Топологія Z-Wave мережі, призначення та порядок побудови

Оптимізація витрат дорогих природних ресурсів, удосконалення домашнього комфорту або спрощення використання складного та численного інженерного обладнання в комерційній діяльності призвела до появи такої технології як система Розумний дім, яка вміє останнім часом ефектно вражати навіть найвпевненіших скептиків щодо сучасних інновацій.

І як правило, масове визнання і поширення системи автоматизації на межі ХХ століття, дозволило створити своєрідні напрямки з розробки, як різноманітного устаткування, так і протоколів зв'язку, управління, побудови.

Сьогодні однією з найпоширеніших технологій автоматизації вважається бездротовий Z-Wave протокол, основний принцип якого побудований на передачі даних по радіоканалу, призначений для побудови багатофункціональної та сучасної системи домашньої та комерційної автоматизації. Незважаючи на низьку вартість, це рішення дозволить реалізувати такі високотехнологічні завдання і навіть своїми руками як: автоматичне керування освітленням, кліматом, домашнім кінотеатром, зашторюванням, різними електромоторами, контроль протікання води, керування системою безпеки та багато іншого.

Все обладнання Z-Wave, що виробляється, в числі яких можуть бути контролери, різні датчики, сенсори, реле, диммери, термостати, домофони, відеокамери і багато іншого, абсолютно сумісні між собою. Єдине, що необхідно врахувати для узгодження роботи радіопристроїв, це функціонування на одній частоті, які відрізняються між собою в більшості країнах. Використання діапазонів Z-Wave по країнах:

• 868.42 МГц – Європа, країни CEPT, Китай, Сінгапур, ОАЕ, ПАР
• 869.0 МГц – Росія
• 908.42 МГц – США, Мексика
• 921.42 МГц – Австралія, Бразилія, Нова Зеландія
• 919.8 МГц – Гонконг
• 865.2 МГц – Індія
• 868.2 МГц – Малайзія
• 951-956 и 922-926 МГц – Японія

Для України підійдуть усі пристрої, які виготовляються для європейського ринку, оскільки частота 868,42 МГц офіційно дозволена для вільного використання у нашій країні. Сама мережа будується на компонентах із наднизьким радіовипромінюванням (передача даних), гранична потужність яких всього 1мВт. Такий механізм роботи має кілька цілей:

• Мінімальні завади для інших електронних елементів.
• Відсутність впливу на здоров'я людини.
• Тривалий термін служби пристроїв на батарейках.

Протокол забезпечує надійність доставки телеграми адресату з допомогою наступних функцій:

• В мережі використовуються пакети з контролем цілісності даних (контрольна сума), що запобігає втраті частини повідомлення. Усі команди розпізнаються коректно.
• Здійснюється підтвердження доставки. Тобто кінцевий вузол, отримавши телеграму, передає назад підтвердження доставки тим же шляхом, яким вона була доставлена.
• Використовується механізм Source Routing, тобто маршрут проходження телеграми визначає відправник. Якщо кінцевий вузол не підтвердив отримання пакета, запускається механізм Explorer Frame, який дозволяє відновити зв'язок. Більше про цю функцію читайте нижче.
• Якщо при передачі телеграм беруть участь ретранслятори, то з метою мінімізації завантаження ефіру використовуються звані «мовчазні підтвердження». Передавач сприймає відправлення пакета ретранслятором наступному вузлу як підтвердження успішного пересилання даних від нього ретранслятору.

Всі ці функції закладено протокол Z-Wave і не залежать від інсталятора. Тим самим досягається надійність роботи бездротової системи автоматизації на основі технології Z-Wave.

Побудова мережі Z-Wave

Одна мережа Z-Wave визначається унікальним параметром HOME ID, який генерується під час її створення. При цьому на одній території можуть співіснувати кілька мереж, абсолютно не заважаючи одна одній. Кожному вузлу в мережі присвоюється свій унікальний номер NODE ID, який прописується контролером пристрою при першому підключенні із запам'ятовуванням HOME ID. Таким чином, надалі бездротові датчики або інші елементи Розумного будинку однієї мережі можуть безперешкодно спілкуватися між собою на відстані до 40 метрів. Один сегмент може містити до 232 радіомодулів.

Надійність Z-Wave

Z-Wave – це стільникова структура розподілу даних, де кожен вузол може бути ретранслятором (крім пристроїв, що працюють на батарейках) для передачі сигналів, забезпечуючи тим самим оминання перешкод і зон з перешкодами. Під час запуску мережі встановлюються прозорі маршрути проходження сигналів, і кожен виконуючий компонент запам'ятовує оптимальний маршрут доставки даних до необхідного одержувачу.

Якщо відправник не отримав підтвердження доставки пакета одержувачу, він відправляє сусіднім модулям фрейм Explorer Frame. Ті ж у свою чергу відправляють цей пакет далі і так доти, доки якийсь вузол не підтвердить, що він виявив модуль. Таким чином, елемент, що адресує дані, отримає інформацію про новий маршрут поширення і збереже в себе дану інформацію для подальшої реалізації. За допомогою таких маніпуляцій мережа оперативно відновить свою працездатність, без помітних неполадок.

На шляху проходження сигналу протокол Z-Wave припускає наявність 4 ретрансляторів. Ретрансляторами не можуть бути пристрої, які живляться від батарейки, оскільки в таких умовах експлуатації елемент живлення буде розряджатися набагато швидше. Це також визначає сам протокол. Максимальна відстань між двома бездротовими точками на відкритій місцевості обмежується дистанцією 40 метрів. Стіни, меблі та інші перешкоди зменшують цю відстань, так як сигнал втрачає свою потужність проходячи через фізичні перешкоди.

Все це обов'язково необхідно враховувати під час проектування системи бездротової автоматизації. Також слід врахувати, що, наприклад, функція Explorer Frame доступна для обладнання, яке підтримує протокол 4.5х і вище версію. Наприклад, такі модулі доступні від компанії ConnectHome, елементи яких виготовлені на нових чіпах п'ятого покоління та підтримують всі функції, описані вище.

По матеріалам компанії DarDali - https://dardali.com
Київ 2016

Також буде цікаво ознайомитись:

• Система Розумний Дім Fibaro без дротів та ремонту
• Скільки коштує домашня автоматизація або як дізнатися ціну
• Розумний Дім Crestron, досконала та надійна технологія автоматизації
• Як за допомогою домашньої автоматизації можна ефективно заощаджувати

Технічна консультація та придбання обладнання