Умный Дом Z-Wave, информация о системе, введение

Что такое Z-Wave

Z-Wave — это протокол для связи беспроводных устройств по радиоканалу. Как я понимаю, раньше он был проприетарным (закрытым), а теперь стал открытым. Это (в большинстве случаев) центральная система, т.е. устанавливается контроллер, который обеспечивает все алгоритмы, отправку и получение сообщений и вывод на внешние интерфейсы.

В каждом помещении устанавливаются модули Z-Wave, которые могут быть датчиками (дыма, движения, температуры, открытия и т.д., включая множество датчиков и выключателей «все в одном») и исполнительными устройствами (реле, диммеры, актуаторы и т.д.). Также можно построить сеть без контроллера; об этом я напишу ниже.

При покупке оборудования Z-Wave обратите внимание на частоты всех устройств — они должны быть идентичными. Многие компоненты выпускаются в различных модификациях для разных частот. Это необходимо для того, чтобы модули работали на разных частотах в разных странах. Например, в Европе и Китае это 868,42 МГц, но в России работа на этой частоте запрещена, поэтому все модули для России работают на частоте 869 МГц.

В США и Канаде частота составляет 908,42 МГц. Вообще говоря, если вы покупаете все в России, вы используете российскую частоту, а если вы собираетесь покупать компоненты в Европе, вы должны убедиться, что все имеет частоту 868,42.

Z-Wave — это консорциум. Это не производитель, это несколько различных производителей, использующих один и тот же стандартизированный протокол связи. То есть, в идеале, каждый компонент должен работать с каждым компонентом. В действительности это не всегда так, и необходимо уточнить, работает ли тот или иной модуль с выбранным нами контроллером.

Классы команд устройств

В сети устройства взаимодействуют друг с другом с помощью таких команд, как:

• Установить — попросить устройство сделать что-либо (включить свет, включить кран, установить температуру).
• Получить — Попросить устройство сообщить о своем состоянии (яркость 50%, текущая температура, открытая дверь).
• Отчет — Прибор самостоятельно сообщает о своем состоянии.

Различные функции устройств, использующие эти команды, называются классами команд — это основа Z-Wave. Запрашивая у устройства все поддерживаемые классы команд, можно понять, что делает устройство даже без инструкций.

Протокол Z-Wave имеет 122 класса команд, вот самые популярные из них:

• Ассоциация — позволяет настаивать на прямой связи между устройствами.
• Basic — базовый класс, который должны поддерживать все устройства для обеспечения совместимости. Любой датчик движения может активировать реле, диммер, термостат, кондиционер и т.д.
• Батарея — сообщает о состоянии заряда батареи.
• Двоичный датчик — команда для активации датчика движения, датчика открытия и т.д.
• Двоичный переключатель — класс управления исполнительным механизмом, имеющим только два состояния ВКЛ/ВЫКЛ, чаще всего релейные модули.
• Центральная ступень — команды, которые посылает пульт дистанционного управления: кнопка 1 нажата, кнопка 3 отпущена, кнопка 5 удерживается.Часы — устройство может узнать текущее время.
• Переключатель цвета — набор команд, управляющих цветом.
• Конфигурация — класс, с помощью которого настройки могут быть переданы устройству.
• Замок двери — для управления замком. Работает только в зашифрованном режиме.
• Метаданные обновления микропрограммы — позволяет обновлять микропрограмму устройства по воздуху.
• Многоуровневый датчик — сообщает значение датчика температуры, освещенности, влажности и т.д.
• Многоуровневый выключатель — управляет исполнительным механизмом со шкалой 1-99, чаще всего диммерами 230 В и светодиодными лентами.
• Термостат * — набор классов команд для управления климатом.
• Пробуждение — установка периодов пробуждения для устройства, когда оно работает от батарей.

Создание проходного выключателя на Z-Wave — дело 1 минуты. Класс команд Association используется для установления связи с другим устройством, Binary Switch — для управления. Если на одном устройстве нажата клавиша, благодаря Association устройство понимает, кому послать команду, а благодаря Binary Switch — какую команду послать.

