Z-Wave er en proprietær trådløs kommunikationsprotokol designet til hjemmeautomatisering, især bolig- og kommerciel kontrol og styring. Teknologien bruger laveffekt og miniaturiserede RF-moduler, der er indlejret i forbrugerelektronik og forskellige enheder såsom belysningsarmaturer, varmeapparater , adgangskontrolenheder , underholdningssystemer og husholdningsapparater.
Z-Wave er en laveffekt trådløs radioteknologi designet specielt til fjernbetjening. I modsætning til Wi-Fi og andre IEEE 802.11 datatransmissionsstandarder , der hovedsageligt er designet til store datastrømme, fungerer Z-Wave i frekvensområdet op til 1 GHz og er optimeret til at sende simple kontrolkommandoer med lave forsinkelser (f.eks. tænd/sluk , ændre lydstyrke, lysstyrke osv.). Valget af et lavt radiofrekvensområde til Z-Wave skyldes det lille antal potentielle interferenskilder (i modsætning til det travle 2,4 GHz-bånd, hvor du skal ty til foranstaltninger, der reducerer mulig interferens fra forskellige trådløse husstandsenheder - Wi-Fi, ZigBee , Bluetooth ).
Z-Wave er designet til at skabe billig og energieffektiv forbrugerelektronik, herunder batteridrevne enheder såsom fjernbetjeninger, røg, temperatur, fugtighed, bevægelse og andre sikkerhedssensorer.
Fra 2018 er Z-Wave understøttet af over 700 producenter verden over og dækker en bred vifte af forbruger- og kommercielle produkter i USA, Europa og Asien. De nederste lag af protokollen, MAC og PHY, er beskrevet af ITU-T G.9959 [1] [2] og er fuldt bagudkompatible. Z-Wave radiochips er leveret af Sigma Designs og Mitsumi. Et karakteristisk træk ved Z-Wave er, at alle disse produkter er kompatible med hinanden. Kompatibilitet bekræftes af Z-Wave eller Z-Wave Plus certificeringsprocessen.
Z-Wave-løsningen er baseret på et mesh-netværk (mesh-netværk), hvor hver node eller enhed kan modtage og transmittere styresignaler til andre netværksenheder ved hjælp af mellemliggende naboknuder. Mesh er et selvorganiserende netværk med routing , der afhænger af eksterne faktorer – hvis der for eksempel er en forhindring mellem to nærmeste netværksknuder, vil signalet gå gennem andre netværksknuder, der er inden for rækkevidde.
Nogle producenter af Z-Wave-produkter tilbyder open source eller åbne simple API-løsninger. Siden 2010 har et projekt kaldet Open-ZWave været aktivt under udvikling, som giver mulighed for at skabe Z-Wave controllere uden at købe et SDK fra Sigma Designs. [3]
Udvikleren af Z-Wave protokollen er det danske firma Zensys , som siden 2008 har været ejet af det amerikanske firma Sigma Designs .
I 2013 introducerede Sigma Designs og Z-Wave Alliance en udvidelse til Z-Wave-protokollen kaldet Z-Wave Plus. [fire]
Faktisk er dette den normale Z-Wave-protokol med en liste over krav, der er strengere end de normale Z-Wave-certificeringskrav. Z-Wave Plus inkluderer fuldt ud alle kravene til Z-Wave. De nye krav har til formål at forbedre kompatibiliteten af enheder på markedet.
Z-Wave Alliance er et åbent konsortium på over 700 (fra 2018) uafhængige leverandører, der skaber produkter og tjenester baseret på Z-Wave. Medlemmer af Z-Wave Alliance er industriledere på tværs af spektret af hjemmeautomatiseringsmarkedet: softwareudviklere og de største distributører af Z-Wave udstyr, teleoperatører, administrationsselskaber og elektronikbutikker. Det overordnede mål for konsortiet er at koordinere udviklingsretningen for Z-Wave-protokollen, organisere udstillinger og marketingbegivenheder, yde marketingstøtte til medlemmer af alliancen og kontrollere certificeringen af Z-Wave-enheder.
