صفر تا 100 پروتکل Z-Wave

صفر تا 100 پروتکل Z-Wave

معرفی پروتکل Z-Wave

پروتکل Z-Wave یک پروتکل ارتباطات بی‌سیم است که در اصل برای اتوماسیون خانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروتکل همانند یک شبکه مش عمل می کند که با استفاده از امواج رادیویی کم انرژی، میان وسایل خانگی هوشمند که این پروتکل را پشتیبانی می کنند ارتباط برقرار می‌کند. به این ترتیب به کاربر امکان می‌دهد که بتواند وسایل محل سکونت و سایر تجهیزات نظیر کنترل روشنایی، سیستمهای امنیتی، ترموستات‌ها، پنجره‌ها، قفلها، استخرهای شنا و بازکننده‌ در گاراژها به صورت بی‌سیم کنترل نماید.

کنترل یک سیستم Z-Wave نیز نظیر سایر پروتکل‌ها و سیستمهای معطوف به بازار اتوماسیون خانه و دفتر کار، می‌تواند از طریق اینترنت و از یک گوشی هوشمند، تبلت یا کامپیوتر شخصی، انجام شود و همچنین به صورت موضعی از طریق یک اسپیکر هوشمند، کی‌فاب بی‌سیم یا پنل نصب‌شده روی دیوار که دارای یک گیت‌وی Z-Wave یا دستگاه کنترل مرکزی باشد (که هم به عنوان کنترلر هاب مرکزی) و هم به عنوان پورتالی متصل به بیرون عمل می‌کند. Z-Wave تعامل‌پذیری لایه کاربردی را میان سیستمهای کنترل خانگی شرکتهای سازنده متفاوت که عضو یک ائتلاف هستند، فراهم می‌کند. تعداد محصولات تعامل‌پذیر Z-Wave رو به افزایش است؛ بیش از 1700 دستگاه در سال 2017 و بیش از 2600 دستگاه تا سال 2019 (آمار ارائه شده در ویکیپدیا).

آنچه در این مقاله می خوانید:

تاریخچه تکامل پروتکل Z-Wave

پروتکل Z-Wave در سال 1999 و توسط Zensys بوجود آمد یک شرکت دانمارکی واقع در کپنهاگ است. در آن سال، زنسیس یک سیستم کنترل-روشنایی مصرف‌کننده را معرفی کرد  که این بعدا به Z-Wave تکامل پیدا کرد، به عنوان یک پروتکل اتوماسیون خانه از نوع “سیستم روی چیپ” (SoC) اختصاصی و بر روی یک باند فرکانس فاقد لایسنس در بازه 900 مگاهرتز. چیپ‌ست سری 100 آن در 2003 به بازار عرضه شد و سری 200 آن در می 2005، با چیپ ZW0201 که با هزینه‌ای اندک عملکردی خوب داشت. چیپ سری 500 آن هم که با نام Z-Wave Plus شناخته می‌شود در مارس 2013 به بازار عرضه شد که حافظه‌اش چهار برابر شده بود و بازه بی‌سیم و عمر باطری‌اش هم بهبود پیدا کرده بود.

حول و حوش سال 2005 و زمانی که پنج شرکت، منجمله دنفوس، اینگرسول-راند، و leviton Manufacturing، پروتکل Z-Wave را اتخاذ کردند این فناوری در آمریکای شمالی متداول شد. این پنج شرکت ائتلاف Z-Wave را تشکیل دادند که هدفش آن بود که با تعامل پذیر کردن همه محصولات این شرکتها، استفاده از فناوری Z-Wave را ترویج کند. در سال 2008، پاناسونیک، سیسکو سیستمز، پالامون کپیتال پارتنرز، و سان‌استون کپیتال، سرمایه‌گذاری‌هایی در زنسیس انجام دادند.

در دسامبر 2008 Z-Wave به تملک زیگما دیزاینز درآمد. در 23 ژانویه 2018 زیگما اعلام کرد که قصد دارد فناوری و دارایی‌های کسب‌و‌کاری Z-Wave را به قیمت 240 میلیون دلار به “سیلیکون لبز” بفروشد. این معامله در 18 آوریل 2018 به انجام رسید.

