پروتکلZ-Wave?نقش آن در خانه هوشمند

پروتکل Z-Wave نوعی ارتباط بی سیم می باشد که در خانه های هوشمند مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه با پیشرفت صنعت تکنولوژی شاهد تحولی عظیم شده ایم و هوش مصنوعی به نوعی جای مدیریت عملیات ها و پردازش های انسانی را گرفته است. مدت زمان کمی نیست که منازل، شاهد حضور تجهیزات هوشمندی که توسط پروتکل هایی قابل برنامه ریزی و اینترنت مدیریت می شوند شده است.

پروتکل Z-Wave چیست؟

Z-Wave یک فرکانس رادیویی و بی سیم برای ارتباط تجهیزات داخلی منازل می باشد. این پروتکل با بهره گیری از امواج رادیویی کم توان بر روی یک استاندارد (شبکه رادیویی مش) کار می کند، بدین معنی که مش بدون توجه به ارتباط بین تجهیزات در صورت حذف هر یک از تجهیزات شیکه ارتباطی این تجهیزات را در مدار بازسازی می کند و نیازی به آنتن های مجزا به عنوان ریپیتر ندارد. نتیجه اینکه این مدل شبکه بسیار قابل اطمینان می باشد.

مدیریت یک شبکه  Z-Wave نیز مشابه اکثر پروتکل‌ها و سیستمهای بازار اتوماسیون خانه های هوشمند می‌تواند از طریق بستر اینترنت انجام شود و همچنین به صورت محلی یا منطقه ای از طریق پنل کاربری یا دستگاه کنترل مرکزی قابل انجام است. تا به امروزه شاهد بیش از 2600 مدل محصول از تجهیزات خانه هوشمند می باشیم که با پروتکل Z-wave تولید و به بازار عرضه شده اند.

تاریخچه Z-Wave

در سال 1999 و توسط شرکت دانمارکی Zensys  پروتوکل Z-wave  به بازار معرفی شد. در آن سال Zensys یک سیستم کنترل روشنایی را معرفی کرد که بصورت رادیویی فرمان می گرفت و بعدا به Z-Wave تکامل پیدا کرد. سیستم تولید شده به عنوان یک پروتکل اتوماسیون خانه از نوع مدار مجتمع  ( SOC ) اختصاصی و بر روی یک باند فرکانس فاقد لایسنس در بازه 900 مگاهرتز تنظیم شد.

این سیستم تولیدی بر پایه تکنولوژی SoC در واقع یک مدار مجتمع یا IC است که قطعات یک کامپیوتر کامل یا یک سیستم الکتریکی را در یک تراشه جای داده است. SoC طراحی شده توسط این شرکت شامل واحد پردازش مرکزی CPU، حافظه RAM، کنترلرهای ورودی و خروجی، مدار کنترل کننده توان، شبکه‌های بی‌سیم مانند Wi-Fi،  بود.

محصولات این کمپانی با تراشه های سری 100 آن در سال 2003 و سری 200 آن در ماه می 2005 به بازار عرضه شد. تراشه ZW0201 با هزینه‌ای اندک عملکردی خوب داشت. تراشه سری 500 تولیدی این کمپانی هم که با نام Z-Wave Plus در مارس 2013 به بازار معرفی شد با افزایش حافظه تا 4 برابر نسل های قبلی و مصرف انرژی پایین تر تحولی را در این نوع محصول به همراه داشت.

از سال 2005 با رو نمایی تراشه zw0201 پنج شرکت مطرح در این صنعت استاندارد های این تکنولوژی را به عنوان ملاک طراحی محصولات خود قرار دادند و دیری نگذشت که این پنج شرکت ائتلاف Z-Wave را تشکیل دادند که هدفش تعامل و همگام سازی ارتباطی  همه محصولات این شرکتها با فناوری Z-Wave  بود. در سال 2008، پاناسونیک، سیسکو سیستمز، پالامون کپیتال پارتنرز، و سان‌استون کپیتال، سرمایه‌گذاری‌هایی در شرکت Zensys انجام دادند که نفوذ تکنولويی Z-Wave را در بازار های بین المللی تقویت کرد.

در سال 2005 تنها شش محصول در بازار از فناوری Z-Wave به بازار معرفی شده بود ولی پس از گذشت کمتر 7 سال در سال 2012 تقریبا 600 محصول در بازار محصولات خانه هوشمند آمریکا با فناوری Z-Wave استفاده شد. در سال 2019 بیش از 2600 محصول با گواهی Z-Wave در بازار خانه های هوشمند وجود داشت.

ارتباط تجهیزات با پروتکل  Z-Wave

فرکانس رادیویی Z-Wave مطابق با استاندارد آمریکا روی باند فرکانسی ۹۰۸٫۴۲ مگاهرتز در آمریکا و بر اساس استاندار اروپایی روی باند ۸۶۸٫۴۲ مگاهرتز کار می‌ کند. این امر در مقایسه با دیگر تجهیزات الکتریکی خانه مانند تلفن بی‌سیم از اختلال با باند ۲٫۴ گیگاهرتز که مربوط به وای‌فای (WiFi) و بلوتوث (Bluetooth) است، جلوگیری می‏‌کند.

نرخ انتقال اطلاعات در شبکه Z-Wave پایین و حدود ۹٫۶، ۴۰ و یا ۱۰۰ کیلوبایت بر ثانیه است. هر شبکه Z-Wave با یک ID شبکه و هر دستگاه نیز یک ID مخصوص دارد. به این ترتیب هیچ دو وسیله‌ای یک ID مشترک ندارند. به طور مثال، ID شبکه مختص یک خانه هوشمند نمی‌تواند دستگاه‌های مشابه در خانه‌ای دیگر را کنترل کند.

