با افزایش برنامه‌های کاربردی مبتنی بر شبکه‌های بی‌سیم، اتوماسیون خانگی و اینترنت اشیا، نیاز به یک پروتکل ارتباطی جایگزین به غیر از پروتکل‌های معمولی بلوتوث، وای فای و GSM آشکار شد. چندین فناوری مانند Zigbee و بلوتوث کم انرژی (BLE) به عنوان جایگزین توسعه یافتند، اما یکی از فناوری‌های برجسته که به طور خاص برای استفاده از برنامه‌های اتوماسیون خانگی توسعه یافت، پروتکل Z-Wave (زی ویو) است. برای آشنایی بیشتر پروتکل Z-Wave تا انتهای مقاله با ما همراه باشید.
فهرست مطالب این مقاله
پروتکل zwave چیست؟
Z-Wave یک پروتکل ارتباطی بی‌سیم است که عمدتاً در شبکه‌های خانه هوشمند استفاده می‌شود و به دستگاه‌های هوشمند امکان اتصال و تبادل دستورات و داده‌های کنترلی با یکدیگر را می‌دهد. پروتکل Z-Wave یک فناوری ارتباطی مبتنی بر فرکانس رادیویی (RF) بی‌سیم است. پروتکل Z-Wave با ارتباطات دو طرفه از طریق شبکه مش و تأیید پیام، به کاهش مشکلات برق کمک می‌کند و اتصال بی‌سیم کم هزینه را به اتوماسیون خانگی می‌آورد و جایگزینی کم مصرف برای Wi-Fi و یک جایگزین برد بلندتر برای بلوتوث است.
این پروتکل از شبکه‌های مش کامل پشتیبانی می‌کند و دستگاه‌های Z-Wave متعددی را قادر می‌سازد تا به طور همزمان با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. پروتکل Z-Wave امکان برقراری ارتباط ایمن و کم مصرف بین دستگاه‌های Z-Wave تایید شده را فراهم می‌کند.
به دلیل قابلیت همکاری، Z-Wave محدوده وسیعی از محصولات هوشمند با برندهای مختلف را در بر می‌گیرد که با هم کار می‌کنند. با فناوری پیشرفته Z-Wave، هیچ تداخلی از سوی Wi-Fi، Zigbee یا سایر فناوری‌های بی‌سیم 2.4 گیگاهرتز در باند مشابه وجود ندارد.
Z-Wave چگونه کار می‌کند؟
شبکه Z-Wave شامل دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) و یک کنترل کننده اولیه است که به عنوان هاب خانه هوشمند نیز شناخته می‌شود، که تنها دستگاه در شبکه Z-Wave است که معمولاً به اینترنت متصل است. هنگامی که یک هاب Z-Wave دستوری را از یک برنامه خانه هوشمند در تلفن هوشمند، تبلت یا رایانه کاربر دریافت می‌کند، فرمان را به دستگاه مقصد خود در شبکه (حداکثر 232 دستگاه – از جمله هاب) هدایت می‌کند.
از نظر شناسایی و مجوز، هر شبکه Z-Wave با شناسه شبکه و هر دستگاه پایانی با شناسه گره شناسایی می‌شود. به عنوان مثال، در یک خانه هوشند بی‌سیم، شناسه شبکه منحصر به فرد، از کنترل تجهیزات مجهز به پروتکل Z-Wave توسط یک خانه هوشمند دیگر با پروتکل مشابه جلوگیری می‌کند.
برای سازگاری با پروتکل Z-Wave، محصولات خانه هوشمند باید گواهی Z-Wave را دریافت کنند. این موضوع شامل برآوردن تعدادی از الزامات و مهمتر از همه، قابلیت همکاری با سایر دستگاه‌های دارای گواهی Z-Wave است.
ویژگی‌های کلیدی پروتکل Z-Wave
امنیت بالا: با توجه به شناسه منحصر به فرد اختصاص داده شده به هر دستگاه Z-Wave در یک شبکه، یک دروازه هرگز نمی‌تواند دستگاه‌های متصل دروازه دیگری را کنترل کند.
