Z-wave

Z-Wave הוא פרוטוקול תקשורת הפועל על מתח נמוך ומיועד לשליטה אלחוטית. הפרוטוקול בנוי להעביר חבילות מידע קטנות באמינות גבוהה ובמהירות (השהייה נמוכה) בקצב של עד 100Kbit/s. הפרוטוקול מכוון בעיקר לאוטומציה בשוק האזרחי, אך קיימים פיתוחים גם לסביבה התעשייתית, המדעית והרפואית.

בשונה מ-Wi-Fi המיועד לתקשורת בפס רחב, Z-Wave נמצא בטווח תדרים נמוך יותר סביב 900MHz, טווח ששייך גם לטלפונים אלחוטיים ולמוצרי תקשורת אלקטרוניים שונים. המטרה היא למנוע הפרעות מול תקשורת Wi-Fi או Bluetooth הנמצאות בתחום 2.4GHz.

פרוטוקול Z-Wave פותח להטמעה במכשירים כמו שלטים אלחוטיים, גלאי עשן, תאורה, התקני אבטחה ועוד, על ידי חברת סטארטאפ דנית בשם "Zen-Sys". הסטארטאפ נרכש על ידי החברה Sigme Designs בשנת 2008.

הפרוטוקול נתמך על ידי מעל 160 יצרניות ברחבי העולם ונעשה בו שימוש בפיתוח מוצרי צריכה חשמליים רבים בארצות הברית, אירופה ואסיה. הצ'יפ שאחראי על מימוש פרוטוקול ה-Z-Wave בחומרה מיוצר על ידי חברת "Mitsumi".

מספר יצרנים מאפשרים ממשק קוד פתוח למוצרים שלהם, למטרות פיתוח בשוק החובבני. בשנת 2010 החל פרויקט הנקרא "Open Z-Wave" שמטרתו להרחיב את התחום לפיתוח בסביבה נגישה יותר. בהמשך, בשנת 2016, פתחה חברת Sigme Designs את הפרוטוקול של Z-Wave ושחררה אותו לשימוש חופשי ברישיון קוד פתוח.

רשת Z-Wave אחת יכולה להכיל 232 נקודות עליהן היא שולטת. הרשת בנויה משני סוגים של נקודות: התקנים שולטים והתקנים נשלטים. טווח ממוצע לתקשורת בין שתי נקודות הוא 30 מטרים, וכל חבילת תקשורת שנשלחת יכולה לדלג עד ארבע פעמים בין נקודה לנקודה, במטרה להגדיל את טווח התקשורת לטווח שמכסה את גודלו של בית ממוצע.

קבוצת Z-Wave 
מעל 250 יצרניות עצמאיות הסכימו לעבוד בתקן אחיד לפיתוח וייצור מוצרים הניתנים לשליטה באמצעות פרוטוקול Z-Wave. נכון לשנת 2016 קיימים בשוק מעל 1500 מוצרים שונים תחת קבוצת Z-Wave - תאורה, אבטחה, קולנוע ביתי, חלונות חשמליים, בקרי בריכה, דלתות מוסך ועוד.

התקנת רשת Z-Wave 
רשת כזו בנויה בארכיטקטורת פיזור נקודות, שבה חבילת מידע יכולה לדלג בין נקודה לנקודה עד להגעה ליעד. רשת כזו יכולה להתחיל מהתקן בקר אחד (שולט) והתקן אחר נשלט. מאוחר יותר ניתן להגדיל את הרשת עם התקנים נשלטים ובקרים נוספים.

כאשר מוסיפים נקודה, יש להגדיר אותה כחלק מהרשת (pairing). מדובר בתהליך ראשוני שדורש לחיצה על רצף של כפתורים בהתקן הנשלט ובבקר על מנת שייצרו קשר התחלתי ויזהו אחד את השני. באותה צורה ניתן להסיר את הנקודה מהרשת. התקן הבקר לומד את חוזק האות בינו לבין הנקודה הנשלטת, לכן יש למקם את ההתקן הנשלט במקום הקבוע שלו לפני תהליך הזיהוי.

ברוב בקרי השליטה קיימת סוללת גיבוי המאפשרת ניידות לצורך הבאת הבקר אל נקודה חדשה המרוחקת ממנו כדי לבצע זיהוי ראשוני. לאחר מכן מוחזר הבקר למקומו.

מבנה הרשת 
כל רשת Z-Wave בעלת קוד זיהוי ייחודי (Home ID) באורך 4 בתים ובתוכה לכל התקן Z-Wave קוד זיהוי ייחודי. כאשר מבצעים תהליך זיהוי להתקן חדש ברשת, קוד הזיהוי של הרשת משויך אל ההתקן על ידי הבקר הראשי. בצורה כזו נקודה תדבר רק עם הבקר או נקודות אחרות בתוך הרשת אליה היא שייכת.

לנקודה יש קוד זיהוי באורך 1byte ואסור לרשת לכלול שתי נקודות בעלות קוד זיהוי זהה. כאמור ההתקנים יכולים לתקשר אחד עם השני ולנתב חבילת מידע שנתקלת במחסום או מיועדת להתקן הנמצא מחוץ לתחום של הבקר. כלומר, חבילת מידע מנקודה א לנקודה ג, תוכל להגיע גם אם שתי הנקודות לא בטווח הקליטה, על ידי מעבר בנקודה ב הנמצא בניהן. במידה הנתיב הזה עדיין לא מאפשר הגעת המידע, החבילה תדלג בין הנקודות המפוזרות בחלל עד שתמצא נתיב אל היעד.

בצורה כזו רשת Z-Wave בעלת טווח גדול פי כמה מטווח השידור האפשרי בין שתי נקודות בלבד. עם זאת כאשר חבילת המידע צריכה לדלג בין מספר נקודות, ייווצר עיכוב קל בין השידור מהבקר עד לתגובה של הנקודה המרוחקת.

רשת Z-Wave יכולה להכיל 232 התקנים, אך ניתן לבצע גישור בין מספר רשתות אם יש צורך בשליטה במספר גדול יותר של נקודות.

הבקר הראשי ברשת מניח שהנקודות הן קבועות במקומן על מנת לאפשר יכולת דילוג המידע להארכת הנתיב. במידה וקיים התקן נייד, כמו שלט רחוק, יש להוציא אותו מרשימת הניתוב.

בגרסאות מתקדמות של פרוטוקול Z-Wave פותח מנגנון גילוי אוטומטי שמטרתו לזהות נקודות שבורות ברשת, שהוסרו, התקלקלו או הוזזו למקום אחר.

קישורים חיצוניים

 

פרוטוקולי תקשורת