موجة زي

التاريخ

تم العمل على بروتوكول Z-Wave  تطويره وتحديثه من قبل شركة  Zensys في كوبنهاغن، عام 2001. في ذلك العام ، أدخلت شركة Zensys  نظام التحكم في الضوء ، والذي تطور إلى Z-Wave باعتباره نظام تابع لبروتوكول  Z-Wave الدي يستخدم في المنازل وهو من نوع (SoC) على نطاق تردد مقداره 900 ميغاهرتز. 
مع تقديم ZW0201 بأداء عالي وبتكلفة منخفضة. تم إصدار  السلسلة 500 ، المعروفة أيضًا باسم Z-Wave Plus ، في مارس 2013 ، مع أربعة أضعاف الذاكرة ، ومجموعة لاسلكية محسنة ، وتم حسين عمر البطارية.
بدأت التقنية بالسيطرة على أمريكا الشمالية في عام 2005 ، عندما تم اعتمادها من قبل خمس شركات، . قاموا بتشكيل Z-Wave Alliance ، هدفهم هو تعزيز استخدام تقنية Z-Wave ، مع جميع المنتجات من قبل الشركات لتصبح أكثر قابلة للتشغيل المتبادل. في عام 2005 ، قامت شركة  Bessemer Venture Partners بمرحلة ثالثة بقيمة 16 مليون دولار لشركة Zensys . في مايو 2006 ، أعلنت شركة Intel Capital أنها تستثمر في Zensys ، بعد أيام قليلة من انضمام إنتل إلى تحالف موجة زي في عام 2008 ، تلقت شركة Zensys استثمارات من باناسونيك و سيسكو سيستمز و وبالمونت كابيتال وبالامون كابيتال.  
تم الحصول على Z-Wave بواسطة Sigma Designs في ديسمبر 2008.، تم دمج مقرZ-Wave  وكان يوجد الأول في الولايات المتحدة في فريمونت بولاية كاليفورنيا مع المقر الرئيسي لشركة Sigma في ميلبيتاس ، كاليفورنيا. في 23 يناير 2018 ، أعلنت Sigma أنها تخطط لبيع أعمالها Z-Wave إلى Silicon Labs مقابل 240 مليون دولار ، وتم الانتهاء منها في 18 أبريل ، 2018.
في عام 2005 ، تم استخدم ستة منتجات في السوق لتقنية Z-Wave. بحلول عام 2012 ، مع تزايد طلب واستخدام التكنولوجيا المنزلية الذكية ، كان هناك ما يقرب من 600 منتج باستخدام تقنية Z-Wave المتوفرة في الولايات المتحدة. بحلول مايو 2017 ، تم التصديق على أكثر من 1700 منتج من قبل   Z-Wave Alliance. اعتبارا من 18 أبريل 2018 ، كان هناك أكثر من 2400 من المنتجات Z-Wave قابلة للتشغيل المتبادل.

العمل المشترك

طبقة العمل المشترك لموجات z تضمن ان الاجهزة تستطيع تبادل البيانات وتسمح لجميع معدات وبرمجيات موجة z لتعمل معا.توصيل موجة z المتشعب اللاسلكي يسمح لكل جهاز بالتواصل مع الأجهزة المجاورة بشكل مباشر او غير مباشر،بالاضافة إلى التحكم بالأجهزة الأخرى.الأجهزة ضمن المجال الواحد تتواصل مباشرة مع الأجهزة الأخرى أما اذا كانت الأجهزة خارج النطاق تستطيع التواصل مع جهاز آخر ضمن النطاق الذي يسمح بالوصول إلى البيانات وتبادلها.في تاريخ سبتمبر 2016 اتيحت أجزاء محددة من تقنية موجة z بشكل علني ,عندما اصدرت sigma designs نسخة عامة من طبقة العمل المشترك لموجات z بالاضافة للبرمجية المضافة لمكتبة المصادر المفتوحة.بما أن المصدر المفتوح متاح فان ذلك يسمح لمطوري البرامج بدمج موجة z مع الأجهزة ضمن ضوابط أقل.من الأمثلة على المصادر المفتوحة  z-wave's S2 security ,Z/IP and Z-ware middle ware.

