Навіны тэхналогій

Z-Wave на хвалі аўтаматызацыі

Сярод пратаколаў сувязі, прызначаных для сістэм аўтаматызацыі дома, Z-Wave карыстаецца найбольшай папулярнасцю. Сакрэт поспеху просты: сеткі на аснове дадзенага стандарту адрозніваюцца прастатой стварэння і адносна нізкай коштам.

Гэты пратакол, безумоўна, заслугоўвае дэталёвага разгляду.

Змест

  • Гісторыя развіцця
  • Асаблівасці пратаколу
  • Практычная рэалізацыя
  • Заключэнне

Гісторыя развіцця

Пратакол Z-Wave з'явіўся на святло дзякуючы дацкай фірме Zensys — менавіта яна ўзялася за распрацоўку новага стандарту сувязі ў далёкім 1999 годзе. Мэтай супрацоўнікаў кампаніі стала стварэнне рашэнні з нізкім энергаспажываннем і высокай сістэмай адмоваўстойлівасці. Запланаванага выніку ўдалося дасягнуць праз пару гадоў: першыя прататыпы прылад з падтрымкай Z-Wave былі прадстаўлены ў 2001 годзе.

З мэтай папулярызацыі пратаколу, у 2005 годзе была заснавана арганізацыя Z-Wave Alliance, у якую ўвайшлі вытворцы адпаведнага абсталявання. Альянс узяў на сябе пытанні, звязаныя з маркетынгавай падтрымкай стандарту і сертыфікацыяй Z-Wave прылад. За дзевяць гадоў існавання арганізацыі ў яе ўступіла больш за 250 вытворцаў.

Наступным буйным падзеяй стала паглынанне фірмы Zensys амерыканскай кампаніяй Sigma Designs. Здзелка адбылася ў 2008 годзе. Змяніўшы гаспадара, Z-Wave атрымаў добры штуршок да далейшага развіцця: наступныя некалькі гадоў папулярнасць стандарту імкліва расла, у выніку чаго ён змог заваяваць значную долю рынку. На сённяшні дзень выпушчана больш за тысячу розных прылад з падтрымкай дадзенага пратакола, пры гэтым агульная колькасць рэалізуюцца Z-Wave-гаджэтаў перавышае мільён адзінак у год.

Асаблівасці пратаколу

Як і канкурэнт у асобе ZigBee, пратакол Z-Wave перадае дадзеныя праз радыёканал. Якія выкарыстоўваюцца частоты вар'іруюцца ў залежнасці ад рэгіёна. У прыватнасці, у ЗША прынята значэнне 908,42 МГц, у Еўропе — 868,42 МГц. У Укаины для Z-Wave выдзелены частотны дыяпазон 868 МГц. Хуткасць перадачы дадзеных ўнутры бесправадной сеткі залежыць ад выкарыстоўванага абсталявання і можа дасягаць 100 Кбіт/с. Пратакол заменчаны пад перадачу кароткіх каманд: максімальны памер пакета складае 46 байт. Для струменевай перадачы дадзеных стандарт не падыходзіць. Z-Wave мае функцыю пацверджання дастаўкі пакета: калі каманда не дасягнула атрымальніка, то прылада выконвае паўторную адпраўку.

Z-Wave выкарыстоўвае ячэістую тапалогію сеткі: прылады, якія сілкуюцца ад электрычнай разеткі, могуць выступаць у ролі рэтранслятараў, перадаючы сігнал па ланцужку і, тым самым павялічваючы зону пакрыцця. У выпадку паломкі аднаго з вузлоў, сетка мае магчымасць перабудаваць маршрут і пусціць дадзеныя «у абыход». У пазнейшых рэалізацыях Z-Wave гэтая функцыя працуе асабліва эфектыўна дзякуючы выкарыстанню спецыяльнага пакета Explorer Frame, які рэтрансьлюецца усімі вузламі. Лімітавае адлегласць паміж двума Z-Wave-прыладамі — ад 10 да 30 метраў, у залежнасці ад атачэння.

У адрозненне ад Insteon, у Z-Wave адрасаванне ажыццяўляецца не па унікальнага ідэнтыфікатара прылады, а па яго адрасе ўнутры сеткі. Ўзаемадзеянне паміж гаджэтамі ажыццяўляецца пры непасрэдным удзеле цэнтральнага (першаснага) кантролера. Ён адказвае за маршрутызацыю ўнутры сеткі і, як правіла, ён жа забяспечвае сувязь з знешнім светам. Цэнтральны кантролер можа быць толькі адзін, аднак стандарт дапускае выкарыстанне некалькіх другасных кантролераў.