تاخیر ارتباطی کم: Z-Wave برای انتقال مطمئن و کم تأخیر مقادیر کمی داده (حداکثر 100 کیلوبیت بر ثانیه) طراحی شده است.
نیاز به انرژی کم: Z-Wave به قدرت کمی نیاز دارد. در نتیجه دستگاه‌ها می‌توانند تا هفت سال با یک باتری کار کنند.
بدون تداخل: با Z-Wave هیچ تداخلی از سوی Wi-Fi، Zigbee یا سایر فناوری‌های بی‌سیم 2.4 گیگاهرتزی وجود ندارد.
قابل همکاری: همه محصولات دارای گواهی Z-Wave می‌توانند با محصولات قبلی، حال یا آینده Z-Wave کار کنند.
شبکه مش: دستگاه‌های Z-Wave به عنوان بخشی از یک شبکه مش عمل می‌کنند، جایی که سیگنال‌های در نظر گرفته شده برای یک دستگاه، دریافت، تقویت شده و توسط سایر دستگاه‌های Z-Wave تکرار می‌شوند.
امروزه دستگاه‌های دارای گواهی Z-Wave برای کنترل و مدیریت از راه دور در انواع دستگاه‌ها و برنامه‌های کاربردی خانه هوشمند و اینترنت اشیا، از جمله ترموستات‌های هوشمند، قفل‌های هوشمند، روشنایی هوشمند، سنسورهای هوشمند، دوشاخه‌ها و پریزهای هوشمند و هاب خانه هوشمند استفاده می‌شوند.
اجزای پروتکل Z-Wave
اجزای پروتکل Z-Wave شامل کنترلرها، نودهای برده، شناسه خانه، شناسه گره و جداول مسیریابی است.
کنترلر: کنترلر واحدی است که توانایی تدوین جدول مسیریابی شبکه را دارد و می‌تواند مسیرهای گره‌های مختلف را محاسبه کند. دو نوع کنترل کننده وجود دارد.
کنترل کننده اولیه: کنترل کننده اولیه دستگاهی است که حاوی توضیحاتی درباره شبکه Z-Wave است و خروجی را کنترل می‌کند. این کنترل کننده، شناسه شبکه یا شناسه خانه یا شناسه گره را در طول فرآیند ثبت نام به شبکه Z-Wave اختصاص می‌دهد.
کنترل کننده ثانویه: دارای شناسه شبکه است و برای حفظ جدول مسیریابی ثابت می ماند.
گره‌های Slave: گره‌های Slave گره‌هایی هستند که حاوی جداول مسیریابی نیستند. اما ممکن است حاوی نقشه شبکه باشند. نودهای Slave قابلیت دریافت فریم و پاسخگویی به آنها را در صورت لزوم دارند.
Home ID: شناسه‌ای است که Z-Wave برای جداسازی شبکه از یکدیگر استفاده می‌کند. این شناسه توسط کنترل کننده اصلی ایجاد می‌شود و اندازه آن 32 بیت است.
شناسه گره: شماره شناسایی یا آدرسی که در طی فرآیند گنجاندن به هر دستگاه داده می‌شود.
جدول مسیریابی: توسط کنترلرها برای محاسبه مسیرها استفاده می‌شود.
نحوه استفاده از پروتکل Z-Wave
استفاده از پروتکل Z-Wave یک فرآیند نسبتاً ساده است و معمولاً شامل مراحل زیر است:
انتخاب یک کنترلر Z-Wave:
اولین گام در استفاده از پروتکل Z-Wave این است که یک کنترلر Z-Wave را انتخاب کنید که به عنوان هاب مرکزی شبکه خانه هوشمند شما عمل کند. انواع مختلفی از کنترلرها از جمله کنترلرهای مستقل، کنترلرهای دروازه و هاب خانه هوشمند موجود است. هنگامی که یک کنترلر را انتخاب کردید، دستورالعمل‌های سازنده را برای تنظیم و اتصال آن به شبکه خانگی خود دنبال کنید.