Z-Wave — новый стандарт в беспроводном дистанционном управлении

Z-Wave — это полностью беспроводная технология, основанная на ячеистой сети. Каждое устройство в сети Z-Wave является как приемником, так и передатчиком. Это повышает надежность сети (если одно устройство выйдет из строя, сигнал пройдет через соседние) и расширяет зону покрытия простым добавлением новых устройств, которые могут выступать в качестве повторителей сигнала. Сеть Z-Wave не нуждается в дополнительных ретрансляторах и усилителях сигнала, достаточно, чтобы любое устройство сети Z-Wave находилось в радиусе действия своего соседа.

Следуя этому принципу, при ничтожно малой излучаемой мощности одного устройства Z-Wave, можно покрыть сетью Z-Wave большие площади домов.

Z-Wave превращает каждый дом в «умный дом». — быстро, легко и недорого! Представьте себе полный контроль над всеми электронными и бытовыми приборами в вашем доме. Не только развлекательное оборудование, такое как телевизор, стереосистема, iPod, DVD, BlueRay, HTPC и т.д., но и освещение, бытовая техника, кондиционеры, отопление, системы видеонаблюдения — в общем, все, что использует электричество.

Теперь представьте, что подключение всех этих устройств и систем друг к другу можно сделать легко, быстро, без проводов и чьей-либо помощи.

Наконец, представьте, что одним нажатием кнопки на пульте дистанционного управления или сенсорном экране вы можете «автоматизировать» все свои ежедневные действия, отнимающие много времени.

Все, что вы себе представляете, это Z-Wave — новый беспроводной стандарт дистанционного управления.

Z-Wave — это система нового поколения, которая позволяет всей вашей домашней электронике общаться друг с другом и с вами. В нем используются простые и надежные радиоволны малой мощности, которые легко распространяются через стены, пол и мебель. Управление Z-Wave можно добавить практически к любому электронному устройству в доме, даже к тем, которые обычно не считаются «умными», например, к электроприборам, оконным жалюзи, термостатам и домашнему освещению.

Z-Wave объединяет все домашние электронные устройства в единую беспроводную сеть без сложного программирования или прокладки новых кабелей. Любое устройство, совместимое с Z-Wave, может быть легко добавлено в эту сеть, а многие устройства, не совместимые с Z-Wave, можно сделать совместимыми, просто подключив их к разъему вспомогательного модуля Z-Wave. В течение нескольких секунд ваше устройство будет подключено к сети и сможет осуществлять беспроводную связь с другими модулями и контроллерами Z-Wave.

Z-Wave позволяет полностью управлять этими устройствами, даже когда вас самого нет дома. Вы можете управлять своим Z-Wave хозяйством дистанционно через компьютер и интернет из любой точки мира, даже через мобильный телефон.

Используемое оборудование

Наиболее распространенным вариантом является использование так называемой «умной розетки» — адаптера, который вставляется между электрической розеткой и управляемым устройством. Например, интеллектуальная розетка Arlight способна коммутировать нагрузку до 2000 Вт. Этого достаточно, например, для управления большинством типов бытовых электронагревателей.

Имеются также клеммные модули, которые подключаются между сетевым питанием и управляемым устройством в стационарной установке. Такие модули, используемые в системах «умного света», обеспечивают включение/выключение, регулировку яркости, цвета или оттенка белого (набор функций зависит от конкретной модели).

Освещением можно управлять через Z-Wave с панелей, которые по внешнему виду и пользовательскому интерфейсу ничем не отличаются от обычных выключателей, диммеров и т.д. Например, Arlight производит три варианта сенсорных панелей для протокола Z-Wave: регулировка яркости, управление цветом, управление оттенком белого. Эти панели монтируются в обычные монтажные коробки.

