Wat is Z-wave? Een complete gids in 2023 (2024)

Z-wave, een draadloos communicatieprotocol ontwikkeld door Zensys Inc. in 1999, is naar voren gekomen als een van de leidende draadloze technologieën voor communicatie van elektronische apparaten zoals lampen, ventilatoren, verwarmings- en koeleenheden, enz. Het vindt brede toepassingen in slimme thuisnetwerken , bijvoorbeeld gebruiken Z-wave-gateway om thuis een Z-wave netwerk op te zetten en Z-wave apparaten draadloos aan te sturen.

Met de juiste netwerk- en apparaatinstallatie verandert z-wave het traditionele huis in een slim huis. Het biedt een low-power langeafstandsprotocol om het slimme huis draadloos te bedienen en te bedienen. Z-Wave-technologie verovert de markt de afgelopen 20 jaar met succes omdat het een groter bereik, een laag stroomverbruik en de beste beveiligingsmaatregelen biedt.

De omvang van de Z-wave-markt

Z-wave producten zijn al zo'n 20 jaar op de markt verkrijgbaar. Veel gerenommeerde merken produceren en verkopen z-wave apparaten en oplossingen. Ambtenaren beweren dat er wereldwijd al meer dan 100 miljoen producten worden verkocht.

Think Reportlinker, De wereldwijde omvang van de markt voor Z-Wave-producten zal naar verwachting groeien met een CAGR van 12.83% om in 18,144.18 USD 2027 miljoen te bereiken van USD 8,791.75 miljoen in 2021. Daarom hoeft u zich als nieuwe consument geen zorgen te maken over de betrouwbaarheid van Z-wave-technologie.

Hoe werkt Z-wave?

Z-wave werkt volgens het principe van Z-wave mesh-netwerk topologie die gebruikmaakt van tweerichtingscommunicatie tussen meerdere apparaten. Klinkt het wat ingewikkelder? Laten we het in gemakkelijkere woorden zeggen.

De standaard z-wave-werkmethodologie is om alle smart home-apparaten met elkaar te verbinden, waarbij meerdere kanalen en routes voor communicatie tussen elk apparaat worden geboden. Alle apparaten zijn verbonden met een slim centraal apparaat dat bekend staat als a Z-wave-hub of gateway-controller. Of met andere woorden, de slimme Z-Wave WiFi-brug gateway kan uw ZigBee-apparaatnetwerk verbinden met internet. De ZigBee mesh-netwerktopologie is het belangrijkste verschil tussen de traditionele smart home-methodologie en het z-wave smart home-concept, waarbij in het traditionele netwerk elk smart home-apparaat rechtstreeks is verbonden met internet.

Z-Wave-netwerk is een internet of things (IoT) waarin u uw smart home-producten kunt bedienen via uw smartphone via de Z-wave-module. Wanneer de gebruiker een opdracht van een smartphone-applicatie verzendt om een ​​apparaat te bedienen, laten we zeggen om de lamp aan te zetten of het deurslot te openen, Z-Wave gateway-hub ontvangt deze opdracht en leidt deze naar de airconditioner die wordt ingeschakeld als reactie op deze opdracht. De Z-wave netwerkhiërarchie wordt getoond in figuur 1.

Wat is Z-wave Hub

A Z-wave slimme hub gateway biedt Z-Wave-functionaliteit en dient als de centrale hub voor uw thuisnetwerk, waardoor u op afstand gegevens van uw slimme huis kunt beheren, automatiseren, plannen en ontvangen. Via de smart home Z-wave hub kunnen de aangesloten slimme apparaten met elkaar en met gebruikers communiceren. Elk apparaat staat bekend als een knooppunt en een verzameling van meerdere knooppunten die zijn aangesloten op een enkele Z-wave-thuiscontroller staat bekend als een Z-wave-netwerk.

U kunt verschillende z-wave-netwerken in uw huis implementeren, waarbij elk netwerk wordt gekoppeld aan zijn unieke netwerk-ID en elk volgend apparaat zijn knooppunt-ID. Deze functie vergemakkelijkt niet alleen het scheiden van verschillende delen van uw gebouw, maar voorkomt ook de tussenkomst van de ene z-wave smart home met de andere.