ارتباط بین دستگاه ها در این پروتکل از ۹۸ تا ۳۲۸ پا متغیر است. در سری چیپست های ۵۰۰، دارای ۱۳۰ پا و چیپست ۷۰۰ دارای ۳۲۸ پا می باشد. در این شبکه ارتباط بین تجهیزات در فاصله ۳۰ تا ۱۰۰ متر برقرار می‌شود. به ‌علت وجود دیوارها و مصالح ساختمانی دیگر، محدوده عملکرد شبکه زی‌ویو را محدود می کند به همین دلیل بهترین راهکار قرار دادن دستگاه های Z-Wave در 15 متری یا کمتر از یکدیگر برای استفاده از حد اکثر توان سیگنال ها است.

تعامل‌پذیری پروتکل Z-Wave در لایه کاربردی، اشتراک‌گذاری اطلاعات توسط دستگاه‌ها را تضمین کرده و به همه سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای Z-Wave این امکان را می‌دهد که با یکدیگر کار کنند. این نوع زیر بنا برای شبکه سازی می‌تواند به شکل غیر متمرکز با مدیریت مرکزی مدیریت شود. هر دو نوع مدیریت نسبتاً ارزان و کم خرج و قابل اطمینان و پیشرفت هستند.

کارکرد پروتکل Z-Wave

این نوع پروتکل Z-Wave  فقط به یک فرستنده احتیاج دارد تا جاییکه به گره بعدی برسد، هر گره به صورت یک تکرار کننده عمل می‌کند. گره‌ها کار تکرار کننده‌ها را انجام می‌دهند برای فرستادن داده‌ها از نزدیکترین گره به گره نظیرش که در فاصله بسیار دورتر از آن در خارج از دسترس قرار دارد.

نتیجتا این نوع شبکه می‌تواند گستردگی و دوری مسافت داشته باشد بخصوص در مناطقی که ناهموار هستند و امکان سیم کشی وجود ندارد. در شبکه‌های مش برای قابل اطمینان بودن در مواقع ضروری، هر گره می‌تواند متصل شود به چندین گره دیگر. اگر یک گره از سرویس خارج شود یا سخت ‌افزارهای آن دچار مشکل شود، نزدیکترین گره به سادگی مسیر خروجی و اتصال به مقصد مورد نظر را پیدا می‌کند. پروتکل Z-Wave با بهره گیری از این ویژگی خطای ارتباطی را در سناریو خانه هوشمند به صفر رسانده است.

پروتکل Z-Wave چیست؟

پروتکل Z-Wave و نقش آن در خانه هوشمند

از سال 2016، برخی بخش های فناوری این پروتکل در قالب نرم افزار لایه باز در اختیار توسعه دهنده های این تکنولوژی قرار گرفت و کمپانی های بیشتری امکان ارائه محصول با بهینه سازی رابط های کاربری خود نمودند که باعت توسعه سریع این تکنولوژی و پیدایش تنوع محصولات متنوع شد.

این پروتکل در مقایسه با رقبا مزایای زیادی دارد؛ و به همین دلیل هم با استقبال بیشتری از سوی سازندگان محصولات حوزه اینترنت اشیاء مواجه شده است. همین استقبال نیز امروزه تبدیل به اصلی‌ترین مزیت آن شده است. به نوعی که گروه متنوعی از محصولات شرکت‌های سامسونگ، ال‌جی، هواوی و صدها برند دیگر، از این روش پشتیبانی می‌کنند.

یکی از ویژگی‌های جالب این پروتکل مصرف کم انرژی آن است. پروتکل Z-Wave این ویژگی را مدیون سیستم ارتباط رادیویی خود است. این ویژگی اجازه می‌دهد اتصال ابزارها بر اساس این پروتکل با مصرف انرژی بسیار پایین و حتی به کمک باطری نیز قابل انجام باشد.

مزیت دیگر این پروتکل طراحی آن بر اساس شبکه مش است. ویژگی‌های این طراحی کمک می‌کند تا با افزایش تعداد دستگاه‌های متصل به شبکه، کیفیت کار شبکه بالاتر برود. همچنین این پروتکل منطقه پوشش بالایی دارد؛ و می‌تواند تا شعاع ۳۰ متری را تحت پوشش خود قرار دهد. در نتیجه برای اجرای پروژه‌های هوشمندسازی در ساختمان‌های خیلی بزرگ هم، انتخاب بسیار مناسبی است.

امنیت در شبکه  Z-Wave

در پیدایش این تکنولوژی چالش امنیت مثل امروز خود نمایی نمی کرد، متولی این تکنولوژی در  سال 2013، از یک پروتکل و یک برنامه صدور گواهی تعامل‌پذیری، با نام Z-Wave Plus رونمایی کرد که مبتنی بر ویژگی‌ها جدید و استانداردهای بالاتر تعامل پذیری بودند که با هم یکجا جمع آوری شده بودند.

اگر چه استاندارد تولید محصولات تحت این تکنولوژی بر پایه AES برنامه ریزی شده بود ولی مشکلات متعدد در نفوذ به تجهیزات متولیان این تکنولوژی را مجبور به بازنگری بر روی استاندارد های محصول و ایجاد سپر های حفاظتی قوی تر در مقابل هکر ها کرد تا به ارتقاع استاندارد ABC128 رسیدند و امروزه این تکنولوژی در مقابل هر نوع هجوم سایبری یا هک مقاوم شده است.

تیم فنی و مهندسی البرز صنعت با بهره گیری از کادری مجرب آماده ارائه خدمات مشاوره جهت بهره مندی از محصولات Z-wave و خانه هوشمند برای شما می باشند.