- Z-Wave 란?
- Z-Wave 프로토콜은 어떻게 작동합니까?
- Z-Wave Alliance
- Z-Wave와 다른 프로토콜의 차이점
- Z-Wave 장점 및 단점
- Z-Wave의 장점
- 단점 Z-Wave
- 결론
무선 센서 네트워크, 홈 자동화 및 IoT를 기반으로하는 애플리케이션이 증가함에 따라 일반 Bluetooth, Wi-Fi 및 GSM 프로토콜을 제외한 대체 통신 프로토콜의 필요성이 분명해졌습니다. Zigbee 및 BLE (Bluetooth Low Energy)와 같은 여러 기술이 대안으로 개발되었지만 특히 홈 자동화 애플리케이션에 서비스를 제공하기 위해 개발 된 뛰어난 기술 중 하나는 Z-Wave 였습니다. 오늘 기사에서는 Z-wave의 기술, 차별화 된 기능, 표준 등을 살펴 보겠습니다.
Z-Wave 란?
Z-Wave는 주로 가정 자동화 애플리케이션에서 사용하기 위해 개발 된 무선 통신 프로토콜 입니다. 1999 년 코펜하겐에 기반을 둔 Zensys가 소비자 조명 제어 시스템을 업그레이드하여 개발했습니다. 최대 100kbit / s의 데이터 속도로 최대 100kbit / s의 데이터 속도로 저에너지 전파를 사용하는 작은 데이터 패킷 의 안정적이고 짧은 대기 시간 전송 을 제공하도록 설계되었으며 (구형 칩을 사용하는 경우 9.6kbit / s) 제어 및 센서 애플리케이션에 적합합니다.
메시 네트워크 토폴로지를 기반으로하고 라이선스가없는 800-900MHz (실제 주파수는 다름) ISM 주파수 대역 내에서 작동하는 Z-Wave 기반 장치는 최대 40 미터 의 통신 거리에 도달 할 수 있으며 메시지를 홉 업할 수있는 추가 기능이 있습니다. 최대 4 개의 노드 사이. 이러한 모든 기능 덕분에 조명 제어, 온도 조절기, 창문 제어, 자물쇠, 차고 문 개폐기 등과 같은 홈 자동화 애플리케이션에 적합한 통신 프로토콜이되며 Wi-Fi 및 Bluetooth와 관련된 문제가있는 혼잡을 피할 수 있습니다. 2.4GHz 및 5GHz 대역.
Z-Wave 프로토콜은 어떻게 작동합니까?
Z-Wave 프로토콜 의 작동 을 이해하기 위해 Z-Wave 시스템 아키텍처, 데이터 전송 / 수신, 라우팅 및 인터넷 연결이라는 세 가지 주요 섹션에서 주제를 분석해 보겠습니다.
Z-Wave 시스템 아키텍처:
모든 Z-wave 네트워크는 두 가지 광범위한 장치 범주로 구성됩니다.
- 컨트롤러 / 마스터
- 노예
마스터는 일반적으로 다른 장치 (슬레이브)를 연결할 수있는 Z-Wave 네트워크 의 호스트 역할을합니다. 일반적으로 "포함 " 이라는 프로세스를 통해 네트워크에 추가 될 때 각 슬레이브 (사전 프로그래밍 된 ID와 함께 제공되지 않음)에 할당되는 사전 프로그래밍 된 NetworkID (HomeID 라고도 함)와 함께 제공됩니다. HomeID 외에 Z-wave 네트워크에 추가 된 모든 장치에 대해 NodeID라는 ID는 일반적으로 컨트롤러에 의해 할당됩니다. NODEID는 이와 같이,이 어드레스에 주로 사용되며, 특정 네트워크의 각 장치를 인식 (모든 HomeID위한) 모든 네트워크에서 고유하다.
포함은 라우터가 네트워크의 장치에 IP 주소를 할당하는 방식과 유사하지만 마스터는 라우터 / 게이트웨이 / 장치 허브와 유사하지만 유일한 차이점은 마스터와 네트워크의 슬레이브 간의 메시 관계입니다. Z-Wave 네트워크에서 노드를 제거하기 위해“ Exclusion ” 이라는 프로세스 가 수행됩니다. 제외하는 동안 홈 ID와 노드 ID가 장치에서 삭제됩니다. 장치는 공장 기본 상태로 재설정됩니다 (컨트롤러에는 자체 홈 ID가 있고 슬레이브에는 홈 ID가 없음).
위에서 언급 한 HomeID와 NodeID는 Z-wave 네트워크를 쉽게 구성 할 수 있도록 Z-wave 프로토콜에서 정의한 두 가지 식별 시스템입니다.
HomeID는 특정 Z-Wave 네트워크의 일부인 모든 노드의 공통 식별이며 NodeID는 네트워크 내의 개별 노드 주소입니다.