در سال 2005 تنها شش محصول در بازار از فناوری Z-Wave استفاده می‌کردند. اما به سال 2012 که می‌رسیم و با محبوبیت فزاینده فناوری خانه هوشمند، تقریبا 600 محصول در بازار آمریکا هستند که از فناوری Z-Wave استفاده می‌کنند. در ژانویه 2019، بیش از 2600 محصول تعامل‌پذیر واجد گواهی Z-Wave وجود دارد.

تعامل‌پذیری پروتکل Z-Wave

تعامل‌پذیری پروتکل Z-Wave در لایه کاربردی، به اشتراک‌گذاری اطلاعات توسط دستگاه‌ها را تضمین کرده و به همه سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای Z-Wave امکان می‌دهد که با یکدیگر کار کنند. فناوری شبکه مش بی‌سیم Z-Wave این امکان را فراهم می‌کند که هر گره شبکه بتواند مستقیم یا غیرمستقیم با گره‌های مجاور خود صحبت کند و هر گره اضافه‌شده‌ای تحت کنترل درآید. گره‌هایی که تحت بازه هستند مستقیما با یکدیگر ارتباط می‌گیرند. اما اگر دو گره در بازه نباشند، می‌توانند با یک گره سوم که در بازه هر دو آنها است پیوند بخورند و به این ترتیب دسترسی و مبادله اطلاعات انجام گیرد.

پروتکل Z-Wave و نقش آن در خانه هوشمند

در سپتامبر 2016، برخی بخشهای فناوری پروتکل Z-Wave در دسترس عموم قرار گرفت و این زمانی بود که مالک آن زمان Z-Wave، زیگما دیزاینز، یک نسخه عمومی لایه تعامل‌پذیری Z-Wave را منتشر کرده و این نرم‌افزار را به لایبرری اوپن-سورسZ-Wave اضافه کرد. دسترسی اوپن-سورس اجازه می‌دهد که سازندگان نرم افزار، Z-Wave را محدودیتهای کمتری با دستگاه‌ها یکپارچه کنند. از 2016 به این سو، امنیت S2 در Z-Wave ، Z/IP برای انتقال سیگنالهای Z-Wave بر روی شبکه‌های آی‌پی، و میان‌افزار Z-Wave، همگی اوپن-سورس بوده‌اند.

استانداردها و ائتلاف Z-Wave

ائتلاف Z-Wave در سال 2005 و به صورت کنسرسیومی از شرکتها بنیان نهاده شد. این شرکتها،  سازنده وسایل خانگی متصل-به-شبکه‌ای هستند که از طریق اپ‌هایی بر روی گوشی‌های هوشمند، تبلتها یا رایانه‌های شخصی و با استفاده از فناوری شبکه مش بی‌سیم Z-Wave کنترل می‌شوند. این ائتلاف، انجمنی رسمی است که هم بر توسعه پروتکل Z-Wave تمرکز دارد و هم بر تداوم تعامل‌پذیری تمامی دستگاه‌هایی که Z-Wave را به خدمت می‌گیرند.

در اکتبر سال 2013، از یک پروتکل جدید و یک برنامه صدور گواهی تعامل‌پذیری، با نام Z-Wave Plus رونمایی شد که مبتنی بر ویژگی‌ها جدید و استانداردهای بالاتر تعامل پذیری بودند که با هم یکجا جمع آمده بودند و برای “سیستم روی چیپ” سری 500 لازم بود. علاوه بر این، برخی ویژگی‌هایی که از سال 2012 برای سری‌های 300 و 400 “سیستم روی چیپ” موجود بودند را نیز شامل می‌شد. در فوریه 2014، Z-Wave Plus برای نخستین محصول گواهی صادر کرد. ائتلاف قصد داشت تا یک شبکه مش امن برای خانه هوشمند خلق کند که امکان کار بر روی پلتفرمهای مختلف را داشت.

Z-Wave به این منظور طراحی شد که میان دستگاه‌ها و اشیاء مجهز به حسگرِ سازندگان گوناگون در ائتلاف Z-Wave، که بیش از 700 عضو را شامل می‌شود،  یک ارتباطات و عملیات قابل‌اتکاء حاصل شود. برخی از اعضاء عمده ائتلاف از این قرارند:

Zipato, Fibaro, LG Uplus, Leedarson, Silicon Labs, Security & Control, SmartThings, Assa Abloy

برنامه نصب Z-Wave

در سال 2016، ائتلاف یک “برنامه تربیت نصاب واجدصلاحیت Z-Wave” راه‌اندازی کرد تا ابزارهای لازم برای مستقر ساختن شبکه‌ها و دستگاه‌ای Z-Wave در پروژه‌های مسکونی و تجاری را در اختیار نصاب‌ها، یکپارچه‌سازها و فروشندگان بگذارد. در آن سال، ائتلاف از “جعبه‌ابزار نصاب واجد‌صلاحیت Z-Wave” (Z-CIT) رونمایی کرد که یک دستگاه عیب‌یابی بود که می‌شد از آن حین راه‌اندازی شبکه و دستگاه‌ها استفاده کرد و ضمنا می توانست به عنوان یک ابزار تشخیص عیبِ از راه دور نیز عمل کند.