Nøglemedlemmer omfatter ADT , GE/Jasco , Evolve, Ingersoll-Rand , Linear, FAKRO og Sigma Designs . Der er også producenter, officielle repræsentanter og installatører af Z-Wave Alliance i Rusland: DEFARO [5] Z-Wave.Me [5] , IMAG, Tronic. [6]
Fra 2018 er der over 2.700 forskellige certificerede produkter på markedet.
Z-Wave bruger en mesh -netværkstopologi, og det er muligt at oprette et netværk af én styret og én kontrolenhed. Yderligere enheder kan tilføjes til enhver tid, såvel som flere kontrolcontrollere, herunder traditionelle håndcontrollere, kontrolnøgler, vægkontakter og pc- applikationer designet til at styre og styre Z-Wave-netværket.
Enheder skal "tændes" til Z-Wave-netværket, før de kan styres. Denne proces, kendt som "parring" og "tilføjelse", opnås normalt ved at trykke på en sekvens af taster på controlleren og den enhed, der føjes til netværket. Denne sekvens skal kun udføres én gang, hvorefter enheden altid genkendes som en controller. Enheder kan fjernes fra Z-Wave-netværket ved en lignende knaptryksproces.
Denne forbindelsesproces gentages for hver enhed i systemet. Controlleren husker enhedens signalstyrke under forbindelsesprocessen, så arkitekturen antager, at enheder skal placeres på den endelige placering, før de føjes til systemet. Z-Wave involverer dog netværksrekonfiguration - at køre denne procedure på controlleren giver dig mulighed for at omfordele ruter og forbedre kommunikationen mellem enheder placeret langt fra controlleren.
Hvert Z-Wave-netværk identificeres med et netværks-id (netværks-id) og kan omfatte op til 232 noder, identificeret med et enheds-id (node-id).
Netværks-id (alias Home ID) er en fælles identifikator for alle noder, der tilhører det samme logiske Z-Wave-netværk. Netværks-id'et er 4 bytes (32 bit) langt og tildeles hver enhed via den primære controller, når enheden tilslutter sig netværket. Noder med forskellige netværks-id'er kan ikke kommunikere med hinanden.
Node ID er adressen på en enkelt node på netværket. Node ID er 1 byte (8 bits ) lang. To noder kan ikke have samme node-id. Dermed har du fuld kontrol over dit Z-Wave netværk. [7]
Z-Wave bruger en mesh -netværkstopologi med Source-routing og har én primær controller og nul eller flere sekundære controllere, der styrer routing og sikkerhed. Enheder kan kommunikere med hinanden ved hjælp af mellemliggende knudepunkter og omgå forhindringer eller radiodøde zoner, der kan opstå. En besked fra node A til node C kan leveres med succes, selvom de to noder ikke er inden for rækkevidde, sker dette ved hjælp af en tredje node B, som kan kommunikere med noderne A og C. Hvis den foretrukne rute ikke er tilgængelig, vil afsenderen forsøge at kontakte andre ruter, indtil der findes en sti til node "C". Et Z-Wave-netværk kan således have en transmissionsradius meget større end transmissionsområdet for en enkelt knude. På grund af disse hop kan der dog være en lille forsinkelse mellem styrekommandoen og det ønskede resultat. [8] For at Z-Wave-enheder skal kunne dirigere data, de ikke anmoder om, kan de ikke være i dvaletilstand. Batteridrevne enheder er således ikke tænkt som relæenheder. Et Z-Wave-netværk kan omfatte op til 232 enheder med mulighed for at udvide (bro bygge bro) netværket, hvis der kræves flere enheder.
Senere versioner af Z-Wave introducerede en ny mekanisme til at udforske netværkstopologi. Såkaldte explorer frames kan bruges til at gendanne stiovertrædelser forårsaget af flytning eller fjernelse af enheder. Princippet om et beslutningstræ med beskæring bruges til at transmittere netværksudforskningsrammer , og derfor skal informationen nå målenheden selv uden kendskab til topologien fra senderen. Probe-rammer bruges som den sidste mulighed på senderen, når alle andre routingforsøg er mislykkedes.
I Europa har 868 MHz-båndbredden en arbejdscyklusgrænse på 1 %, så en Z-Wave-enhed kan kun transmittere 1 % af tiden. Z-Wave-enheder kan være i strømbesparende tilstand og kun aktive 0,1 % af tiden, hvilket reducerer strømforbruget betydeligt.
