3/LiteRaZberryZ-Way для Windows и других, существует несколько разных программных комплексов для управления оборудованием Z-Wave с компьютера. Все они реализованы в виде ПО, которое подключается к вирутальному последовательному порту, предоставленному USB-стиком (например, Z-Stick). Некоторые программы преднозначены для Windows, некоторые для Unix-совместимых систем, таких как Linux.

Home Seer

www.homeseer.com Работает на Windows 98/ME/2000/XP. Поддеживает множество других протоколов автоматизации. К сожалению данный продукт плохо поддерживает устройства российского и европейского рынков.

InControl

www.incontrolzwave.com Работает на Windows XP/7 и позволяет управлять устройствами из спика или непосредственно на плане квартиры. Имеет приложения для iOS/Android.

mControl

www.embeddedautomation.com Работает на Windows и позволяет управлять устройствами, а также создавать сложные сценарии. Также поддерживает другие протоколы автоматизации.

zVirtualScenes

code.google.com/p/zvirtualscenes Бесплатный open-source проект домашней автоматизации для Windows с интерфейсом для браузера и мобильными приложениями для Android, iOS и Blackberry

LinuxMCE

www.linuxmce.org Дистрибутив Linux для медиацентров, включающий поддержку Z-Wave, а также множества других протоколов автоматизации. Является бесплатный open-source проектом, поддерживаемым энтузиастами.

Freedomotic

www.freedomotic.com Написан на Java и работает на Linux, Windows, Mac, &helip; — любых системах с поддержкой Java. Поддерживает несколько протоколов автоматизации.

Home Sapiens

www.home-sapiens.ru Отечественный продукт для создания домашней автоматизации. Имеет модули для подключения к Z-Wave контроллерам. Основной «фишкой» является возможность управления голосом.

MajorDoMo

www.smartliving.ru Major Domestic Module или Главный Домашний Модуль представляет собой бесплатную и открытую программную платформу для комплексного управления домашней автоматикой. Может быть установлена практически на любой персональный компьютер (на платформе Windows и Linux) и не требовательна к ресурсам. Имеет модуль для подключения Z-Wave через RaZberry/Z-Way. Белорусский проект.

Alphalogic

www.alphaopen.com Платформа Alphalogic позволяет интегрировать охранные системы и контроллеры автоматизации зданий в единую глобальную интеллектуальную систему ситуационного контроля реального времени. Выступая системообразующим элементом, эта платформа способна управлять системами видеонаблюдения, контроля доступа, охраны периметра, пожарной сигнализации, освещения, связи и коммуникации и др. Поддержка Z-Wave обеспечивается через модуль Z-Way компании Z-Wave.Me.

Некоторые другие менее популярные приложения

Z-Wave software for the Mac uses Aeotec’s Z-Stick

www.aeotec.com ПО от компании AeonLabs

OpenRemote

www.openremote.org Данное ПО позволяет создавать персоналифицированные интерфейсы для мобильных устройств и планшетников. OpenRemote также имеет ограниченную поддержку Z-Wave. Однако значительно интересней использовать OpenRemote в сочетании с программынм обеспечением Z-Way или RaZberry. Подробно на русском можно прочесть на сайте Хабрахабр.

Z-Command

www.z-command.com Работает под управлением Windows 2000 и выше и позволяет писать скрипты автоматизации на C#, VB.NET или Java.

Indigo

www.perceptiveautomation.com Работает по Mac OS X и поддерживает несколько протоколов автоматизации.

Подробнее

Облачный сервис Z-Cloud

Сервис Z-Cloud основан на ПО Z-Way и призван уменьшить стоимость оборудования для начала работы с технологией Z-Wave для новых пользователей. Купив стик Z-Wave, вы можете подключится к мощному серверу домашней автоматизации. Подробней о сервисе Z-Cloud… Данный сервис работает с любым стиком, поддерживающим протокол Zensys (Sigma Designs) Serial API. Для работы сервиса требуется качественное подключение к сети интернет. При отключении от сервиса часть функционала может пропасть. Обратитесь к руководству пользователя, чтоб узнать, как сохранить функционал сети после отключения от Z-Cloud. Внимание! Z-Cloud использует устаревшую и более не поддерживаемую версию Z-Way. Мы настоятельно рекомендуем перейти на использование контроллера Z-Box, стик Z-Stick-Z-Way для Windows или плату расширения RaZberry для Raspberry Pi. Все три решения основаны на последней и активно поддерживаемой версии Z-Way.