Также удобно управлять освещением по протоколу Z-Wave с помощью специального пульта дистанционного управления, который выглядит так же, как, например, привычный нам пульт от телевизора. Управляющие сигналы поступают непосредственно на устройства Z-Wave, шлюз не требуется. Однако в отличие от обычных пультов дистанционного управления, которые используют инфракрасные лучи, эти пульты передают сигнал с помощью радиоволн на частоте 869 МГц.

При необходимости можно управлять освещением через Z-Wave с компьютера, подключив специальный шлюз.

6 лучших продуктов для умного дома Z-Wave

Хотя выбор оборудования Z-Wave огромен, мы представляем вам полдюжины вариантов, которые помогут вам начать работу в хорошем стиле.

Концентратор

Wink Hub 2Если вы хотите построить полностью подключенный к Интернету дом и не совсем уверены в протоколах, начните с легендарного Wink Hub, который избавит вас от необходимости идти на компромисс. Совместимый с Z-Wave и Zigbee, Bluetooth LE и Lutron Clear Connect, он позволяет заложить основу для практически любых интеллектуальных устройств, которые вы захотите добавить со временем. Что касается возможностей подключения, у вас также будет большой выбор. Выбирайте между незанятым диапазоном Wi-Fi 5 ГГц или используйте порт Ethernet для еще более надежного подключения.

Теперь, во втором поколении, вы получите улучшенное локальное управление, увеличенную память с 64 МБ до 512 МБ, а также автоматическое обнаружение и управляемую конфигурацию. Это делает установку легким делом, даже если вы не самый лучший техник. Вы можете подключить до 530 устройств с более чем 400 опциями от всех основных брендов «умного дома». Управление очень простое в дружественном и интуитивно понятном приложении Wink.

Хотя мощный концентратор SamsungSmartThings также совместим с Z-Wave, благодаря своей универсальности в сочетании с высокой производительностью, Wink Hub 2 получил наш голос как лучший шлюз для ваших устройств Z-Wave и многого, многого другого.

Контроллер

Контроллер Universal Devices PROUniversal Devices — это отличный контроллер, который одинаково хорошо работает с устройствами Z-Wave и Insteon и позволяет напрямую управлять устройствами и оборудованием. Это устройство абсолютно не для всех. Дело в том, что если вы идете по пути Z-Wave, это предполагает наличие определенных технических знаний. В этом случае мы понимаем, что вам может понадобиться надежный контроль, и PRO полностью справится с этой задачей.

Этот контроллер не является облачным, поэтому вы получаете непревзойденную надежность без проблем с подключением. Физическое управление осуществляется с помощью ИК-пульта дистанционного управления. Являясь частью системы Z-Wave, этот контроллер также выполняет функции ретранслятора. Приложение Agave позволяет автоматизировать устройства Z-Wave с помощью любого совместимого контроллера Z-Wave ISY.

От замков и термостатов до светорегуляторов — вы можете управлять своей новой системой Z-Wave с большой гибкостью. Опять же, это не контроллер для новичков, но если вы хотите вывести свой комплект Z-Wave на новый уровень, вы можете воспользоваться этим универсальным и обновленным контроллером по отличной цене.

Переключатель включения / выключения

GE Z-Wave Plus Wireless On / Off Smart Switch Для полного беспроводного управления проводным источником света, если у вас есть сертифицированный шлюз Z-Wave, этот выключатель GE On / Off просто необходим. Как и во всех обновленных продуктах Z-Wave Plus, процессор и память значительно улучшены, и вы можете управлять устройствами с впечатляющего расстояния до 150 футов. Этот GE одинаково хорошо работает в приложениях с несколькими или одним выключателем, обеспечивая полную гибкость.

Вы можете автоматизировать освещение или вентиляторы и планировать их работу по своему усмотрению, а этот выключатель работает практически с любой лампой. Он также хорошо работает с вентиляторами и насосами или другими небольшими приборами. Вы можете использовать Alexa для голосового управления, пока у вас включено устройство, поэтому вы получаете отличные возможности для улучшения вашей техники без необходимости брать кредит в банке.