Der er flere generationer af Z-Wave-chips:
Alle chips var tilgængelige i SoC -variant eller modulvariant. Modulerne indeholder SoC og frekvensfiltre, hvilket i høj grad forenkler oprettelsen af enheder.
ZM2101, ZM3202, ZM4102 og ZM5202 modulerne er 100 % kompatible med hensyn til benlayout og funktionalitet, hvilket gør det nemt at opgradere eksisterende enheder. På samme måde er ZM4101- og ZM5101-moduler kompatible.
Sigma Designs tilbyder i øjeblikket to chipmuligheder og tre modulmuligheder. [elleve]
Det skete så, at alle selv generationer af Z-Wave-enheder viste sig at være mislykkede. 200-serien har etableret sig som den mest "buggy". Der blev fanget fejl i den hele tiden dens eksistens. Derfor, med fremkomsten af en fuldt kompatibel 300-serie, fortrængte den hurtigt sine forgængere. 400-serien var bemærkelsesværdig ved, at man i stedet for skrivebeskyttet hukommelse med mulighed for gentagen omskrivning ( EEPROM ), brugte hukommelsen med brændbare jumpere ( OTP ), som kun kan skrives én gang. Dette gjorde det selvfølgelig muligt at spare lidt på prisen på modulet, men det gjorde det umuligt at opdatere softwaren på disse moduler. Udviklere og producenter oplevede betydelige gener i denne henseende, og i den næste 500-serie blev den genskrivbare ROM returneret. Men 600-serien udkom slet ikke på grund af fejl i udviklingsprocessen. Den relativt nye 700-serie har endnu ikke modtaget autoritative anmeldelser, og man kan kun håbe, at den vil fortsætte den etablerede tradition med succesfulde ulige generationer.
Indtil 2008 indeholdt Z-Wave-specifikationen ingen omtale af måder at sikre kommunikationskanaler på, og alle Z-Wave-enheder kommunikerede åbent. Det vil sige, at ethvert Z-Wave-netværk var fuldstændig tilgængeligt for indtrængen udefra - strengt taget behøvede det ikke engang at blive hacket på en eller anden måde. I 2008 blev begrebet kryptering (Z-Wave S0 Security) introduceret i specifikationen, og den meget pålidelige AES-128 algoritme blev valgt som krypteringsalgoritme . Som det så ud for udviklerne, løste de fuldstændigt det vigtigste problem, der alvorligt hindrede spredningen af Z-Wave-enheder og skabte et dårligt image for dem i forbrugernes øjne. Men de tog ikke højde for detaljerne.
En mine blev lagt i Z-Wave S0 Security-specifikationen på udviklingsstadiet, som eksploderede i 2013, da nye enheder allerede var massivt til stede på markedet. Det viste sig, at på tidspunktet for den første initialisering af forbindelsen, før starten af kommunikationssessionen, modtager enheden en krypteringsnøgle. Og denne "nøgle" er 128 nuller. Så det er nemt for en angriber at aflytte denne indledende session (hvis nøgle er kendt på forhånd) og derefter spore eventuelle ændringer af krypteringsnøglerne, der kan forekomme i efterfølgende kommunikationssessioner. Således er ethvert netværk, der består af mange Z-Wave-enheder, sårbart og nemt hacket ved hjælp af det enkleste udstyr.
Historien lavede meget larm i pressen, hvilket spolerede Z-Waves omdømme. For at løse problemet blev krypteringsspecifikationen færdiggjort, og i 2016 udkom dens forbedrede version Z-Wave S2 Security, hvor Diffie-Hellmans offentlige nøgledistributionsalgoritme bruges til den indledende nøgleudstedelse .
| Trådløse sensornetværk | |
|---|---|
| Operativsystemer | |
| Industristandarder |
|
| Programmeringssprog | |
| Hardware |
|
| Software | |
| Ansøgninger |
|
| Protokoller | |
| Konferencer / Magasiner |
|
| hjemmeautomatisering | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Styring | |||||||||
| Sensorer | |||||||||
| Optrædende |
| ||||||||
| Ansøgninger |
| ||||||||
| Protokoller | |||||||||