Z-wave-versies

Tijdens het verkennen van de details van z-wave, kunt u verschillende soorten z-wave tegenkomen. Ze werken op vergelijkbare methodologieën, maar bieden verschillende functies. Hieronder volgt een korte introductie.

Z-Wave lange afstand

Z-Wave 700-serie modules zijn ontworpen voor verbeterde behoeften aan meer sensoren en op batterijen werkende apparaten die een groot bereik nodig hebben. Z-Wave LR wordt geleverd met een verbeterd connectiviteitsbereik dat zijn toepassingen buiten de grenzen van het huis uitbreidt, wat resulteert in de acceptatie van Z-Wave in commerciële branches. Enkele van de opvallende kenmerken van z-wave LR worden hieronder gegeven.

• Transmissieafstand van 1 mijl (1.6 KM) directe zichtlijn is bereikt met behulp van +14dBm uitgangsvermogen.
• Verhoogde schaalbaarheid tot 4000 knooppunten op een enkel smart home-netwerk.
• Dynamische vermogensregeling optimaliseerde de levensduur van de batterij tot 10 jaar op een enkele knoopcelbatterij.
• Het gebruikt sternetwerktopologie in plaats van traditionele mesh-topologie.

Z-Wave slimme start

Hiermee kunnen verkopers zowel het apparaat als het netwerk vooraf configureren voordat ze het aan de consument overhandigen, wat resulteert in een moeiteloze en herhaalbare installatie van een slim z-wave-apparaat voor uw z-wave-netwerk. Andere belangrijke kenmerken zijn onder meer.

• Uniforme opzet voor merken, applicaties en apparaattypes
• Minimale installatiefouten
• Eenvoudige ondersteuning, zelfs met backend-besturing op afstand

Z-Wave Plus

Het is gewoon een geavanceerde versie van Z-Wave met de nieuwe 500-serie chip. Het maakt gebruik van het voordeel van het Gen5 Z-Wave-hardwareplatform.

Gen-5-producten bieden aantrekkelijke functies die uw slimme levenservaring verbeteren, samen met een snel installatieproces. Uw nieuwe z-wave plus smart home-producten worden geleverd met een lange batterijduur, snelle werking, groter draadloos bereik en verbeterde ruisimmuniteit. Deze producten zijn ook zeer compatibel en veiliger. Enkele van de belangrijkste voordelen van z-wave plus ten opzichte van z-wave staan ​​hieronder vermeld.

• Tot 50% langere levensduur van de batterij.
• Verbeterd bereik van ongeveer 200 meter verder met Z-Wave Plus.
• Maak automatisch verbinding met het netwerk voor een snel installatieproces.
• Verbeterde bandbreedte met bijna 250% meer data.
• Automatische diagnose om fouten en problemen op te lossen.
• Meer kanalen die de bandbreedte vergroten
• Verbeterde apparaatconnectiviteit.

Voordelen van het gebruik van het Z-wave-protocol

• Hoge compatibiliteit – Elk Z-wave-apparaat, ongeacht het type, de versie of het merk, is compatibel met het andere apparaat.
• Laag energieverbruik – Z-wave-apparaten verzenden alleen gegevens wanneer dat nodig is en blijven anders in de slaapstand. Daarom kunnen ze tot 10 jaar werken zonder dat de batterij hoeft te worden vervangen.
• Lage interferentie – Meestal heb je al communicatieapparatuur die op 2.4 GHz werkt. Als u op Wi-Fi gebaseerde slimme apparaten voor thuisgebruik installeert, zullen deze andere communicatieapparaten storen. Z-wave heeft als bijkomend voordeel dat ze op een lagere frequentie werken en geen interferentie veroorzaken met Wi-Fi- en Bluetooth-communicatieapparaten. Bovendien is de lage frequentie ook minder kwetsbaar voor andere omgevingsapparaten.
• Schaalbaarheid – Hoewel Z-wave werkt voor voldoende bereik voor woonhuizen. Desalniettemin, als u het bereik moet vergroten, kan het Z-wave-apparaat ook fungeren als een repeater of een tussenapparaat. U kunt zowel het bereik als het aantal vergroten. van apparaten in een Z-wave netwerk.

