مفهوم شبکه Z-Wave

نود و دستگاه ها

تکنولوژی اتوماتیک شامل سه لایه است

لایه ی رادیویی و لایه شبکه و لایه برنامه ای که با همدیگر کار به وجود می اورند که شبکه قدرتمند و قابل اعتماد را فعال می کنند ،که چندین نود و دستگاه همزمان با همدیگر ارتباط برقرار می کنند

لایه رادیویی:تعاریفی که راه های جا به جایی سیگنال بین شبکه و سخت افزار رادیویی فیزیکی است .

این ها شامل :فرکانس،رمز گذاری،دسترسی سخت افزاری و...

لایه ی شبکه ای: 2 دستگاه و نود ی که بین داده ها کنترل و جا به جا می شود.

این ادرس شامل :سازمان دهی شبکه،مسیر یابی و...

لایه ی برنامه:تعاریفی که برای هندل کردن پیام ها نیاز دارد و به وسیله ی برنامه ای خاص دستور می دهد که چه وظایفی را انجام دهد،وظایف خاصی مانند :فرامین روشنایی، یا فرامین سرمایش و گرمایش.

لایه ی شبکه ای:

Zwave شبکه ای را کنترل می کند که داده ها بین دستگاه های مختلف بر روی شبکه جا به جا می شود ،که باعث استواری 3 لایه می شود.

دسترسی لایه های رسانه ای: پیام های سخت افزاری شبکه بی سیم را کنترل میکند که_این دستورالعمل ها نامرئی هستند.

حمل و نقل لایه ها:کنترل کردن پیام های حامل،تضمین خطا،ارتباط رایگان بین 2 نود بی سیم.

اخرین استفاده نمی تواند تحت تاثیر لایه ی دستوری باشد اما نتیجه این لایه نامرءی است.

مسیریابی لایه: zwave    ظرفیت شبکه و پیام دستگاه نود را مدیریت می کند.

این لایه برای استفاده نود های اضافی ارسال پیام است.

دسترسی رسانه ای و حمل ونقل لایه ها توضیح می دهد که با فرستادن پیام ،شما نمی توانید ببینید که چگونه اطلاعات از گوشی شما به بقیه جا به جا می شود .

به طور مشابه در تکنولوزی خانه های هوشمند، از شبکه بی سیم   استفاده می شود که برای فعال سازی ارتباطات بین فرستنده و گیرنده ی نود هاست.

گاه و بیگاه ،ممکن است پیام در موبایل گم شود که می تواند ناشی از پذیدش ضعیف باشد.

این مورد شبکه ی اتوماتیک می تواند ناشی از دخالت و تثبیت موقعیت گیرنده خیلی دور از فرستنده است.

در شبکه ی ساده ،فرستنده هیچ feedback دریافت نمی کند گرچه پیام دریافت می شود و فرمان به درستی اجرا می شود.

Zwave یکی از قابل اعتماد ترین تکنولوژی بی سیم است.

Azwave فرستنده، 3 بار تلاش می کند که پیام بفرستد در حالیکه منتظر ACK است که بعد از 3 بار تلاش نا موفق بوده،فرستنده Zwave  اتصال ناموفق را به کاربر گزارش می دهد ،تعدادی از تلاش های نا موفق هم همچنین شاخص خوبی برای شبکه ی بی سیم است.

استفاده ی نود برای اتصال موفق:شبکه ی قوی بالاخره 2 نود دارد،که می توانند باهمدیگر ارتباط برقرار کند ،نود ها احتیاج دارند که به فرمان رسانه ای دسترسی داشته باشند .

در بیشترین موارد این یک ارتباط رسانه ای فیزیکی است مثل کابل،ارتباط رسانه ای برای شبکه رادیویی بی سیم که هوا است و به وسیله ی منبع های تکنولوزی:تلویزیون،wifi ،گوشی های همراه و...

بنابراین هریک از موارد شبکه احتیاج به یک پروتکل تعریف شده دارد،که اجازه بدهد نود های متفاوت یک شبکه تعریف بشوند

هر یک از نودهای شبکه احتیاج دارند که برای تمییز داده شدن از نود های دیگر نعریف خاصی داشته باشند .

 

پروتکل ZWAVE با 2 شناسایی برای سازمان دهی شبکه تعریف می شود.

ID HOME فرمان می دهد که نود ها به شبکه zwave  منطقی تعلق پیدا کند،َکه طول ان 4 بایت=32 بیت است.

