Z-Wave este un protocol de comunicare fără fir proprietar conceput pentru automatizarea locuinței, în special controlul și managementul rezidențial și comercial. Tehnologia folosește module RF de putere redusă și miniaturizate care sunt încorporate în electronice de larg consum și în diverse dispozitive, cum ar fi corpuri de iluminat, aparate de încălzire , dispozitive de control al accesului , sisteme de divertisment și electrocasnice.
Z-Wave este o tehnologie radio fără fir de putere redusă, concepută special pentru control de la distanță. Spre deosebire de Wi-Fi și alte standarde de transmisie de date IEEE 802.11 , concepute în principal pentru fluxuri mari de date, Z-Wave funcționează în intervalul de frecvență de până la 1 GHz și este optimizat pentru transmiterea comenzilor simple de control cu întârzieri mici (de exemplu, pornire/oprire , modificați volumul, luminozitatea etc.). Alegerea unui interval de frecvență radio joasă pentru Z-Wave se datorează numărului mic de surse potențiale de interferență (spre deosebire de banda ocupată de 2,4 GHz, în care trebuie să recurgeți la măsuri care reduc posibilele interferențe de la diverse dispozitive wireless de uz casnic - Wi-Fi, ZigBee , Bluetooth ).
Z-Wave este proiectat pentru a crea electronice de consum ieftine și eficiente din punct de vedere energetic, inclusiv dispozitive alimentate cu baterii, cum ar fi telecomenzi, fum, temperatură, umiditate, mișcare și alți senzori de securitate.
Începând cu 2018, Z-Wave este susținut de peste 700 de producători din întreaga lume și acoperă o gamă largă de produse de larg consum și comerciale în SUA, Europa și Asia. Straturile inferioare ale protocolului, MAC și PHY, sunt descrise de ITU-T G.9959 [1] [2] și sunt complet compatibile. Chipurile radio Z-Wave sunt furnizate de Sigma Designs și Mitsumi. O caracteristică distinctivă a Z-Wave este că toate aceste produse sunt compatibile între ele. Compatibilitatea este confirmată de procesul de certificare Z-Wave sau Z-Wave Plus.
Soluția Z-Wave se bazează pe o rețea mesh (rețea mesh), în care fiecare nod sau dispozitiv poate primi și transmite semnale de control către alte dispozitive din rețea folosind noduri intermediare învecinate. Mesh este o rețea auto-organizată cu rutare care depinde de factori externi - de exemplu, dacă există un obstacol între două noduri de rețea cele mai apropiate, semnalul va trece prin alte noduri de rețea care se află în raza de acțiune.
Unii producători de produse Z-Wave oferă soluții open source sau open simple API. Din 2010, se dezvoltă activ un proiect numit Open-ZWave, care oferă posibilitatea de a crea controlere Z-Wave fără a cumpăra un SDK de la Sigma Designs. [3]
Dezvoltatorul protocolului Z-Wave este compania daneză Zensys , care este deținută de compania americană Sigma Designs din 2008 .
În 2013, Sigma Designs și Z-Wave Alliance au introdus o extensie a protocolului Z-Wave numită Z-Wave Plus. [patru]
De fapt, acesta este protocolul normal Z-Wave, cu o listă de cerințe care sunt mai stricte decât cerințele normale de certificare Z-Wave. Z-Wave Plus include pe deplin toate cerințele Z-Wave. Noile cerințe vizează îmbunătățirea compatibilității dispozitivelor de pe piață.
Z-Wave Alliance este un consorțiu deschis de peste 700 (din 2018) de furnizori independenți care creează produse și servicii bazate pe Z-Wave. Membrii Z-Wave Alliance sunt lideri din industrie pe spectrul pieței de automatizare a locuinței: dezvoltatori de software și cei mai mari distribuitori de echipamente Z-Wave, operatori de telecomunicații, companii de management și magazine de electronice. Scopul general al consorțiului este de a coordona direcția de dezvoltare a protocolului Z-Wave, de a organiza expoziții și evenimente de marketing, de a oferi suport de marketing membrilor alianței și de a controla certificarea dispozitivelor Z-Wave.
Membrii cheie includ ADT , GE/Jasco , Evolve, Ingersoll-Rand , Linear, FAKRO și Sigma Designs . Există și producători, reprezentanți oficiali și instalatori ai Alianței Z-Wave din Rusia: DEFARO [5] Z-Wave.Me [5] , IMAG, Tronic. [6]
Începând cu 2018, pe piață există peste 2.700 de produse certificate diferite.