معايير وتحالف موجات زي

انشئ تحالف موجة z في 2015 كمجموعة من الشركات التي تجعل الأجهزة المتصلة التي تم التحكم بها من خلال تطبيقات على الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية واجهزة الحاسوب باستخدام توصيل موجة z المتشعب اللاسلكي. التحالف هو اتحاد رسمي يركز على التوسع في موجة z بالاضافة إلى العمل المشترك المستمرلأي جهاز يستخدم موجة z. 
في أكتوبر 2013 قام تحالف موجة z مع Sigma Designs باعلان بروتوكول جديد و برنامج شهادة العمل المشترك المسمى z-wave Plus بالاعتماد على مميزات جديدة ومعايير عمل مشترك أعلى مجمعة معا والتي تعتبر كمتطلب إلى 500 سلسلة من النظام على رقاقة (system on chip) وتتضمن بعض المميزات المتاحة منذ 2012 إلى 300-400 سلسلة من الأنظمة على رقاقة. في فبراير 2014 تم توثيق أول منتج من z-wave plus.
يهدف التحالف إلى انشاء شبكة تشعبية امنة لتطبيقها على المنازل الذكية التي تعمل على مختلف المنصّات.
موجة Z مصممة لتحقيق تواصل يعتمد عليه وعمليات بين الاجهزة بالاضافة إلى العناصر التي تقوم بالاستشعار من مختلف المصنعين في تحالف موجة Z , التي تتالف من 450 او أكثر. يتضمن اعضاء التحالف Intermatic, Leviton, Techniku, carrier, ADT corporation, FAKRO, Ingersoll rand, Jasco, LG Uplus, Nortek security and control, Sigma Designs, Smart things, Honeywell, Bosch, Belkin, Zipato, August home and black and decker.