Диммер

Cooper Wiring Aspire RF Smart Dimmer со светодиодамиНесмотря на то, что мы могли бы легко порекомендовать другой выключатель GE для регулировки яркости, Aspire от Cooper Wiring является надежной заменой. Просто замените обычный выключатель на эту умную альтернативу, и вы сможете использовать как местное, так и дистанционное управление с возможностью включать и выключать свет или приглушать его для создания вечернего настроения, не вставая с места.

Если вам не нужна дополнительная проводка или трехсторонняя проводка, вы можете создать виртуальный трехсторонний пульт, чтобы управлять несколькими точками. Вы можете использовать контроллер Aspire RF или любой другой сертифицированный контроллер Z-Wave, и вам не потребуется новая проводка с диммерной розеткой в обычной настенной коробке. 7-светодиодная матрица позволяет видеть уровень яркости непосредственно на самом выключателе, что является приятным штрихом и добавляет и без того элегантную эстетику.

По умолчанию задержка затемнения составляет 4 секунды, но ее можно увеличить до 4 минут, что идеально подходит, когда вы собираете свои вещи и готовитесь подняться наверх и не хотите, чтобы внезапная темнота полностью подготовила вас.

Умный замок

August Smart Lock Pro Высококачественный замок August Smart Lock Pro является отличной отправной точкой, если вы только начинаете осваивать Z-Wave. Одним из ключевых преимуществ серии August является их отличительный датчик DoorSense. Если вы не уверены, стоит ли оставлять технику, чтобы она запирала за вас дверь, эта замечательная функция позволит вам проверить и убедиться, что все надежно закреплено.

Поскольку эта модель крепится непосредственно к любому уже установленному замку, вы можете использовать даже имеющиеся ключи. Он выглядит гладко и элегантно в серебристом или темно-сером цвете, а управление системой входа осуществляется через приложение. Если вы инвестируете в Connect Bridge, ваши двери даже будут автоматически запираться, когда вы уходите. Если в ваш дом входят и выходят несколько подрядчиков или сотрудников, вы можете распрощаться с хаосом обмена ключами и беспокойством о том, что безопасность может быть нарушена, установив временные коды доступа.

Этот замок также хорошо подходит, если вы сдаете свою недвижимость на Airbnb, упрощая доступ для клиентов и делая вашу жизнь еще проще. Вы сможете использовать Alexa, Siri или Google Assistant для управления замком с помощью голосовых команд, а возможности подключения также разнообразны. В дополнение к Bluetooth, Wi-Fi и HomeKit, Smart Lock Pro также совместим с Z-Wave Plus, что дополняет впечатляющий ассортимент.

Датчики

Купольные датчики для дверей и окон В завершение нашего обзора лучших продуктов Z-Wave для «умного дома» эти купольные датчики — экономически эффективный способ повысить безопасность уязвимых дверей и окон. При условии идеальных условий и минимальных препятствий радиус действия, как и у всех новых устройств Z-Wave Plus, достигает 150 футов.

Независимо от того, хотите ли вы контролировать двери или окна, шкафы или гаражные ворота, этот компактный датчик, работающий от батарейки, предлагает простоту подключения и чрезвычайно высокую производительность. Срок службы одной батареи составляет три года, а рабочая температура — от 32 до 104 градусов по Фаренгейту. Мы не можем рекомендовать Dome как отличный датчик Z-Wave по цене, которая вам понравится.

Преимущества и недостатки

Стандарт Z-Wave используется с середины 21 века, и производство устройств для него хорошо развито. Устройства с автономным питанием могут работать длительное время (до 1 года) от сменной литиевой батареи.

К недостаткам можно отнести относительно небольшую дальность связи (в реальных условиях не более 20 — 30 м).