ID نود ،ادرس تک نود در شبکه است،ID نود طول ان 1 بایت =8 بیت است .

نود با id خانه های متفاوت نمی توانند با همدیگر ارتباط برقرار کنند.اما ممکنه id مشابه داشته باشند.

این به خاطر این است که 2 شبکه از همدیگر ایزوله شدند.

یک شبکه ی تک 2 نودی نمی تواند id نود یکسان داشته باشد.

این بدان معنی است که هر نود می تواند ادرس مخصوصی به شما بدهد که بتوانید سیستم اتوماتیکی خودتان را کنترل کنید.

Zwave دو نوع پایه دارد:

کنترلر ها:دستگاه هایی که پروتکل ZWAVE را کنترل می کند

Slave:دستگاه هایی که به وسیله دستگاه های zwave کنترل می شوند

کنترلرها با شناسه اصلی برنامه ریزی شده است، این کاربر نمی تواند آن را تغییر دهد. slaveیک ID Home برنامه ریزی شده ندارند زیرا ID خانه را که توسط شبکه تعیین شده است را می گیرد.کنترل اصلی شامل گره های دیگر به شبکه با اختصاص دادن شناسه Home ID خود می باشد. اگر یک گره ID Home را از کنترل اصلی دریافت کند، این گره بخشی از شبکه می شود. کنترل اصلی همچنین یک شناسه ی گره اختصاصی را برای هر دستگاه جدیدی که به شبکه اضافه شده است اختصاص داده است. این فرآیند به عنوان Inclusion شناخته می شود.

مثال: این شبکه (شکل 3) دارای دو کنترل کننده با شناسه اصلی پیش فرض کارخانه و دو دستگاه دیگر فرعی است که هیچ شناسه Home ID اختصاصی ندارد.

 

شامل:

با توجه به اینکه کدام یک از کنترل کننده ها برای پیکربندی شبکه Z-Wave استفاده می شود، ID Home Network در این مثال وجود خواهد داشت،هر دو كنترل كننده همانند Node ID # 0x01 دارند و در اين مرحله دستگاه هاي فرعي هيچ شناسه گره اختصاصي ندارند. در تئوری این تصویر دو شبکه با یک گره است که در هر کدام از آنها نشان داده شده است.

از آنجا که هیچ کدام از گره ها ID مشترک ندارند، هیچ ارتباطی نمی تواند بین انها رخ دهد.

یکی از دو کنترل کننده ها که در حال حاضر به عنوان کنترل اصلی شبکه انتخاب شده اند. این کنترل کننده شناسه اصلی خود را به تمام دستگاه های دیگر اختصاص می دهد و همچنین آنها شناسه های جداگانه دارند.

پس از Inclusion موفقیت آمیز، تمام گره ها ID Home دارند - که به یک شبکه متصل هستند. آنها همچنین دارای یک شناسه منحصر به فرد هستند که به آنها امکان شناسایی و برقراری ارتباط با یکدیگر را می دهد.

در این مثال دو کنترل کننده وجود دارد. کنترل کننده ای که Home ID نامیده می شود، ID اصلی برای تمام دستگاه ها است. "کنترل اصلی" نامیده می شود. تمام کنترل کننده های دیگر تبدیل به "کنترل های ثانویه" می شوند.کنترل اصلی می تواند شامل دستگاه های بیشتری باشد، در حالی که کنترل ثانویه شامل این موارد نمی شود. با این وجود، کنترل کننده های اولیه و ثانویه در همه جنبه های دیگر هم عمل می کنند.

از آنجا که گره های شبکه های مختلف نمی توانند به دلیل ID Home متفاوت با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، می توانند همسو باشند و حتی "یکدیگر" را ببینند.

ID 32 بیتی اجازه می دهد تا 4 میلیارد (2 ^ 32) مختلف Z-Wave به شبکه تعریف شود، هر کدام حداکثر 256 (2 ^ 8) گره های مختلف. با این حال، برخی از این گره ها توسط شبکه برای ارتباطات داخلی و عملکرد خاص اختصاص داده می شود، بنابراین شبکه Z-Wave می تواند حداکثر 232 دستگاه داشته باشد.

گره ها می توانند از یک شبکه Z-Wave برداشته شوند، این یک معادله نامیده می شود. در طول فرایند ،شناسه اصلی و شناسه گره از دستگاه حذف می شوند. این دستگاه به وضعیت پیش فرض کارخانه تنظیم می شود .