برنامه صدور گواهی Z-Wave بر عهده ائتلاف Z-Wave است . صدور گواهی Z-Wave شامل دو مولفه است: گواهی فنی، که مدیریتش با سیلیکون‌لبز است، و گواهی بازار، که از طریق ائتلاف Z-Wave مدیریت می‌شود.

خصوصیات فنی

پروتکل Z-Wave چنان طراحی شده است که بتواند کار انتقال قابل ‌اتکاء و با تاخیر کم پکت های داده‌ای(Data packets) کوچک و تا نرخ 100 کیلوبیت بر ثانیه را انجام دهد. جریان عبوری 40 کیلوبیت بر ثانیه است (9.6 کیلوبیت بر ثانیه اگر که از چیپهای قدیمی استفاده شود) و برای کاربردهای کنترلی و حسگری مناسب است، برخلاف وای فای و سایر سیستمهای ‌LAN بی‌سیم مبتنی بر IEEE 802.11 که در اصل برای نرخهای بالا انتقال داده طراحی شده‌اند. مسافت ارتباطات میان دو گره تقریبا 30 متر است (40 متر با چیپ سری 500)، و با در نظر گرفتن این امکان که یک پیام می‌تواند تا چهار بار از گره‌ای به گره مجاور بجهد، امکان پوشش‌دهی کافی در اغلب خانه‌ها وجود دارد. مدولاسیون آن توسط Manchester channel encoding (“کدگذاری کانال منچستر”) انجام می‌شود.

Z-Wave از باند صنعتی، علمی، و طبی بدون لایسنس “بخش 15” (Part 15) استفاده می‌کند. در اروپا روی 868.42 مگاهرتز و در آمریکای شمالی روی فرکانس 908.42 مگاهرتز کار می‌کند و در سایر کشورها برحسب مقررات آن کشورها روی فرکانسهای دیگری کار می‌کند. در این باند با برخی تلفنهای بی‌سیم خانگی و سایر دستگاههای الکترونیکی مصرفی رقابت هست اما تداخلی با وای فای، بلوتوث و سایر سیستمهایی که روی باند شلوغ 2.4 گیگاهرتز کار می‌کنند ندارد. لایه‌های پایینتر، MAC و PHY، با ITU-T G.9959 توصیف می‌شوند و با قبلی‌ها کاملا سازگارند. در سال 2012، اتحادیه بین‌المللی ارتباطات از راه دور (IUT) لایه‌های PHY و MAC را به عنوان یک گزینه در استاندارد G.9959 خود برای دستگاه‌های بی‌سیم زیر 1 گیگاهرتز گنجاند. نرخ‌های داده‌ها شامل 9600 بیت بر ثانیه و 40 کیلوبیت بر ثانیه هستند، با توان خروجی 1 میلی‌وات یا 0 dBm . تامین‌کننده چیپ‌های ترنسیور، سیلیکون‌لبز است.

 

جدول فرکانس های مورد استفاده در مناطق مختلف جهان

Used InFerequency in MHz
Japan922–926
Taiwan920–925
Thailand920–923
Australia, New Zealand, Malaysia, Brazil, Chile, El Salvador, Peru919.8, 921.4
Hong Kong919.8
South Korea919–923
Israel916
USA, Canada, Argentina, Guatemala, The Bahamas, Jamaica, Barbados, Mexico, Bermuda, Nicaragua, Bolivia, Panama, British Virgin Islands, Suriname, Cayman Islands, Trinidad & Tobago, Colombia, Turks & Caicos, Ecuador, Uruguay908.40, 908.42, 916
Russia869
CEPT Countries (Europe and other countries in region), French Guiana868.40, 868.42, 869.85
China, Singapore, South Africa868.4
India865.2

نظرات بازدیدکنندگان