Z-Wave

Z-Wave er en protokoll for styring av  smarthus. Det blir markedsført mot husholdninger og hjemautomasjon, og er ment å skulle være en enkel og pålitelig metode for å styre lys, VVS, alarmer, hjemmekino, gardiner eller persienner, svømmebasseng, garasjeportåpner og dørlåser. Det finnes hundrevis av Z-Wave-produkter som kan knyttes sammen, og mer enn 35 millioner enheter har blitt solgt siden 2005.  Z-Wave ble utviklet av den danske gründerbedriften Zen-Sys, og ble kjøpt opp av Sigma Design i 2008.

Et Z-Wave-system for hjemautomasjon kan fjernstyres via internett, via en Z-Wave-gateway eller hjemmesentral som fungerer som både nav og portal til internett.

Lovlighet 
For at Z-Wave-utstyr skal kunne selges og brukes i Europa må det være CE-merket og følge europeisk lovverk på lik linje med annen elektronikk forøvrig. Dette innebærer blant annet at man må bruke den europeiske varianten av Z-Wave som går på 868,42 MHz. Særlig vil bruk av amerikanske varianter (som går på 908,42 MHz) i Norge være forbudt, og kan føre til alvorlige forstyrrelser på samfunnsviktige tjenester som mobiltelefonsystemet i området.

Tekniske egenskaper

Radio 
Z-Wave er designet for å gi pålitelig overføring av små datapakker på datahastigheter opp til 100 kbit/s med lav latens. Hastigheten er 40 kbit/s (9.6 kbit/s med gamle databrikker) og egner seg for overføring av sigaler fra sensorer og fjernkontroller, i motsetning til f. eks. Wi-Fi som er utviklet primært for høy datahastighet. Rekkevidden mellom to noder er ca 30 meter, og signalene kan hoppe fra node til node opp til fire ganger. Dette gir nok dekning for de fleste bolighus.

Modulasjonen er Manchester-kode.

Z-Wave bruker ISM-båndet. I Europa opererer systemet på 868,42 MHz, 908,42 MHz i USA og Canada, og andre frekvenser i andre land avhengig av regelverk. Dette båndet konkurrerer med noen eldre trådløse telefoner (CT2-standarden, som var i brukt tidlig på 1990-tallet), men unngår interferens med Wi-Fi, Bluetooth og andre systemer som opererer på 2,4 GHz-båndet. De lavere lagene, MAC og PHY, er beskrevet av ITU-T G. 9959 og fullt ut bakover-kompatibel. Z-Wave-tranceiverchips blir levert av Sigma Designs og Mitsumi. Utgangseffekten er 1 mW eller 0 dBm.

Nettverksoppsett, topologi og ruting 
Z-Wave baserer seg på en kilde-rutet meshnettverkarkitektur. Enheter kan kommunisere med hverandre via mellomliggende noder. Slik kan signalene finne veier rundt hindringer og radioskygger i huset. En melding fra node A til node C kan leveres selv om de to nodene ikke ligger innenfor rekkevidde, forutsatt at det finnes en node B som kan kommunisere både med A og C. Hvis den foretrukne ruten ikke er tilgjengelig, vil senderen prøve andre ruter til den finner en vei frem til node C. Derfor kan et Z-Wave-nettverk dekke et mye større område enn en enkelt enhet. Imidlertid kan mange slike hopp forårsake en liten forsinkelse i systemet.

Det enkleste oppsettet er en enkelt enhet og en primærkontroller. Flere enheter kan legges til etterhvert som det er behov for dem. Flere fjernkontroller kan også legges til, og de kan være innebygget i nøkkelringer eller veggbrytere, eller de kan være PC-styrte enheter. Et Z-Wave-nettverk kan bestå av opp til 232 enheter, med mulighet for å koble flere nettverk sammen hvis det trengs flere enheter. 

En enhet må «legges til» i Z-Wave-nettverket før nettverket kan styre den. Dette skjer ved å trykke på knapper på enheten og på fjernkontrollen i en bestemt rekkefølge, og trenger bare å gjøres én gang.  Enhetene kan fjernes fra Z-Wave-nettverket ved en tilsvarende prosess. Kontrolleren lærer signalstyrken mellom enhetene når de registreres i nettverket, og derfor bør enhetene være på sin faste plass når de legges til. 

Hvert Z-Wave-nettverk har en nettverks-ID, og hver enhet igjen er identifisert ved en Node-ID. Nettverks-ID er felles identifisering av alle noder som tilhører ett logisk Z-Wave-nettverk. Nettverks-ID har en lengde på 4 byte (32-bits), og blir tildelt hver enhet av primær-kontrolleren når enheten blir lagt til nettverket. Noder med forskjellige nettverks-ID-er kan ikke kommunisere med hverandre. Node-ID er adressen til en enkelt node i nettverket. En node-ID har en lengde på 1 byte (8 biter) og må være unikt i sitt nettverk.

Z-Wave-enheter kan operere i strømsparingsmodus, og dermed redusere strømforbruket. Hvis Z-Wave-enheter skal være i stand til å rute tilfeldige meldinger, kan de ikke være i hvilemodus. Derfor er ikke batteridrevne enheter utformet som repeatere. Mobile enheter, for eksempel fjernkontroller, er også utelukket siden Z-Wave forutsetter at alle enheter i nettverket forblir i sin opprinnelige posisjon.

Sikkerhet 
Z-Wave er basert på et egenutviklet design. Selv om det har vært gjort forskning på systemer på hjemautomasjon basert på ZigBee- og X10-protokoller, er forskningen på stakk-lagene i  Z-Wave-protokollen i sin begynnelse, ettersom dette forutsetter at det produseres radioenheter og tilhørende programvare som kan fange opp datapakker i disse nettverkene. En sårbarhet ble avdekket i AES-krypterte Z-Wave-dørlåser som kunne utnyttes til å fjernstyre og låse opp dører uten adgang til krypteringsnøkler. På grunn av de endrede nøklene, ville de påfølgende meldingene i nettverket som «døren er åpen» bli ignorert av nettverket. Dette sikkerhetsproblemet skyldtes ikke en svakhet i Z-Wave-protokollen, men en feil i implementeringen.

Maskinvare 
Brikkene i Z-Wave-noder er ZW0201, bygget rundt en Intel MCS-51 mikrokontroller med intern klokkefrekvens på 16 MHz. RF-delen av brikken inneholder en GisFSK- sender og -mottaker, hvor frekvensen bestemmes av programvaren. Med en strømforsyning 2,2 - 3,6 volt, bruker den  23 mA i sendemodus.

Se også 
 Matter (standard)

Referanser

Eksterne lenker 
 
 Open Z-Wave project

Mobiltelekommunikasjonsstandarder
Informatikk og samfunn
Nettverksprotokoller
Automatikk