Z-Wave utilizează o topologie de rețea mesh și este posibil să se creeze o rețea de un dispozitiv controlat și unul de control. Dispozitive suplimentare pot fi adăugate în orice moment, precum și controlere multiple, inclusiv controlere manuale tradiționale, telecomenzi de control, întrerupătoare de perete și aplicații pentru PC concepute pentru a gestiona și controla rețeaua Z-Wave.
Dispozitivele trebuie să fie „pornite” la rețeaua Z-Wave înainte de a putea fi controlate. Acest proces, cunoscut sub numele de „împerechere” și „adăugare”, se realizează de obicei prin apăsarea unei secvențe de taste de pe controler și dispozitivul care este adăugat în rețea. Această secvență trebuie făcută o singură dată, după care dispozitivul este întotdeauna recunoscut ca controler. Dispozitivele pot fi eliminate din rețeaua Z-Wave printr-un proces similar de apăsare a butonului.
Acest proces de conectare se repetă pentru fiecare dispozitiv din sistem. Controlerul își amintește puterea semnalului dispozitivului în timpul procesului de conectare, astfel încât arhitectura presupune că dispozitivele trebuie să fie amplasate în locația finală înainte de a fi adăugate la sistem. Cu toate acestea, Z-Wave implică reconfigurarea rețelei - rularea acestei proceduri pe controler vă permite să redistribuiți rutele și să îmbunătățiți comunicarea între dispozitivele situate departe de controler.
Fiecare rețea Z-Wave este identificată printr-un ID de rețea (ID de rețea) și poate include până la 232 de noduri, identificate printr-un ID de dispozitiv (ID de nod).
ID-ul rețelei (aka Home ID) este un identificator comun pentru toate nodurile care aparțin aceleiași rețele Z-Wave logică. ID-ul rețelei are o lungime de 4 octeți (32 de biți) și este atribuit fiecărui dispozitiv prin intermediul controlerului principal atunci când dispozitivul se alătură rețelei. Nodurile cu ID-uri de rețea diferite nu pot comunica între ele.
ID-ul nodului este adresa unui singur nod din rețea. ID-ul nodului are o lungime de 1 octet (8 biți ). Două noduri nu pot avea același ID de nod. Astfel, aveți control deplin asupra rețelei dvs. Z-Wave. [7]
Z-Wave utilizează o topologie de rețea mesh cu rutare sursă și are un controler primar și zero sau mai multe controlere secundare care gestionează rutarea și securitatea. Dispozitivele pot comunica între ele folosind noduri intermediare și pot ocoli obstacolele sau zonele radio moarte care pot apărea. Un mesaj de la nodul A la nodul C poate fi livrat cu succes, chiar dacă cele două noduri nu se află în rază, acest lucru se realizează cu ajutorul unui al treilea nod B, care poate comunica cu nodurile A și C. Dacă ruta preferată nu este disponibil, expeditorul va încerca să contacteze alte rute până când se găsește o cale către nodul „C”. Astfel, o rețea Z-Wave poate avea o rază de transmisie mult mai mare decât raza de transmisie a unui singur nod. Cu toate acestea, din cauza acestor hopuri, poate exista o ușoară întârziere între comanda de control și rezultatul dorit. [8] Pentru ca dispozitivele Z-Wave să poată ruta datele pe care nu le solicită, acestea nu pot fi în modul de repaus. Astfel, dispozitivele alimentate cu baterie nu sunt concepute ca dispozitive releu. O rețea Z-Wave poate include până la 232 de dispozitive cu abilitatea de a extinde (conectează) rețeaua dacă sunt necesare mai multe dispozitive.
Versiunile ulterioare ale Z-Wave au introdus un nou mecanism pentru explorarea topologiei rețelei. Așa-numitele cadre de explorare pot fi folosite pentru a recupera încălcările căii cauzate de mutarea sau îndepărtarea dispozitivelor. Principiul unui arbore de decizie cu tăiere este utilizat pentru a transmite cadre de explorare a rețelei și , prin urmare, informațiile trebuie să ajungă la dispozitivul țintă chiar și fără cunoașterea topologiei de către transmițător. Cadrele de sondă sunt utilizate ca ultima opțiune pe transmițător atunci când toate celelalte încercări de rutare au eșuat.