مشینگ و مسیریابی:

در یک شبکه بی سیم معمولی، کنترل کننده مرکزی دارای یک اتصال بی سیم مستقیم به تمام گره های شبکه دیگر است. این نیاز به لینک مستقیم رادیویی دارد. با این حال، اگر یک اختلال وجود داشته باشد، کنترل کننده هیچ مسیر پشتیبانی برای رسیدن به گره ها ندارد و ارتباط قطع خواهد شد..

با این حال، Z-Wave یک مکانیزم بسیار قدرتمند برای غلبه بر این محدودیت ارائه می دهد. گره های Z-Wave می توانند پیام ها را به گره های دیگر که در محدوده مستقیم کنترل کننده نیستند، این موج ، Z-Wave را قادر می سازد تا شبکه های بسیار انعطاف پذیر و قوی ایجاد کند. ارتباطات را می توان به تمام گره ها در داخل شبکه داد، حتی اگر آنها خارج از محدوده مستقیم باشند و یا اتصال مستقیم قطع شود.

شبکه Z-Wave با مسیریابی نشان می دهد که کنترل کننده می تواند به طور مستقیم با گره های 2، 3 و 4 ارتباط برقرار کند. گره 6 در خارج از محدوده رادیویی قرار دارد، اما در محدوده رادیویی گره 2 است. بنابراین کنترل کننده می تواند به گره 6 از طریق گره 2 ارتباط برقرار کنید. این یک "مسیر" نامیده می شود.

با استفاده از این سیستم مسیریابی، سیگنال های Z-Wave حتی می توانند در گوشه و اطراف کار کنند.و در تکنولوژی های دیگر در "خط دید" کار می کنند که هر فرستنده باید مستقیم یک گیرنده داشته باشد، اما Z-Wave به سادگی یک سیگنال را در یک مسیر کوچک در اطراف مانع با استفاده از گره دیگر می فرستد،مسیریابی Z-Wave می تواند به طور خودکار به هر گونه تغییر در شبکه سازگار باشد. به عنوان مثال شکل 8 نشان می دهد که ارتباط مستقیم بین گره 1 و گره 2 مسدود شده است. اما هنوز هم ممکن است که گره 1 با Node 6 با استفاده از Node 3 به عنوان تکرار اضافی ارتباط برقرار کند.

گره های بیشتر در شبکه، شبکه را انعطاف پذیر تر و قوی تر می کند،Z-Wave قادر به ارسال پیام ها از طریق چهار گره تکراری است، این یک سازش بین اندازه شبکه و ثبات ان است و حداکثر زمانی که یک پیام مجاز به حرکت در شبکه باشد را نشان می دهد.

مسیرهای ساخت در شبکه Z-Wave:

هر گره قادر است تعیین کند که کدام گره در محدوده بی سیم مستقیم قرار دارد. این گره ها همسایگان نامیده می شوند. در حین وارد شدن گره قادر به کنترل کننده در مورد لیست همسایگان خود است. با استفاده از این اطلاعات، کنترل کننده قادر به ساخت یک جدول است که دارای تمام اطلاعات در مورد مسیرهای ارتباطی ممکن در یک شبکه است. این جدول مسیریابی می تواند توسط کاربر قابل دسترسی باشد و راه حل های نرم افزاری متعددی وجود دارد که به طور معمول به عنوان ابزار نصب شناخته می شوند که جدول میزبانی را به شما نشان می دهد تا بتوانید تنظیمات شبکه را بهینه سازی کنید.

نمودار بالا (شکل 9) یک شبکه مش Z-Wave با یک کنترل کننده و پنج گره نشان می دهد. کنترل کننده می تواند به طور مستقیم با گره 2 و 3 ارتباط برقرار کند. اتصال مستقیم به گره 4، 5 و 6 وجود ندارد. ارتباط با گره 4 از طریق گره 2 یا گره 3 به کار می رود

مسیریابی برای این شبکه در جدول 2 نشان داده شده است - ردیف حاوی گره های منبع است و ستون ها حاوی گره های مقصد هستند. یک سلول با "1" نشان می دهد که گره همسایه است و "0" نشان می دهد که هیچ مسیر ارتباط مستقیم وجود ندارد. جدول همچنین ارتباط بین کد منبع 1 و مقصد گره 4 را نشان می دهد. سلول بین گره 1 و 4 با علامت «0» مشخص می شود. بنابراین شبکه سیگنال را از طریق گره 3 که در محدوده مستقیم هر دو گره 1 و گره 4 قرار دارد،هدایت می کند.