В сетях Z-Wave обычно используются частоты ниже 1 ГГц. Частоты, предназначенные для Z-Wave, не так загружены, как диапазон 2,4 ГГц, поэтому нет необходимости ожидать помех при установке и эксплуатации устройств, использующих этот протокол. Но частотные диапазоны для Z-Wave отличаются в разных странах. Поэтому оборудование должно быть специально изготовлено для страны, в которой оно будет использоваться. Чтобы избежать этой проблемы, покупайте оборудование не в зарубежных интернет-магазинах, а у бренда, который имеет сильное присутствие на местном рынке, например, Arlight.

Хотя протокол Z-Wave поддерживается международным альянсом, производство микросхем контролируется одной компанией, в настоящее время Silicon Labs. Это делает различные устройства полностью совместимыми, если они работают в одном частотном диапазоне.

Читайте также: Как управлять телевизором с телефона: управление ТВ с Android или iOS, как сделать из смартфона пульт

Принципы работы

Z-Wave передает данные по радиоканалу с частотой до 1 ГГц. Протокол оптимизирован для передачи простых сигналов управления (без задержки, что важно для устройств с быстрой реакцией — выключателей, регуляторов яркости и так далее). Относительно низкая частота (869 МГц в РФ) позволяет не беспокоиться о перекрытии полосы пропускания с сигналом Wi-Fi.

Важно тщательно выбирать контроллеры и периферийные устройства российской разработки, чтобы избежать несоответствия или конфликта частот.

Все устройства с поддержкой Z-Wave соединяются в так называемую ячеистую сеть, или mesh. Пример такой топологии сетки:

Z-Wave состоит из:

• Контроллер с управляющим программным обеспечением;
• Компоненты, работающие от постоянного тока или батарей, которые выполняют свои функции и передают сигнал дальше;
• Ведомые устройства с питанием от батарей или аккумуляторов, которые должны принять сигнал и отправить подтверждение.

Контроллер анализирует состояние сети и выбирает оптимальный маршрут передачи. Последние версии протокола утверждают, что могут стабильно передавать сигнал на расстояние до 100 метров в пределах прямой видимости.

Пример простой маршрутизируемой сети Z-Wave: контроллер передает сигнал на удаленное устройство через ближайшие промежуточные устройства. Этот принцип позволяет создавать гибкие и отказоустойчивые сетевые инфраструктуры.

Важно: Цепочка между модулем источника (контроллером) и модулем приема может иметь максимум 4 передающих узла.

Все элементы сети делятся на три типа:

1. Контроллер. Имеет информацию о среде, имеет полный доступ к таблице маршрутизации и может взаимодействовать со всеми элементами сети, если к ним есть маршрут. На рисунке ниже показан популярный сервер VeraEdge с настроенным реле.
2. Раб. Знает ближайший район, не имеет доступа к таблице маршрутизации и может отвечать только отправляющему устройству. Это может быть, например, реле, управляемое через Z-Wave.
3. Ведомый маршрутизатор. Знает ближайшее окружение, имеет частичный доступ к таблице маршрутизации, может реагировать на входящие сигналы и передавать их по маршрутам, доступным из таблицы.

Ведомые устройства обычно представляют собой фиксированные оконечные устройства — переключатели, реле и контроллеры, — которые выполняют команду и сообщают о статусе ее выполнения. Маршрутизаторы часто работают от постоянно питающихся (но есть и варианты с батарейным питанием) компонентов — датчиков, термостатов и других.

Стандарты беспроводной связи для «умных» систем (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, Z-Wave)

Сегодня в сфере решений для домашней автоматизации идет настоящая война стандартов. Трудно отдать предпочтение какому-либо из них, поскольку у каждого есть свои сильные и слабые стороны.

Wi-Fi

Wi-Fi может показаться наиболее очевидным решением для автоматизации дома. В пользу этого мнения говорит прежде всего его широкое распространение — по данным консорциума Wi-Fi Alliance, на долю Wi-Fi уже приходится более 50% интернет-трафика.