افزودن دستگاه های Z-Wave:
هنگامی که یک کنترلر Z-Wave را در محل خود قرار دهید، می‌توانید شروع به اضافه کردن دستگاه‌های Z-Wave به شبکه خود کنید. دستگاه‌های Z-Wave در اشکال مختلفی از جمله کلیدهای روشنایی، ترموستات، سنسورها، قفل‌ها و غیره وجود دارند. برای افزودن یک دستگاه جدید به شبکه، آن را در حالت جفت شدن قرار دهید (معمولاً با فشار دادن و نگه داشتن یک دکمه روی دستگاه) و دستورالعمل‌های کنترل کننده را دنبال کنید تا آن را به شبکه اضافه کنید.
ایجاد قوانین اتوماسیون:
هنگامی که چندین دستگاه را به شبکه خود اضافه کردید، می توانید شروع به ایجاد قوانین اتوماسیون کنید تا خانه هوشمند خود را حتی هوشمندتر کنید. برای مثال، می‌توانید قانونی ایجاد کنید که چراغ‌های اتاق نشیمن وقتی وارد اتاق می‌شوید روشن شود، یا قانونی که وقتی از خانه خارج می‌شوید، تهویه مطبوع خاموش شود. اکثر کنترلرهای Z-Wave دارای نرم افزار داخلی هستند که ایجاد و مدیریت قوانین اتوماسیون را آسان می کند.
خانه هوشمند خود را کنترل کنید:
با راه اندازی شبکه Z-Wave و تنظیم دستگاه‌ها و قوانین اتوماسیون، می‌توانید کنترل خانه هوشمند خود را با استفاده از کنترلر یا یک برنامه تلفن همراه شروع کنید. اکثر کنترل‌کننده‌های Z-Wave دارای یک برنامه تلفن همراه هستند که به شما امکان می‌دهد دستگاه‌های خود را کنترل کنید، خانه خود را نظارت کنید و قوانین اتوماسیون جدید را از هر کجای دنیا ایجاد کنید. می توانید از برنامه خود برای روشن و خاموش کردن چراغ‌ها، تنظیم ترموستات، قفل و باز کردن قفل درها و موارد دیگر استفاده کنید.
کاربردهای رایج Z-Wave
به عنوان یک سیستم اتوماسیون خانگی، Z-wave طیف وسیعی از کاربردها را دارد. هزاران دستگاه دارای گواهی Z-wave در بازار موجود است، به این معنی که این فناوری در حال افزایش محبوبیت و تبدیل شدن به یک عنصر اصلی در شبکه‌های اتوماسیون خانگی است. در ادامه، به توضیح برخی از کاربردهای رایج فناوری Z-Wave پرداخته‌ایم:
روشنایی هوشمند
روشنایی هوشمند یکی از راه حل‌های موثر در صرفه جویی در انرژی است. Z-wave به شما این امکان را می‌دهد تا کنترل‌های روشنایی را روی دستگاه های تلفن همراه خود پیکربندی کنید تا بتوانید شدت نور را از هر کجا کنترل و نظارت کنید. می‌توانید دستگاه‌ها را اضافه کنید و عملکردهای روشنایی مانند روشن، خاموش کردن، کاهش نور و موارد دیگر را کنترل کنید.
هاب‌های هوشمند
هر برنامه خانه هوشمند توسط یک هاب هوشمند یا واحد کنترل اصلی اجرا می‌شود. هاب‌های هوشمند می‌توانند طیف گسترده‌ای از لوازم، دستگاه‌ها، برنامه‌های دارای قابلیت صوتی، حسگرها، روترها، واحدهای کنترل دسترسی، سیستم‌های امنیتی، واحدهای قفل و دوشاخه‌های برق را متصل و راه‌اندازی کنند. هاب‌های هوشمند از طریق یک پورت اترنت یا یک شبکه محلی بی‌سیم به اینترنت متصل می‌شوند و از هر جایی که اتصال اینترنتی وجود دارد می‌توان به همه دستگاه ها دسترسی داشت.