Подробнее

Примеры настройки Z-Cloud

Мы попытались собрать некоторые популярные примеры использования Z-Cloud для интеллектуального управления домом на базе протокола Z-Wave. В будущем мы будем дополнять данную рубрику новыми интересными примерами.

Подробнее

Temperature sensor Fibaro Universal Sensor controls the relay

How this work:

When the temperature sensor reports that the temperature drops below 27°C, the heater turns on. Once the temperature goes above 27°C, the heater switches off.

Hardware:

  • Temperature sensor: Fibaro Universal Sensor
  • Relay: Plug Switch Everspring (turns on the heater)

Algorithm configuration:

The temperature sensor must be constantly connected to power supply.
  1. Set up the sensor, so he sent a report about temperature change every minutes (Parameter 11)
  2. Turn on or off the relay (Scene)
  3. Every time when the report of the temperature comes, check its value (Rule) and acivate the Scene

Configuration:

1) Set up the sensor, so it sents the report about the change of temperature every minutes (by default, it sends a report every 200 seconds). Follow the steps below:
  • Go to the Expert Mode by pressing button expert mode on the bottom panel
  • Go to the menu For experts → Expert commands
  • Choose Fibaro Universal Sensor from the left column and are looking for a Configuration in the right column
  • Setup Parameter = 11, Value = 60. Press Set
These steps can be done in Configuration tab if there is a desription file of FGBS-001 in Z-Cloud.
2) Create two scenes: Turn On Heater and Turn Off Heater:  
  • Go to the menu Automation → Scenes and create two scenes
  • Press Save
3) Create two rules, which will check the temperature: First rule - If the report is come, And the temperature is less than 27C, then turn on the heater
  • Right-mouse click in the field Condition and select the Append after → Check event
  • In a new field right-mouse click, to call menu, select the Check event → Check source device, from the menu Source device select Fibaro Universal Sensor
  • Again call this menu, select Check event → Event, from the menu Event, select Report
 
  • Again right-mouse click in the field Condition and select the Append after → Evaluate python script
  • Insert string ZWaveAPI.devices[7].instances[3].commandClasses[49].data.val.value < 27, where devices[7] is the ID of your sensor, 27 at the end - temperature.
  • In field Action call menu, select Append after → Activate scene, from menu Activate scene select Turn On Heater
  • Make the rule active, by setting a checkbox. Press Save
Second rule - If the report is come, And the temperature is more than 27C, then turn off the heater. Do similarly to the first with a some changes:
  • In the script at the end set >= 27
  • From menu Activate Scene select Turn Off Heater
Press Save and enjoy your smart home!