HomeID는 일반적으로 사전 프로그래밍되고 고유하며 특정 Z-wave 네트워크를 정의합니다. 32 비트 길이로 제공되므로 최대 40 억 (2 ^ 32) 개의 서로 다른 HomeID와 서로 다른 Z-wave 네트워크를 생성 할 수 있습니다. 반면 노드 ID는 길이가 바이트 (8 비트)에 불과하므로 네트워크에 최대 256 (2 ^ 8) 노드를 가질 수 있습니다.
식별 시스템은 노드의 쉬운 주소 지정 을 허용 하는 것 외에도 HomeID가 다른 두 노드가 동일한 NodeID를 가지고 있어도 통신 할 수 없기 때문에 Z-wave 네트워크에서 간섭을 방지하는 데 도움이됩니다. 즉, 네트워크 A에서 B가 수신 하는 간섭 헌장 없이 두 개의 z-wave 네트워크를 나란히 배포 할 수 있습니다.
데이터 전송, 수신 및 라우팅:
일반적인 무선 네트워크에서 중앙 컨트롤러 / 마스터는 네트워크의 노드에 대한 직접 일대일 무선 연결을 갖습니다. 그 배열이 이러한 프로토콜에 유용하기 때문에 "장치 A"가 둘 중 하나와 마스터 사이의 링크가 끊어진 경우 "장치 B"와 상호 작용할 수 없도록 데이터 전송에 대한 제한을 만듭니다. 그러나 메시 네트워크 토폴로지 와 다른 노드로 메시지를 전달하고 반복하는 Z-wave 노드의 기능 덕분에 Z-wave의 경우는 그렇지 않습니다. 이렇게하면 컨트롤러의 직접적인 범위에 있지 않더라도 네트워크의 모든 노드와 통신 할 수 있습니다. 이를 더 잘 이해하려면 아래 이미지를 고려하십시오.
Z-wave 네트워크 그림은 컨트롤러가 장치 1, 2 및 4와 직접 통신 할 수있는 반면 노드 6은 무선 범위 밖에 있음을 보여줍니다. 그러나 앞서 설명한 기능으로 인해 노드 2는 리피터 / 포워더 상태를 가정하고 컨트롤러의 범위를 노드 6으로 확장하여 노드 6으로 향하는 모든 메시지가 노드 2를 통해 전달되도록합니다. 대규모 네트워크의 노드 2와 같은 노드 경로라고하며 Z-wave 네트워크의 유연성과 견고성에 기여합니다. 특정 노드에 도달하기 위해 메시지가 이동해야하는 경로를 결정하기 위해 Z-wave 네트워크는 라우팅 테이블이라는 도구를 사용합니다.
Z-wave 네트워크의 모든 노드는 직접 무선 커버리지 영역에서 다른 노드 (Neighbors라고 함)를 결정할 수 있으며 Inclusion 또는 나중에 노드는 컨트롤러에 이러한 인접 노드에 대해 알립니다. 컨트롤러는 각 노드의 인접 항목 목록을 사용하여 컨트롤러의 직접 무선 범위 밖에있는 노드에 경로를 매핑하는 데 사용되는 라우팅 테이블을 만듭니다.
모든 노드를 포워더로 구성 할 수있는 것은 아닙니다. Z-wave 프로토콜은 플러그인 (배터리 전원이 아님) 인 노드 만 "라우팅 노드"로 작동하도록 허용합니다.
인터넷에 연결:
다른 프로토콜의 최근 "Gateway / Aggregator"접근 방식을 사용하면 Z-Wave 게이트웨이 또는 외부로의 포털 역할을하는 컨트롤러 (마스터) 장치를 사용하여 인터넷을 통해 Z-Wave 시스템을 제어 할 수 있습니다. 이에 대한 예로 Delock 78007 Z-Wave® Gateway가 있습니다.
Z-Wave Alliance
첫 번째 Z-wave 기반 장치는 1999 년에 출시되었지만 홈 자동화 거대 기업인 Leviton, Danfoss 및 Ingersoll-Rand를 포함한 회사 그룹이 Z-Wave를 채택하고 제휴를 맺은 2005 년까지이 기술은 실제로 인기를 얻지 못했습니다. Z-Wave Alliance라고합니다.
Alliance는 Z-Wave 기술 및이를 기반으로하는 장치의 사용 및 상호 운용성을 촉진하기 위해 구성되었습니다. 이에 따라 동맹은 Z-wave 표준을 개발 및 유지하고 모든 Z-Wave 기반 장치가 표준을 준수하는지 확인합니다. 이 제휴는 5 개 회원사로 시작되었지만 현재는 600 개 이상의 회사가 2600 개 이상의 Z-Wave 인증 장치를 생산하고 있습니다.
Z-Wave와 다른 프로토콜의 차이점
Z-wave와 같은 다른 통신 프로토콜을 사용하는 것이 왜 이치에 맞는지 이해하기 위해 다음을 포함하여 가정 자동화에 사용되는 다른 통신 프로토콜과 비교해 보겠습니다. 블루투스, WiFi 및 Zigbee
Z-wave 대 블루투스:
블루투스에 비해 Z-Wave의 가장 두드러진 장점은 범위입니다. Z-wave는 Bluetooth보다 효과적으로 더 넓은 커버리지 영역을 가지고 있습니다. 또한 블루투스 신호는 2.4GHz 대역에서 정보를 송수신하기 때문에 간섭 및 간섭이 발생하기 쉬우므로 동일한 주파수 대역을 사용하는 WiFi 기반 기기와 대역폭 경쟁을 벌입니다.