În Europa, lățimea de bandă de 868 MHz are o limită de ciclu de lucru de 1%, așa că un dispozitiv Z-Wave poate transmite doar 1% din timp. Dispozitivele Z-Wave pot fi în modul de economisire a energiei și active doar 0,1% din timp, reducând astfel semnificativ consumul de energie.
Există mai multe generații de cipuri Z-Wave:
Toate cipurile erau disponibile în varianta SoC sau varianta modulului. Modulele conțin filtre SoC și de frecvență, ceea ce simplifică foarte mult crearea dispozitivelor.
Modulele ZM2101, ZM3202, ZM4102 și ZM5202 sunt 100% compatibile în ceea ce privește aspectul piciorului și funcționalitatea, ceea ce face ușoară actualizarea dispozitivelor existente. În mod similar, modulele ZM4101 și ZM5101 sunt compatibile.
Sigma Designs oferă în prezent două opțiuni de cip și trei opțiuni de module. [unsprezece]
Sa întâmplat că toate chiar și generațiile de dispozitive Z-Wave s-au dovedit a fi nereușite. Seria 200 s-a impus drept cea mai „buggy”. Gângănii din el au fost prinși pe tot parcursul existenței sale. Prin urmare, odată cu apariția unei serii 300 complet compatibile, și-a înlocuit rapid predecesorii. Seria 400 s-a remarcat prin faptul că, în loc de memorie de doar citire cu posibilitatea de rescriere repetată ( EEPROM ), a fost folosită memoria cu jumperi burnable ( OTP ), care poate fi scrisă o singură dată. Acest lucru, desigur, a făcut posibil să economisiți puțin prețul modulului, dar a făcut imposibilă actualizarea software-ului acestor module. Dezvoltatorii și producătorii au experimentat inconveniente semnificative în acest sens, iar în următoarea serie 500, ROM-ul reinscriptibil a fost returnat înapoi. Dar seria 600 nu a ieșit deloc din cauza eșecurilor în procesul de dezvoltare. Seria relativ recentă 700 nu a primit încă recenzii de autoritate și se poate doar spera că va continua tradiția stabilită a generațiilor impare de succes.
Până în 2008, specificația Z-Wave nu conținea nicio mențiune despre modalități de a securiza canalele de comunicare, iar toate dispozitivele Z-Wave comunicau deschis. Adică, orice rețea Z-Wave era complet disponibilă pentru intruziune din exterior - strict vorbind, nici nu trebuia să fie piratată cumva. În 2008, conceptul de criptare (Z-Wave S0 Security) a fost introdus în specificație, iar algoritmul foarte fiabil AES-128 a fost ales ca algoritm de criptare . După cum li s-a părut dezvoltatorilor, aceștia au rezolvat complet cea mai importantă problemă care a împiedicat serios răspândirea dispozitivelor Z-Wave și le-a creat o imagine proastă în ochii consumatorilor. Dar nu au ținut cont de detalii.
A fost pusă o mină în specificația Z-Wave S0 Security în stadiul de dezvoltare, care a explodat în 2013, când noi dispozitive erau deja prezente masiv pe piață. S-a dovedit că în momentul inițializării conexiunii, înainte de începerea sesiunii de comunicare, dispozitivul primește o cheie de criptare. Și această „cheie” este de 128 de zerouri. Prin urmare, este ușor pentru un atacator să asculte cu urechea această sesiune inițială (a cărei cheie este cunoscută dinainte) și apoi să urmărească orice modificări ale cheilor de criptare care pot apărea în sesiunile de comunicare ulterioare. Astfel, orice rețea formată din multe dispozitive Z-Wave este vulnerabilă și ușor piratată folosind cele mai simple echipamente.
Povestea a făcut mult zgomot în presă, stricând grav reputația lui Z-Wave. Pentru a rezolva problema, specificația de criptare a fost finalizată, iar în 2016 a apărut versiunea sa îmbunătățită Z-Wave S2 Security, în care se folosește algoritmul de distribuție a cheii publice Diffie-Hellman pentru emiterea inițială a cheii .
| Rețele de senzori fără fir | |
|---|---|
| Sisteme de operare | |
| Standarde din industrie | |
| Limbaje de programare | |
| Hardware |
|
| Software | |
| Aplicații |
|
| Protocoale | |
| Conferințe / Reviste |
|
| automatizarea locuintei | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Control | |||||||||
| Senzori | |||||||||
| Interpreți |
| ||||||||
| Aplicații |
| ||||||||
| Protocoale | |||||||||