Подробнее

Добавление нового устройства в сеть

Для начала работы с новым устройством Z-Wave, его необходимо добавить в существующую Z-Wave сеть. Этот процесс называется Включением (Inclusion). После включения устройства в сеть контроллер позволит его настроить, а также создать ассоциации с остальным устройствам в сети. Без включения, новое устройство не сможет послать команды другим устройствам. 1) Чтобы включить устройство в сеть, сначала нужно перевести контроллер в режим включения. Сеть -> Управление сетью -> Включить (заново) устройство Примечание Контроллер будет оставаться в режиме включения 15 секунд. Если в течении этого времени он не обнаружит нового устройства, то перейдет в обычный режим.
2) Затем, устройство нужно перевести в режим включения, обычно это делается тройным нажатием любой из кнопок (но может использоваться и другая комбинация, обратитесь к инструкции устройства). Увидев устройство, готовое к включению, контроллер добавит его в сеть. Если устройство до этого принадлежало другой сети, то его сначала нужно исключить (см. ниже). Примечание: Устройства поддерживающие режим NWI, могут быть включены в сеть находясь не в прямой видимости от контроллера, главное, чтобы между новым устройством и контроллером были промежуточные устройства, которые уже включены в сеть. Если ваш контроллер не поддерживает режим NWI или в сети мало устройств, поддерживающих Explorer Frame, то устройство должно находиться в прямой видимости контроллера в момент включения. Устройства, поддерживающие NWI и Explorer Frame основаны на Sigma Designs (Zensys) SDK 4.5 или 6. Более старые устройства основаны на SDK 4.2 или 5.0.
3) Чтобы проверить, что устройство добавилось и им можно пользоваться, нужно перейти на вкладку Настройка устройств. В списке устройств должно появиться новое устройство. Подтверждением того, что устройство правильно включилось в сеть служит надпись "Стадия интервью: Интервью прошло успешно". Это означает, что устройство сообщило о всех своих возможностях контроллеру, и контроллер теперь может использовать все функции устройства. Устройства, работающие на батарейках, при прохождении интервью могут перейти в режим сна (пониженного энергопотребления) и интервью будет пройдено не полностью, чтобы устройство полностью прошло интервью, достаточно его разбудить (обратитесь к инструкции устройства)
4) После включения и успешно пройденного интервью, можно использовать функции устройства, если это датчик температуры, то можно посмотреть температуру на вкладке Управление устройствами -> Датчики, если это актуатор (исполнительное устройство), то им можно управлять Управление устройствами -> Выключатели
  5) Исключение устройств. Процесс удаления устройства из сети Z-Wave называется Исключением (Exclusion). Если вы больше не используете устройство то его нужно исключить, для этого переведите контроллер в режим исключения.
  Затем переведите устройство в режим исключения, обычно это таже комбинация, что и для режима включения, т.е. тройное нажатие любой кнопки. При исключении устройства из сети оно сбрасывается к заводским настройкам.

Подробнее

Датчик температуры Fibaro Universal Sensor включает и выключает реле

Как работает:

Как только датчик температуры покажет, что температура опустилась ниже 27°С, включится обогреватель. После того как температура станет выше 27°С, обогреватель выключится.

Оборудование:

  • Датчик температуры: Fibaro Universal Sensor
  • Реле: Модуль в розетку Everspring ( включает обогреватель)
 

Алгоритм настройки:

Датчик температуры должен быть подключен к постоянному источнику питания.
  1. Настраиваем датчик, чтобы он слал отчет о изменении температуры каждую минут (Параметр 11)
  2. Включаем или выключаем реле (Сцена)
  3. Каждый раз когда приходит отчет о температуре, проверяем ее значение (Правило)

Настройка:

1) Настраиваем датчик, чтобы он слал отчет о изменении температуры каждую минут (по умолчанию он шлет отчет каждые 200 сек.), для этого делаем следующие шаги:
  • Переходим в “Режим эксперта”, нажав кнопку “режим эксперта” на нижней панели
  • Идем в меню “Для экспертов → Команды для экспертов”
  • Выбираем Fibaro Universal Sensor из левой колонки и ищем раздел Configuration в правой колонки
  • Устанавливаем Parameter = 11, Value = 60. Нажимаем Set
2) Создаем две сцены: “Включить обогреватель” и “Выключить обогреватель”:
  • Идем в меню “Автоматизация → Сцены” и создаем две сцены
  • Сохраняем
3) Создаем два правила, которые будут проверять температуру: Первое правило - “Если пришел отчет о температуре И температура меньше 27°С, то включить обогреватель”
  • Правой кнопкой мыши кликаем в поле “Условие” и выбираем “Добавить после → Проверить событие”
  • В появившейся области кликаем правой кнопкой мыши, выбираем “Проверить событие → Проверить отправителя” , из меню Отправитель выбираем Fibaro Universal Sensor
  • Опять вызываем это меню, выбираем “Проверить событие → Событие”, из меню "Событие" выбираем “Отчет”
 
  • Опять кликаем в поле “Условие” и выбираем “Добавить после → Проверить, выполнив скрипт python”
  • Вставляем строку ZWaveAPI.devices[7].instances[3].commandClasses[49].data.val.value < 27, где devices[7] это ID вашего датчика, а 27 в конце - температура.
  • В поле "Действие" вызываем меню, выбираем “Добавить после → Активировать сцену”, из меню "Активировать сцену" выбираем “Включить обогреватель”
  • Делаем правило активным, поставив галочку наверху и сохраняемся.
Второе правило - “Если пришел отчет о температуре И температура больше или равна 27°С, то включить обогреватель”. Делаем аналогично первому с небольшими изменениями:
  • В скрипте в конце изменяем >= 27
  • Активировать сцену - "Выключить обогреватель"