اعداد الشبكة, الطبولوجيا والتوجيه

تستخدم موجة Z الشبكة التشعبية ذات المصدر الموجه. الشبكة التشعبية ؛ تعرف ايضا بالشبكات اللاسلكية المخصصة. في مثل هذه الشبكات تستخدم الاجهزة القنوات اللاسلكية لترسل رسائل للتحكم, يتم ترحيل هذه الرسائل من قبل الاجهزة المجاورة عن طريق wave-like fashion. يعرف الجهاز المرجعي الذي يريد ان يرسل البيانات بالمبادر. هناك مجموعة من اجهزة المبادرة المرجعية ذات بروتوكولات التوجيه المتشعب المقترحة في اوائل 1990. من الامثلة على هذه الاجهزة ABR  و DSR. 
تستطيع الاجهزة التواصل مع الاجهزة الاخرى باستخدام نقاط متوسطة تقوم بالتوجيه بشكل نشط حول العقبات المنزلية او النقاط الراديوية التي قد تحدث في المناطق المتشعبة في المنزل. الرسالة من النقطة (أ) إلى النقطة (ج) تستطيع الوصول بنجاح حتى ولو كانت النقاط من خارج النطاق, باضافة نقطة ثالثة (ب) تستطيع التواصل مع النقطة (أ) والنقطة (ج). اذا كان التوجيه المختار غير متاح, فان منشئ الرسالة سيحاول اختيار توجيه اخر إلى ان يجد الطريق إلى النقطة (ج). شبكة الموجة Z تستطيع الامتداد ابعد بكثير من نطاق الراديو للوحدة الواحدة, ومع القفزات المتعددة, وقت قليل من التاخير قد يظهر بين امر التحكم و النتيجة المطلوبة.
تصميم الشبكة الابسط عبارة عن جهاز واحد قابل للتحكم بالاضافة إلى متحكم اولي. اما الاجهزة المضافة فيمكن ان تضاف في اي وقت لاحق كمتحكم ثانوي, يتضمن متحكم تقليدي محمول باليد, ومتحكم من نوع key-fob, ومتحكم اخر من نوع wall-switch  بالاضافة إلى تطبيقات صممت خصيصا لادارة شبكات موجة Z والتحكم فيها. يمكن لشبكة موجة Z ان تتضمن ما يصل إلى 232 جهاز, بالاضافة إلى خيار الوصل القنطري (bridging) في حال تتطلبت الشبكة عدد أكبر من الاجهزة.
يجب ان يضمن الجهاز في شبكة موجة Z قبل ان يتاح له التحكم من قبل المتحكم الخاص بموجة Z. هذه العملية (التي تعرف ايضا بالاقتران والاضافة) هي عادة ما تنجز عن طريق الضغط على سلسلة من الازرار الموجودة على المتحكم وعلى الجهاز المراد اضافته على الشبكة. هذه السلسلة تحتاج لان تنفذ مرة واحدة فقط, بعد ان يكون الجهاز معروف دائما لدى المتحكم. وتتم ازالة الاجهزة من الشبكة بنفس الطريقة. يتعلم المتحكم قوة الإشارة بين الاجهزة خلال عملية التضمين, وهكذا تقبل الشبكة الاجهزة في موقعها النهائي المقصود قبل ان تضاف إلى النظام. يحتوي المتحكم على بطارية احتياطية داخلية صغيرة , تسمح له بان يكون غير موصول مؤقتا وان ينتقل إلى مكان اخر ليتم وصله مع جهاز اخر. ثم يعود الجهاز بعدها إلى مكانه الاصلي ويعاود الاتصال.
كل موجة من شبكة موجات Z تعرف برقم تعريف خاص (network ID) , وكل جهاز يعرف برقم تعريف النقطة الخاصة به (node ID). ويكون رقم تعريف الشبكة عادة المعرف الرئيسي لكل النقاط التابعة لشبكة موجة Z المنطقية. ويكون طول رقم تعريف الشبكة 4 بايت تخصص لكل جهاز عن طريق المتحكم الاولي خلال عملية التضمين داخل الشبكة. ولا تستطيع النقاط ذات ارقام التعريف المختلفة التواصل معا. رقم التعريف الخاص بالنقاط يكون عبارة عن عنوان للنقطة الواحدة في الشبكة. ويكون طول رقم تعريف النقاط 1 بايت على ان لا يتكرر ضمن الشبكة الواحدة. 
تم تحسين موجة Z لاستخدامها على الاجهزة التي تعمل بالبطارية, وفي اغلب الاوقات تبقى في وضعية حفظ الطاقة لتحقيق اقل استهلاك للطاقة, بحيث تكون فعالة في الاوقات التي تحتاج لتنفيذ وظائفها. ومع شبكات موجة Z التشعبية, كل جهاز داخل المنزل يطلق موجات لاسلكية حول المنزل, والتي تكون اقل استهلاك للطاقة , كما تسمح للاجهزة بالعمل لسنوات دون الحاجة لتبديل البطاريات. وللسماح لوحدات موجات Z بتوجيه الرسائل المرغوب بها لا يجب ان تكون في وضعية النوم. وبالتالي فان الاجهزة التي تعمل على البطارية ليست مصممة كوحدات مكررة. كما ان الاجهزة المحمولة كوحدات التحكم عن بعد مستبعدة طالما ان موجات Z تعتبر كل المكررات المؤهلة في الشبكة ستعود إلى موقعها المحدد الاصلي.