Першасны кантролер захоўвае звесткі аб маршрутах, па якіх перадаюцца дадзеныя: пры ініцыялізацыі новых гаджэтаў ён запамінае іх размяшчэнне. Такім чынам, маецца на ўвазе, што пры даданні прылады ў сетку яно знаходзіцца на сваім канчатковым месцы. Калі ў далейшым гаджэт будзе перамешчаны або на шляху яго сігналу паўстане мэбля, то гэта можа прывесці да з'яўлення непрацоўных маршрутаў — магчыма, іх спатрэбіцца абнавіць ўручную.

Кантралёры дзеляцца на дзве ўмоўныя групы: статычныя і партатыўныя. Цэнтральны кантролер — тыповы прадстаўнік першай групы. Як правіла, ён уяўляе сабой спецыялізаванае прылада з сілкаваннем ад электрасеткі і правадным злучэннем з роўтарам. Значна радзей замест падобнага рашэння выкарыстоўваецца ПК з адмысловым ПА і USB-брелком для сувязі з сеткай Z-Wave. Прыкладам партатыўнага кантролера можа служыць пульт дыстанцыйнага кіравання, які пастаянна перамяшчаецца ў прасторы. Прылады гэтага тыпу адсутнічаюць у табліцах маршрутызацыі, то ёсць іншыя гаджэты не могуць да іх звярнуцца, але могуць адказаць на іх запыт. Партатыўныя кантралёры сілкуюцца ад батарэек і практычна ўвесь час знаходзяцца ў рэжыме сну.

З-за працяглых перыядаў бяздзейнасці, модулі Z-Wave характарызуюцца вельмі нізкім энергаспажываннем. Як следства, рашэнні на іх аснове могуць доўгі час працаваць ад аднаго камплекта батарэй. Скажам, у выпадку з датчыкамі, вырабляць замену элементаў харчавання прыпадае прыкладна раз у год. Пры гэтым не варта баяцца, што гаджэт «патухне» у самы нечаканы момант — інфармацыя аб стане батарэек у абавязковым парадку перадаецца на цэнтральны кантролер, так што карыстальнік зможа замяніць іх загадзя.

Асобна згадаем так званыя FLiRS-прылады, якія вымушаныя працаваць з уваходным сігналам. Бесправоднае рашэнне гэтага тыпу кожную секунду правярае, калі ў эфіры пакет для яго. Калі такі выяўляецца, то гаджэт прачынаецца і выконвае сваю асноўную функцыю. Дадзены алгарытм працы дазваляе істотна эканоміць зарад батарэек. Прыклады FLiRS-прылад — «разумныя» замкі і блокі кіравання шторамі.

Максімальны лік Z-Wave прылад, якія функцыянуюць у рамках адной сеткі — 232, але на практыцы выкарыстоўваць больш за 50 гаджэтаў не рэкамендуецца. Як паказвае практыка, гэтага дастаткова для ахопу шматпавярховага дома з агульнай плошчай каля 500 квадратных метраў. Варта адзначыць, што некалькі сетак Z-Wave могуць суіснаваць у межах аднаго памяшканні — яны не ствараюць адзін аднаму праблем.

Практычная рэалізацыя

Безумоўна, галоўны козыр Z-Wave — адсутнасць праблем з сумяшчальнасцю. Збольшага гэта звязана з тым, што пратакол, у адрозненне ад таго ж Zigbee, не спрабуюць прыбудаваць ўсюды, дзе гэта толькі магчыма. Аднак галоўная прычына поўнага ўзаемаразумення прылад Z-Wave — жорсткі кантроль з боку Sigma Designs. Пачнем з таго, што ва ўсіх гаджэтах, якія падтрымліваюць гэты стандарт, выкарыстоўваецца строга абмежаваны набор камунікацыйных чыпаў. За распрацоўку і выпуск дадзеных мікрасхем адказвае сама Sigma Designs. Вытворцам канчатковага абсталявання прапануюцца як самастойныя чыпы, так і модулі на іх аснове — яны ўтрымліваюць мінімальны набор кампанентаў, неабходных для працы мікрасхемы.

За час існавання пратаколу Z-Wave на святло з'явілася пяць пакаленняў камунікацыйных чыпаў. Першае сямейства было прадстаўлена яшчэ ў 2001 годзе. Дадзеныя рашэнні забяспечвалі хуткасць перадачы дадзеных на ўзроўні 9,6 Кбіт/з і валодалі мінімальным наборам магчымасцяў. Чатыры гады праз было анансавана другое пакаленне, якое прынесла з сабой павелічэнне прапускной здольнасці да 40 Кбіт/с. Гэтыя SoC мелі 2 Кб аператыўнай памяці і 32 Кб ПЗУ. У дадзены момант прылады на базе рашэнняў першага і другога пакаленняў ўжо не сустракаюцца ў продажы.