Подробнее

Пошаговая инструкция, как начать использовать Z-Cloud

Z-Cloud — это бесплатный облачный сервис домашней автоматизации на базе протокола Z-Wave, основанный на программном обеспечении Z-Way. Для начала работы в системе Z-Cloud необходимо приобрести Z-Wave USB стик (например, Z-Wave.Me Z-Stick 4) и пройти следующие шаги:

Регистрация

    • Зайдите на сайт ru.z-wave.me и нажмите «Создать учётную запись» в левом блоке.
    • На странице «User account» введите придуманное имя пользователя (1) и E-mail (2).
    • Далее укажите часовой пояс (3) вашего местоположения для корректной работы расписаний в Z-Cloud.
    • Задайте пароль пользователя (4) (user password, он используется для управления умным домом) и пароль администратора (5) (administrator password, он используется для управления и настройки умного дома), и введите проверочный код (6).
    • Нажмите «Создать учетную запись».
    • На ваш почтовый ящик, указанный при регистрации, будет отправлено письмо c инструкцией по завершению регистрации и ссылка. Пройдя по по ссылке, вы попадете на страницу «Reset password». Нажмите кнопку «Войти».
    • Вы попадёте на страницу изменений личных данных. Придумайте и введите два раза пароль для доступа на сайт (этот пароль нужен для входа на сайт Z-Wave.Me для смены паролей Z-Cloud и участия в форуме), после чего нажмите кнопку «Сохранить» внизу страницы.

Подключение Z-Wave USB Stick и установка драйвера

  • Скачайте драйвер для USB стика под Windows. Обратитесь к инструкциям по установке драйверов для Z-Wave.Me Z-Stick 4 и для стика AeonLabs.
  • Установите драйвер, следую инструкции установщика. После завершения установки драйвера появится сообщение «Installation completed successfully»
  • Определите COM-порт, присвоенный вашему Z-Wave USB Stick. Для этого откройте Панель управления Windows, раздел Система, закладку Оборудование. Нажмите на кнопку Диспетчер устройств. Вставьте USB стик — в списке должно появиться новое устройство (в скобках указан COM-порт).

Установка и настройка программы Z-connector для соединения ваших устройств с сервером Z-cloud

    • Скачайте программу Z-Connector. Чтобы скачать, вы должны быть залогинены на сайте
    • Разархивируйте скачанный файл Z-Сonnector.zip в любую папку. Запустите z-connector.exe
    • Нажмите Settings в правом нижнем углу, чтобы настроить параметры подключения
 
    • Выберите COM-порт вашего Z-Wave USB Stick, нажмите ОК.
 
 
    • Нажмите Connect, и Вы подключитесь к Z-Cloud.
    • Для подключения к панели управления нажмите Go to Web UI или перейдите к следующему пункту, для подключения через браузер

Подключение к панели управления умным домом через браузер

    • Поддерживаются только браузеры Chrome, Safari, Firefox! Opera и Internet Explorer не поддерживаются!
    • Запустите браузер и перейдите по адресу z-wave.me, если до этого вы все сделали правильно, то в левой колонке вы увидите надпись: Вы подключены к Z-Cloud. Нажмите на нее для перехода к панели управления умным домом. Если появилось сообщение "Сертификат безопасности сайта не является доверенным!" нажмите «Продолжить все равно».
    • Введите Ваше имя пользователя, которые вы указывали при регистрации и один из паролей (пользователя или администратора).
 
  • Перед Вами откроется панель управления умным домом, с помощью которой Вы можете управлять своим домом, в том числе и не находясь в нем.

Подробнее

Z-Way для iOS

Z-Way для iOS — это приложение для iPhone, iPad и iPod Touch для управления оборудованием Z-Wave через сервер домашней автоматизации Z-Way. Приложение доступно для скачивания через AppStore. Z-Way для iOS также совместимо с Z-Cloud, что позволит управлять умным домом удалённо, используя 3G или общедоступные сети WiFi.