Wat is Z-wave-technologie

Dit gedeelte geeft u gedetailleerde inzichten met betrekking tot technische aspecten van de z-wave-technologie.

Z-wave frequentie

De werkfrequentie van Z-Wave varieert van 800-930 MHz, afhankelijk van de regio waarin wordt gewerkt. Dit is een laagfrequent bereik in vergelijking met 2.4 GHz smart home-apparaten, wat een belangrijke reden is voor lage interferentie.

Voordat u een z-wave-apparaat koopt, moet u ervoor zorgen dat het compatibel is met het frequentiebereik van uw regio. Z-wave-apparaten in de VS gebruiken 908.40, 908.42 en 916MHz. In het VK en Europa werkt het z-wave-protocol op 868.40, 868.42 en 869.85MHz.

Z-wave bereik

Het communicatiebereik van het z-wave netwerk is 100 meter of 328 voet zonder grote interferentie. Bij gebruik binnenshuis kunnen muren en andere objecten de signaalsterkte verminderen. Daarom is de maximaal aanbevolen afstand tussen twee z-wave-knooppunten 30 voet om maximale efficiëntie te ervaren.

Je kunt 232 slimme apparaten verbinden in één z-wave netwerk. Hoewel dat nog steeds genoeg nummers zijn, als je meer knooppunten wilt verbinden, kun je het netwerk uitbreiden met behulp van z-wave hubs. Z-wave repeater kan ook worden ingezet om het netwerkbereik en de capaciteit uit te breiden. Z-wave-apparaten kunnen tot 600 voet springen en u kunt de apparaten aan elkaar koppelen om een ​​groter bereik te krijgen.

Z-wave-netwerk

Z-Wave-netwerken voor slimme huizen bestaan ​​uit drie lagen. Zoals te zien is in figuur 2, werken deze lagen samen om een ​​snel en betrouwbaar netwerk te vormen dat de communicatie van meerdere smarthome-apparaatknooppunten tegelijkertijd ondersteunt.

Radiolaag van Z-wave-netwerk

Identificeert de methodologie van signaaloverdracht tussen het netwerk en de fysieke hardware. Hardwaretoegang, frequentie en codering zijn de belangrijkste componenten van deze laag.

Netwerklaag van Z-wave Network

Het is verantwoordelijk voor de overdracht van besturingsgegevens tussen twee apparaten of knooppunten. Hier organiseer je het netwerk met adressering, switches, routing, etc.

Applicatielaag van Z-wave Network

Deze laag bevat de apparaten van eindgebruikers en definieert welke berichten door bepaalde apparaten moeten worden verwerkt om bepaalde taken uit te voeren, zoals het inschakelen van een verwarmings- of koeleenheid, het inschakelen van het licht of het aanpassen van de thermostaattemperatuur.

Z-wave-beveiliging

U moet zich zorgen hebben gemaakt over de integriteit van de technologie die u in uw persoonlijke ruimte gaat inzetten. Dat betekent dat de ontvanger er zeker van wil zijn dat het ontvangen bericht is verzonden door een beveiligd apparaatknooppunt via een veilig netwerk. Ook is het bericht niet gewijzigd tijdens zijn reis van de bronzijde naar de ontvangerzijde. Berichten die door radiozenders buiten het netwerk worden verzonden, worden als nep herkend.

Z-wave beveiliging 2 (S2)

Aangezien er een continue groei van z-wave-producten op de markt is waargenomen, is er een grote nadruk gelegd op beveiliging voor deze producten. Vandaar dat de Z-wave security 2 (S2) werd gelanceerd. Dit protocol is een beveiligingsframework dat exclusief is gemaakt voor IoT-ontwikkelaars. Met dit raamwerk kunt u uw apparaten beschermen met pincodes of QR-codes voor gemak en veiligheid.

Curve 25519

Het S2-protocol is gebaseerd op een nieuw en slim algoritme dat bekend staat als Curve25519 in plaats van de typische AES 128-bits coderingsbeveiliging. Het biedt ook bescherming tegen illegale achterdeurtoegang. De Z-Wave-beveiligingslaag zorgt voor berichtbetrouwbaarheid, privacy en data-originaliteit. De berichten zijn versleuteld en alleen de beveiligde slimme apparaten kunnen de inhoud van het bericht in het netwerk lezen.