مثال دیگری (شکل 10) نشان می دهد که گره 6 تنها می تواند با بقیه شبکه با استفاده از گره 5 به عنوان تکرار کننده ارتباط برقرار کند. از آنجا که کنترل کننده اتصال مستقیم به گره 5 ندارد، کنترل کننده باید یکی از مسیرهای زیر استفاده کند: "1 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6" یا "1 -> 2 -> 5 ->6

که کنترل کننده همیشه سعی می کند اولین پیام خود را به طور مستقیم به مقصد ارسال کند. اگر این امکان پذیر نیست، جدول مسیریابی خود را برای یافتن بهترین مسیر بعدی برای مقصد استفاده خواهد کرد. کنترل کننده می تواند تا سه مسیر جایگزین را انتخاب کند و سعی خواهد کرد پیام را از طریق این مسیر ارسال کند. فقط اگر تمام مسیرها از بین بروند کنترل کننده یک شکست را گزارش می دهد.

 

تفاوت بین سه نوع مختلف گره دانش آنها از جدول مسیریابی شبکه و توانایی آنها برای ارسال پیام به شبکه است.

شبکه Z-Wave به طور معمول به عنوان یک شبکه کوچکی آغاز می شود که به همان اندازه زمانی که شما نیاز دارید گسترش می یابد. یک شبکه کوچک ممکن است یک کنترل از راه دور و چند سوئیچ یا دیمر تشکیل شده باشد. کنترل از راه دور به عنوان کنترل اصلی عمل می کند و سوئیچ ها و دیمر ها را کنترل می کند

در حین گنجاندن، دیمرها و سوئیچ ها باید در مکان نهایی خود نصب شوند تا اطمینان حاصل شود که فهرست صحیح همسایگان را گزارش دهد

نوعی از پیکربندی شبکه به خوبی کار می کند تا زمانی که کنترل از راه دور می تواند به طور مستقیم به تمام سوئیچ ها و dimmers برود اما اگر گره کنترل در محدوده نباشد، کاربر ممکن است تاخیر داشته باشد، زیرا کنترل از راه دور ابتدا باید قبل از کنترل دستگاه، ساختار شبکه را تشخیص دهد

در صورتی که یک دستگاه در آن گنجانده شده و بعدا به موقعیت جدید برود این دستگاه خاص اگر در محدوده مستقیم باشد تنها با کنترل از راه دور کار میکند،. در غیر این صورت ارتباطات شکست خواهد خورد، زیرا ورودی جدول مسیریابی برای این دستگاه خاص اشتباه است و کنترل از راه دور قادر به انجام اسکن شبکه در زمان عملیات نیست.

شبکه Z-Wave با یک کنترل کننده استاتیک:

یکی دیگر از شبکه های معمولی شامل یک کنترلر استاتیک می باشد که عمدتا نرم افزار PC و Dongle USB Z-Wave یا یک دروازه

شبکه با کنترل های چندگانه:

در یک شبکه بزرگتر چندین کنترل کننده با هم کار خواهند کرد. یک کنترل کننده استاتیک برای تنظیم و مدیریت سیستم استفاده می شود و یک یا چند کنترل از راه دور توابع خاصی را در مکان های مختلف انجام می دهد

اگر یک شبکه دارای چند کنترل کننده باشد، کاربر باید تعیین کند کدام یک از کنترل کننده ها کنترل کننده اصلی خواهد بود.

 

کنترل کننده های استاتیک معمولا قابل اعتماد تر هستند و به آسانی از دست نمی روند. آنها به طور معمول عملکردهای پشتیبانی را برای جایگزینی سخت افزاری در صورت آسیب شدید ارائه می دهند

شبکه با کنترلر قابل حمل به عنوان کنترل اولیه:

کنترل های از راه دور آسیب پذیرتر هستند. معمولا کنترل های راه دور یک عملکرد پشتیبانی ارائه نمی دهند. اگر کنترل کننده اصلی آسیب دیده یا از بین رفته باشد، باید مجددا تمام شبکه را اجرا کرد. در نتیجه یک شبکه بسیار پایدار و بدون نیاز به سازماندهی مجدد شبکه می باشد

و انتخاب كنترل اولیه - استاتیک یا قابل حمل - بیشتر به ترجیح شخصی خود فرد بستگی دارد و اینكه نیازمند فنی باشد یا خیر؟