Подробнее

Краткое руководство пользователя Z-Way для iPad/iPhone

С помощью приложения Z-Way для iPad/iPhone/iPod пользователи Z-Cloud могут включать и выключать свет, открывать и закрывать шторы, следить за энергопотреблением, температурой и получать другую информацию о состоянии дома не вставая с дивана или находясь вне дома. Для работы Z-Way необходимо быть подключенным к Z-Cloud! При запуске приложения, вы попадаете в главное меню, из которого можно перейти к управлению устройствами и посмотреть их состояние. Прежде чем, управлять устройствами, нужно задать адрес сервера «Умного дома». Для этого нажимаем на кнопку «Профили» в левом верхнем углу и попадаем на экран добавления профилей. Нажав кнопку «+» мы переходим к созданию нового профиля. Здесь нужно задать его имя, адрес сервера, пароль и логин. Для подключения к серверу можно использовать два адреса, первый — это внутренний адрес в вашей локальной сети, второй — это внешний адрес в интернете. Находясь дома, iPad будет подключаться по внутреннему адресу. Эта связь работает даже если у вас отключен интернет. При невозможности связаться с сервером по внутреннему адресу, Z-Way переключится на второй, что даёт возможность управлять вашим домом из вне через интернет. При подключении к Z-Cloud в качестве внутреннего сервера укажите https://z-cloud.z-wave.me:<port>, где <port> — это индивидуальный порт для вашей учётной записи. Логин и пароль используйте те же, что и при подключении к Z-Cloud. Рекомендуем использовать пароль пользователя, а не администратора. Профилей может быть несколько, например один для вашей квартиры, другой для загородного дома. Для переключения между профилями нажмите на имя профиля в таблице списка профилей. Итак, настроив профиль, мы готовы управлять нашим «Умным домом». Возвращаемся на вкладку «Профили» и нажимаем кнопку «Готово», мы вновь в главном меню. Чтобы посмотреть список всех устройств и их возможности, перейдем на вкладку «Все». Здесь собраны как исполнительные устройства, так и датчики. При большом количестве устройств данный экран не очень удобен. На вкладке «Свет» находятся устройства служащие для управления светом, это диммеры, выключатели, розеточные модули. Из этого пункта меню удобно выключать свет во всей квартире. На вкладке «Датчики» можно посмотреть информацию о состоянии дома. Например, если у вас установлен датчик открытия окна, то можно увидеть открыто окно или нет. Так же можно узнать температуру в доме, или с помощью датчика протечки узнать не прорвало ли трубу в санузле. Нажатие на значение приводит к обновлению значения. Вращающиеся стрелочки показывают, что значение запрошено, но ещё не обновлено. Т.к. многие датчики Z-Wave работают от батареек и большую часть времени пребывают во сне, обновление может произойти только при следующем пробуждении устройства. На вкладке «Счетчики» показывается информация о потреблении электроэнергии, например обогревательным прибором. На вкладке «Термостаты» вы можете управлять микроклиматом в вашей квартире, задать температуру теплого пола или отопительных батарей. На вкладке «Жалюзи» можно быстро закрыть или открыть все жалюзи и шторы в вашем доме. На вкладке «Батарейки» виден уровень заряда элементов питания устройств, работающих от батареек.

Подробнее

Работа с ethernet-модулем Laurent через Z-Wave.

Используя встроенный интерпретатор скриптового языка Lua в контроллере умного дома Home Center 2, можно настроить модуль на периодическую отправку данных на контроллер, а также возможно управлять релейными и ШИМ выходами. Техническая характеристика устройства:
  • Ethernet (LAN) модуль управления
  • Реле 220В / 7А, 4 штуки
  • Счетчик импульсов: 4 штуки
  • Входные дискретные линии: 6 штук
  • Выходные дискретные линии: 12 штук
  • ШИМ выход, RS-232, 2 x АЦП

Для того, чтобы взаимодействовать с устройством, добавим в HC2 виртуальное устройство с соответствующим ему IP-адресом и портом 2424.   Предположим, что в виртуальном устройстве мы хотим видеть информацию с датчика температуры, двух реле, а также управлять вручную этими реле и принудительно опрашивать температурный датчик: Для начала реализуем управление реле: Также сделаем ярлык для отображения температуры и состояния реле: После этого, необходимо написать кнопку, которая будет запрашивать состояние температуры и реле:

Подробнее

Сравнение контроллеров

В данной таблице сравниваются между собой разные контроллеры по возможностям, функционалу и техническими характеристикам. Также полезно посмотреть на таблицу совместимости контроллеров и различных устройств.  

Подробнее