В реальных «умных» системах ситуация в корне отличается от ситуации с локальными сетями. Несмотря на детальную разработку стандартов, поддержку IEEE, высокую производительность и работу практически в каждом ноутбуке и смартфоне, Wi-Fi оказался одним из аутсайдеров на рынке и не рассматривается разработчиками как основа для серьезных решений.

BlueTooth LE (Low Energy)

Оригинальный стандарт BlueTooth существует с 1994 года. Изначально технология была разработана для связи между мобильными телефонами, но сегодня она стала основой для связи между узлами и подключения периферийных устройств в локальных сетях. Однако даже тогда этот стандарт не подходил для сетей домашней автоматизации.

Ситуация изменилась в 2010 году с появлением BlueTooth Low Energy. BlueTooth Low Energy. Он был разработан для работы с компактными автономными устройствами, многие из которых питаются от небольших маломощных батарей.

Такое решение одной из основных проблем в домашней автоматизации не могло не привлечь внимание разработчиков. Однако потенциал этой технологии еще предстоит по-настоящему оценить, и ее применение остается неясным.

Z-Wave

Z-Wave — это стандарт, разработанный в 1999 году специально для приема сигналов от датчиков и управления исполнительными устройствами «умного дома». Его главное отличие в том, что он работает с миниатюрными устройствами с низким энергопотреблением. Он использует радиочастотный диапазон 800-900 МГц (без лицензии) со скоростью передачи данных до 100 кбит/с (для устройств спецификации Z-Wave Plus). Базовая топология представляет собой ячеистую сеть с маршрутизацией от источника.

Сегодня Z-Wave уверенно возглавляет список стандартов домашней автоматизации: более 700 компаний разрабатывают устройства, выпускают более 2 400 сертифицированных устройств, а количество установленных устройств превышает 100 миллионов. Основным преимуществом является полная совместимость всех устройств, которая достигается за счет закрытого характера некоторых уровней и обязательной сертификации.

В настоящее время Z-Wave является, пожалуй, единственной технологией, которая обеспечивает полную совместимость всех устройств любого разработчика. При использовании до четырех сетевых узлов в качестве транзитных узлов общая зона покрытия достаточна даже для очень больших решений. Дополнительным преимуществом масштабируемости является то, что сети, каждая из которых содержит до 232 устройств, легко соединяются между собой. Контроллеры имеют таблицы маршрутизации, которые описывают оптимальные и альтернативные маршруты для передачи данных. Это гарантирует, что в случае отказа одного ретранслятора работа сети не будет нарушена, а доставка пакетов от передатчика к приемнику будет гарантирована другими узлами ретранслятора.

Процедура ‘Explorer Frame’, проверяющая состояние узлов и доступность маршрутов, позволит протестировать и восстановить работоспособность сети менее чем за 1 с. Возможность прямой связи (ассоциации) между двумя устройствами. Протоколы безопасности и спецификации шифрования позволяют просто добавлять устройства в сеть (включая QR-коды). Выбирая частотный диапазон, можно добиться как увеличения зоны покрытия устройствами, так и улучшения проникновения в стены и потолки.

Кроме того, в диапазоне практически отсутствуют помехи. Одна из основных проблем — разные свободные частоты диапазона в разных странах. Это означает, что сетевые модули, предназначенные для применения, например, в США (908,42 МГц), не будут работать в Европе или Китае (868,42 МГц) и России (869,0 МГц) и наоборот. Закрытые протоколы и жесткие требования сертификации существенно влияют на цену устройств, что выводит решения Z-Wave из категории недорогих.

ZigBee

Стандарт ZigBee, как и Z-Wave, был разработан для работы с компактными, маломощными устройствами домашней автоматизации и сегодня, вероятно, является единственным, который может конкурировать с ним или даже победить в этой битве.

В отличие от Z-Wave, он использует стандартный, нелицензируемый частотный диапазон 2,4 ГГц. Требования к сертификации также отличаются. Этот подход имеет свои преимущества и недостатки.