Трэцяя серыя мікрасхем была анансаваная ў 2006 годзе — пры яе стварэнні распрацоўшчыкі зрабілі акцэнт на аптымізацыі энергаспажывання і магутнасці выпраменьвання. Яшчэ праз два гады публіцы прадставілі чацвёртае пакаленне чыпаў. Хуткасць перадачы дадзеных была павялічана да 100 Кбіт/з, з'явілася падтрымка новых функцый, сярод якіх — апаратнае шыфраванне па 128-битному алгарытме AES. Аб'ём пастаяннай памяці павялічылі ўдвая, аператыўнай — у восем разоў. Пятая лінейка чыпаў з'явілася адносна нядаўна — у 2013 годзе. У ёй у чарговы раз павялічылі аб'ём пастаяннай памяці (да 128 Кб) і дадалі падтрымку некалькіх другарадных функцый.

Актуальныя на сённяшні дзень чыпы (трэцяга, чацвёртага і пятага пакаленняў) могуць без праблем абменьвацца інфармацыяй адзін з адным. Больш таго, модулі на іх аснове маюць аднолькавы формаў-фактар і з'яўляюцца ўзаемазаменнымі, так што вытворцы абсталявання могуць перайсці з аднаго пакалення мікрасхем на іншае, наогул не змяняючы канструкцыю гаджэтаў. У цэлым, пры куплі Z-Wave прылад можна асабліва не задумвацца над тым, якія камунікацыйныя чыпы хаваюцца ўнутры. Тым не менш, знатакам усяго самага тэхналагічнага мы можам параіць браць на ўзбраенне гаджэты з сертыфікатам Z-Wave Plus — у іх гарантавана выкарыстоўваецца чацвёртая або пятая серыя. Праўда, гэтая сертыфікацыя была ўведзена толькі год таму, так што нават у найбольш прасунутых рашэнняў запаветны шилдик можа адсутнічаць.

Sigma Designs таксама паспрабавала выключыць верагоднасць канфліктаў на ўзроўні праграмнага забеспячэння. На дапамогу зноў прыйшла жорсткая стандартызацыя: код для канального, сеткавага і транспартнага узроўняў (па мадэлі OSI) прадастаўляецца ў предкомпилированном выглядзе, так што гарэзлівыя ручкі вытворцаў абсталявання не могуць наламаць дроў.

Вынік такі: Z-Wave-прылады розных пакаленняў, выпушчаныя рознымі вытворцамі, без праблем могуць ўзаемадзейнічаць адзін з адным. Зрэшты, калі ўсё выкарыстоўваюцца гаджэты будуць зроблены адной фірмай, то гэта, верагодна, некалькі спросціць наладу абсталявання.

Заключэнне

Z-Wave — гэта выдатнае рашэнне як для прафесійных інтэгратараў, так і для тых, хто жадае аўтаматызаваць сваё жыллё самастойна: для праектавання і мантажу сістэмы на аснове дадзенага стандарту не патрабуецца адмысловых навыкаў. Адсутнасць неабходнасці пракладаць спецыяльныя кабелі — гэта таксама велізарны плюс. Акрамя таго, выдатная сумяшчальнасць прылад дае магчымасць нарошчваць функцыянал сістэмы паступова, дадаючы неабходныя модулі па меры неабходнасці.

Што могуць прапанаваць канкурэнты Z-Wave? Першы супернік — ZigBee — супастаўны па кошце абсталявання і складанасці разгортвання бесправадной сеткі, аднак ён прайграе па двух пунктах. Па-першае, гаджэты гэтага стандарту маюць сур'ёзныя праблемы з сумяшчальнасцю. Па-другое, знайсці ў продажы прылады з падтрымкай Z-Wave куды прасцей, а і іх асартымент значна больш.

Другі канкурэнт у асобе Insteon куды больш небяспечны: ён выйграе ў пытаннях надзейнасці і прастаты выкарыстання. У Паўночнай Амерыцы яму ўдаецца паспяхова супрацьстаяць Z-Wave, але ў Еўропе апошні ў большай пашане: заморскі госць прыйшоў у Стары Свет толькі нядаўна, так што Insteon прылады пакуль што з'яўляюцца дзівоцтвам — іх мала і яны прадаюцца па моцна завышанай цане.