الامن

تعتمد موجة Z على تصميم خاص ، مع تصاميم سيغما كبائع رقائق أساسي. في عام 2014 ، أصبحت Mitsumi مصدراً ثانياً مرخصاً لسلسلة 500 رقاقة من موجة Z. على الرغم من وجود عدد من الأبحاث الأمنية الأكاديمية والعملية حول أنظمة التشغيل الآلي للمنزل استنادًا إلى بروتوكولات زيغبي و X10 ، ولا يزال البحث لتحليل طبقات كومة بروتوكول موجة Zفي مرحلة الطفولة ، التي تتطلب تصميم جهاز خاص لالتقاط حزم الراديو وما يتصل به من برمجيات لاعتراض اتصالات موجة Z . تم الكشف عن ثغرة في أقفال أبواب موجة Zالمشفرة بنظام AES والتي يمكن استغلالها لفتح الأبواب عن بُعد بدون معرفة مفاتيح التشفير ، وبسبب المفاتيح المتغيرة ، فإن رسائل الشبكة اللاحقة ، كما في "الباب مفتوح" ، يتم تجاهلها من قبل المراقب المتطور للشبكة.وفيما بعد تم الكشف ان الثغرة لم تكن ناتجة عن خلل في مواصفات بروتوكول موجة Z ولكن كان خطأ في التنفيذ من قبل الشركة المصنعة لباب القفل. في 17 نوفمبر 2016 ، أعلن حلفاء موجة Z عن معايير أمان أقوى للأجهزة التي تتلقى شهادة موجة Zبدءًا من 2 أبريل 2017.. يعرف باسم Security 2 (أو S2) ، فهو يوفر أمانًا متقدمًا للأجهزة المنزلية الذكية والبوابات والمحاور. إنه يعزز معايير التشفير للإرسال بين نقط الالتقاء ، وينص على القيام بإجراءات إقتران جديدة لكل جهاز ، مع رموز PIN أو QR فريدة من نوعها على كل جهاز. وتهدف المصادقة الجديدة إلى منع المتسللين من التحكم في الأجهزة غير الآمنة أو الآمنة بشكل ضعيف.و وفقًا لتحالف موجة Z ، فإن معيار الأمان الجديد هو الأكثر تقدمًا في السوق للأجهزة المنزلية الذكية وأجهزة التحكم والبوابات والمحاور.

المعدات

إن رقاقة Z-Waveالمختصة بنقاط الالتقاء هي ZW0500 ، وهي مبنية حول المتحكم الدقيق إنتل MCS-51والذي يحتوي على ساعة نظام داخلية ب 32 ميجاهرتز. ويحتوي جزء RF الخاص بالشبكة على جهاز إرسال واستقبال GisFSK (جهاز الإبدال بإزاحة التردد باستخدام جاوسيان) لتردد اختيار البرمجيات. مع مصدر طاقة من 2.2-3.6 فولت ، فإنه يستهلك 23ميلي امبير في وضع الإرسال. وتشمل ميزاته التشفير AES-128 ، وقناة لاسلكية 100كيلو بت لكل ثانية ، والاستماع المتزامن على قنوات متعددة ، ودعم USB VCP.

مقارنه مع بروتوكولات أخرى

بالنسبه للشبكات اللاسلكيه المنزليه الذكيه  هناك العديد من التقنيات التي تتتافس لتصبح معيار الاختيار والانتشار  . تستهلك شبكه WIFI  قدرا  كبيرا من الطاقه  كما ان Bluetooth  محدوده في  مدى الاشاره  وعدد الاجهزه . مقارنه مع شبكات الاتصال  المتنافسه مع Z-Wave Insteon و Thread و  ZigBeeمن بين الثلاثة ، تمتلك Z-Wave أطول نطاق تشغيل مفتوح في الهواء الطلق على ارتفاع 300 قدم (خارجي) و 80 قدم (داخلي). يحتوي Insteon على أكبر عدد من الأجهزة بحد أقصى 17.7 مليون (ZigBee  65.000  (و Z-Waves 232)) . تحتوي ال ((Threads  على أسرع معدل نقل للبيانات بسرعة 250 كيلوبت في الثانية. تتميز Z-Wave بقدرة على التشغيل البيني أفضل من ZigBee ، ولكن ZigBee لديها معدل نقل بيانات أسرع. 
تعمل Thread على تردد البالغ 2.4 غيغاهرتز ، بينما تعمل Z-Wave بسرعة 908 ميجاهرتز في الولايات المتحدة ، مما يقلل من الضوضاء ومنطقة تغطية أكبر. يعمل ZigBee على ترددات 915 ميغاهيرتز و 2.4 جيجاهرتز. الثلاثة هم شبكات متشابكة.