Z-wave를 사용하면 네트워크를 느리게 또는 잡음이 발생시키는 대신 모든 Z-wave 신호 중계기가 함께 작동하여 네트워크를 더 강하게 만듭니다. 따라서 장치가 많을수록 우회 할 수있는 강력한 네트워크를 쉽게 만들 수 있습니다. 장애물.
Z-wave 대 WiFi:
Bluetooth와 마찬가지로 WiFi 기반 네트워크도 간섭, 중단 및 범위 관련 문제에 취약하며 이러한 상황에서 Z-wave 기반 네트워크 아래에서 수행됩니다.
Bluetooth 장치와의 대역폭 경쟁 외에도 WiFi 장치는 서로 경쟁하며 이는 많은 장치가 WiFi를 기반으로하는 가정 의 신호 강도와 네트워크 속도 에 영향을 미칠 수 있습니다. 네트워크에 더 많은 장치가 추가됨에 따라 네트워크가 번창함에 따라 Z-wave의 경우는 그렇지 않습니다.
그러나 WiFi 기반 장치는 Z-wave에 비해 장점이 있습니다. HD 비디오 스트림 등과 같은 더 큰 정보를 보낼 수있는 반면, Z-wave 기반 네트워크는 센서 데이터 또는 전구를 켜거나 끄는 명령과 같은 작은 바이트의 데이터를 처리 할 수 있습니다.
Z-wave 대 Zigbee:
Zigbee는 또 다른 무선 기술이며 Z-wave와 마찬가지로 홈 오토메이션 및 인근 무선 센서 네트워크를 염두에두고 설계되었습니다. Z-wave와 마찬가지로 Mesh 네트워크 토폴로지를 기반으로하며 Zigbee 네트워크의 각 장치는 신호를 강화하는 데 도움이됩니다. 그러나 Z-wave와 달리 2.4GHz 주파수 대역에서 작동하므로 WiFi 및 Bluetooth와의 대역폭 경쟁도 있으며 이와 관련된 간섭 및 네트워크 속도 문제에 취약 할 수도 있습니다.
제가 결정해야 할 또 다른 차이점은 Z-Wave가 독점 기술인 반면 (소프트웨어를 오픈 소스로 만들 계획이 있지만) Zigbee는 오픈 소스라는 사실입니다.
Z-Wave 장점 및 단점
모든 것과 마찬가지로 Z-Wave는 장점과 단점을 모두 가지고 있습니다. 우리는 그것들을 차례로 논의 할 것입니다.
Z-Wave의 장점
Z 파 의 장점은 다음과 같습니다.
- 이론상 232 개 장치를 지원하고 실제로는 최소 50 개 장치를 지원할 수 있습니다.
- 신호는 실내에서 최대 50 피트까지 이동할 수있어 장애물이없고 최대 100 피트까지 장애물이 없습니다. 이 범위는 실외에서 상당히 확장됩니다. 장치 간의 4 개 홉으로 범위가 더욱 향상되므로 커넥 티드 홈을 확장하는 데있어 커버리지가 문제가되지 않습니다.
- Z-wave 동맹은 호환성을 보장하기 위해 2600 개 이상의 인증 장치를 생산하는 최대 600 개의 제조업체로 구성됩니다.
- 사용중인 ISM 대역으로 인한 간섭 감소.
- 강력한 메시 토폴로지 덕분에 다른 네트워크에 비해 데드 스팟이 적습니다.
- 저렴하고 사용하기 쉽습니다.
단점 Z-Wave
다른 통신 프로토콜 중 일부와 달리 Z-Waves는 홈 오토메이션 애플리케이션에서 사용하도록 특별히 설계되었으므로 애플리케이션 요구 사항에 맞게 조정되었으며 단점이 거의 없습니다. 그러나 50 개 이상의 장치를 배포해야하는 가정에서는 232 개가 아닌 50 개 장치의 실행 가능한 제한이 문제가 될 수 있습니다.
또한 대용량 데이터 전송을 지속 할 수 없기 때문에 최종 장치간에 메가 바이트의 데이터를 스트리밍해야하는 비디오 감시와 같은 애플리케이션에서는 그다지 유용하지 않습니다.
결론
Z-waves는 LoRa가 광범위한 IoT 환경에 대해 무엇인지 홈 자동화에 적용됩니다. 홈 오토메이션 틈새 시장의 다른 모든 프로토콜에 비해 가장 큰 장점은 해당 틈새 시장을 위해 설계되었다는 사실입니다. 이는 일반적으로 더 광범위한 소비를 위해 설계된 다른 프로토콜보다 더 나은 성능을 발휘할 것이며 해당 틈새 시장에서 적어도 80 %의 애플리케이션에 대해 상대적으로 잘 수행 될 것임을 의미합니다.