Z-wave stroomverbruik

Slimme apparaten die op een Z-wave-netwerk werken, verbruiken veel minder stroom in vergelijking met op IoT gebaseerde slimme knooppunten. Z-wave-apparaten verbruiken verwaarloosbaar veel energie als ze in de slaapstand staan, dat wil zeggen ongeveer 10,000 keer minder dan in de zendmodus. Tijdens het verzenden van de gegevens verbruikt elk apparaat van uw domotica-netwerk ongeveer 23mA voor een standaard 2.2V - 3.6V voeding.

Om de levensduur van de batterij te verlengen, moet uw z-wave-netwerk daarom slim genoeg zijn om alleen met de apparaatknooppunten te communiceren wanneer dat nodig is. Bij standaard gebruik en een intelligent slaap-waakmechanisme hoef je de knoopcelbatterij van je 700 Series Z-Wave-apparaat 10 jaar lang niet te vervangen.

Z-wave-apparaten om een ​​Z-wave-netwerk op te bouwen

Als u een Z-wave-netwerk wilt implementeren, moet u een hiërarchisch draadloos netwerk hebben met verschillende soorten Z-Wave-apparaten.

Z-wave Gateway-controller

Zoals de naam aangeeft, Z-wave gateway-controller zijn de centrale besturingseenheid van het netwerk. Het bestuurt alle andere Z-Wave-apparaten. Controller-apparaten zijn geprogrammeerd als een huis-ID die uniek is en niet kan worden gewijzigd door de eindgebruiker.

Z-wave slaaf

Slave-apparaten zijn apparaten die worden bestuurd door controllers. Slave-apparaten hebben geen voorgeprogrammeerde Home ID, maar nemen in plaats daarvan de Home ID die hen is toegewezen door de Z-Wave-netwerkcontroller.

Z-wave routeringsslave:

Dit Z-Wave-slave-apparaat kan de informatie van zijn buren opslaan en heeft beperkte kennis van de routeringstabel. Het is een bidirectioneel apparaat en kan antwoorden op hetzelfde knooppunt waar het het bericht vandaan heeft. Na ontvangst van het bericht kan het het ook verzenden naar verschillende vooraf gedefinieerde slave-apparaten waarmee het al is verbonden via routering in het netwerk.

Lijst met Z-wave-apparaten

Voor een minimale prijs kunt u het gewone in slim veranderen met een deel van de basis Z-wave apparaten hieronder opgesomd.

• Z-wave-gateway Bruggen - Smart Home Hub, routergateway, Z-wave Pi-serie
• Sensor – Beweging, Waterlekkage, Rook, Gas, Koolmonoxide, CO₂, LUCHTkwaliteit, Temperatuur, Vochtigheid, Druk, Energieverbruik, enz.
• Actuators/Controllers – Stekker, Touch-wandschakelaars, Smart Locks, Klepcontroller, Relais, Jaloezieën, Gordijnen, Motoren, enz.

Met de bovengenoemde producten kunt u vele oplossingen en toepassingen ontwerpen. Voor uw gemak heb ik hieronder een aantal use-cases opgesomd.

• Domotica
• Slimme beveiliging
• Brand-, rook- en gasalarm
• Energie- en watermanagement

Installatie van Z-wave-apparaat

We hebben vóór deze sectie voldoende details gehad over Z-wave, het is tijd om slim te gaan met z-wave-technologie. Hier zal ik enkele van de veelbelovende producten voorstellen.

Z-wave-producten

Als we de Z-wave producten grof categoriseren, komen we uit op de volgende drie typen.

• Centrale hub
• Knooppunt sensoren
• Actuatoren/controllers

Een centraal slimme hub Z-wave is nodig om het z-wave mesh-netwerk te installeren, terwijl het aantal van de andere twee producten optioneel is. U kunt er zoveel toevoegen als u nodig heeft.

Leveranciers van Z-wave-modules

Veel leveranciers verzuren momenteel de z-wave modules. Ik heb al het onderzoek gedaan en een korte lijst met betrouwbare leveranciers voor je samengesteld.

Silicon Labs

Na de overname van Sigma Designs' Z-Wave Business, silicium labs is een van de toonaangevende concurrenten op dit gebied. Ze bieden Sub-GHz Z-Wave-oplossingen met state-of-the-art klasse S2+ Secure Vault™-beveiliging, Smart Start-provisioning, batterijlevensduur tot 10 jaar, volledige huis- en tuindekking, interoperabiliteit op klantproductniveau, achterwaartse compatibiliteit en ondersteuning voor zowel Z-Wave Mesh als Long Range.

Dusun IoT

Met meer dan 18 jaar ervaring in de wereldhandel, Dusun IoT biedt een compleet ecosysteem van de AIoT-industrie, variërend van SaaS-platforms voor gegevensverzameling tot ODM/OEM-services voor Z-wave-apparaten.

Als ervaren Z-wave gateway provider, Dusun presenteert programmeerbare Z-wave-apparaten die compatibel zijn met vele toepassingen en platforms. De modules omvatten Z-wave Pi-serie, Smart Z-wave hub en Z-wave router gateway.

Vesternet

Al meer dan 15 jaar wereldwijd actief in de slimme IoT-markt, Vesternet beweert een z-wave-specialist te zijn. U kunt door hun slimme collectie bladeren voor uw volgende slimme huis.

Implementatie proces

Als je de relevante technische achtergrond hebt, zal de installatie van Z-wave gemakkelijk voor je zijn. Hier is een voorbeeld van het ontwikkelen van een Z-Wave-applicatie communiceren met Z-Wave-apparaten.

Z-wave versus Zigbee

Er zijn tal van verschillende technologieën op de markt beschikbaar om uw huishoudelijke apparaten te automatiseren. Hier zullen we Z-wave vergelijken met Zigbee, de naaste concurrent van Z-Wave die op een vergelijkbare topologie werkt. Voor een duidelijk beeld heb ik de opvallende verschillen samengevat in de volgende tabel.

Trouwens, enkele minimale verschillen zijn onder meer stroomverbruik en prijs. Zigbee heeft een lichte voorsprong op z-wave in deze parameters. Over het algemeen is Z-wave een meer geschikte keuze voor huishoudelijke toepassingen.

Wat maakt Z-wave Excel ZigBee?

• Eenvoudige installatie en upgrade van het netwerk.
• Minder stroomverbruik en lange batterijduur.
• Draadloze bediening van de apparaten zorgt voor meer comfort en gemak.
• Z-wave slimme apparaten zijn interoperabel, wat betekent dat je niet gebonden bent om apparaten van één fabrikant te kopen. Elk z-wave draadloos bedieningsapparaat is compatibel met uw slimme IoT-netwerken.
• Het is een betrouwbaar en veilig netwerk omdat het wordt geleverd met de AES128-coderingsstandaard met een extra beveiligingslaag (S2).

Z-wave nadelen en beperkingen

• Een beperkt aantal hops vereist meer apparaten die fungeren als een repeater om het bereik te vergroten, wat de kosten van het systeem verhoogt.
• Werkt op een lagere frequentie die de operationele snelheid en datatransmissiesnelheid verlaagt.

Key Takeaways

Hier zijn de belangrijkste punten van Z-Wave-technologie.

1. Het werkt in een lager frequentiebereik dan Zigbee, Wi-Fi of Bluetooth, en daarom is het een perfecte oplossing voor automatiseringstoepassingen.
2. Het ondersteunt slechts vier hops per transmissie, daarom is het het meest geschikt om voor een kleiner aantal knooppunten te implementeren.
3. Het biedt meer operationeel bereik, minder interferentie en een langere levensduur van de batterij.
4. Het heeft een breed scala aan leveranciers van modules, apparaten en toepassingen.
5. Het is een betrouwbare technologie met 20 jaar wereldwijde voetafdruk en ondersteuning.
6. Het wordt geleverd met ultramoderne beveiligingsfuncties die zorgen voor gemoedsrust terwijl u het in uw persoonlijke ruimte implementeert.

Dat is de volledige gids Dusun IoT schreef over Z-Wave, en als je dit artikel nuttig vond, is dit het moment om het te delen!

referenties:

https://en.wikipedia.org/wiki/Z-Wave