مدیریت آب
سنسورهای سیل معمولاً در مدیریت آب در شهرها استفاده می‌شوند. ادغام سنسورهای هوشمند در یک اتصال شبکه Z-Wave به نظارت بر سطح آب (با ارسال یک ماشه هر زمان که آب به حد خاصی رسید) کمک می‌کند.
سنسورهای هوشمند
سنسورها اجزای جدایی ناپذیر فناوری Z-wave هستند. آنها برای نظارت و مکانیسم‌های کنترل در بسیاری از محیط‌ها، مانند تشخیص خطای تجهیزات، نظارت بر سیستم از راه دور، و صرفه جویی در انرژی در روشنایی مصنوعی استفاده شده‌اند. از دیگر کاربردها می‌توان به نظارت و کنترل ترافیک، نظارت بر محیط زیست، سیستم‌های نظارت بر سطح آب و شبکه‌های هوشمند اشاره کرد.
قفل‌های هوشمند
این راه‌حل‌ها امنیت با تکنولوژی بالا را در یک خانه فراهم می‌کنند. فناوری‌های Z-Wave، طیف گسترده‌ای از تنظیمات دسترسی هوشمند مانند صفحه‌کلید، خواندن اثر انگشت و پنل‌های لمسی را ارائه می‌دهند. این موارد در دفاتر خصوصی، پارکینگ هوشمند و فضاهای مشترک رایج است. می‌توانید تعداد افرادی را که می خواهید به آنها دسترسی ویژه بدهید اضافه یا حذف کنید.
اتوماسیون خانه هوشمند
Z–wave دارای طیف گسترده ای از دستگاه های اتوماسیون خانگی است که شما می توانید به شبکه خود متصل کرده و به راحتی با استفاده از تلفن همراه خود کنترل کنید. راه حل‌های رایج اتوماسیون خانه هوشمند Z-wave شامل قفل‌های هوشمند، کنترل روشنایی، ترموستات، سنسورهای در و پنجره و سیستم های امنیتی خانه است.
برنامه کنترل صدا
فناوری Z-wave به کاربران این امکان را می‌دهد که دستگاه‌های خانه هوشمند خود را از طریق دستورات صوتی با استفاده از دستیارهای مجازی مانند Amazon Alexa یا Google Assistant کنترل کنند. فرمان‌های صوتی می‌توانند سیگنال‌های Z-wave را به دستگاه‌های خانه هوشمند ارسال کنند، مانند روشن کردن چراغ‌ها، تنظیم ترموستات، قفل کردن درها و موارد دیگر.
مدیریت هوشمند انرژی
با ادغام کنتورهای انرژی هوشمند سازگار با Z-wave، دوشاخه‌های هوشمند و سایر تجهیزات خانه هوشمند، کاربران می‌توانند مصرف انرژی لوازم خانگی و دستگاه‌های خود را نظارت و کنترل کنند. فناوری Z-wave داده‌های مصرف انرژی را ارائه می‌کند و به کاربران این امکان را می‌دهد تا ببینند کدام دستگاه‌ها و چه زمانی بیشترین انرژی را مصرف می‌کنند. این موضوع به ویژه در صورتی مفید است که می‌خواهید قبض‌های انرژی خود را مدیریت کنید، زیرا می‌توانید سیستم را طوری پیکربندی کنید که چراغ‌ها، تهویه مطبوع و سایر وسایل برقی را در صورت عدم استفاده خاموش کند.
نقش Z-Waves در اینترنت اشیا
Z-Wave اکنون به سرعت در حال تبدیل شدن به استاندارد ارتباطی برای دستگاه‌های IoT است. شبکه‌های کامل مش توسط Z-Wave پشتیبانی می‌شوند و به چندین دستگاه Z-Wave اجازه می‌دهند تا به طور همزمان با یکدیگر تعامل داشته باشند. Z-Wave ارتباط ایمن و کم مصرف را بین دستگاه‌های دارای Z-Wave فعال می‌کند. Z-Wave شامل محدوده وسیعی از دستگاه‌های هوشمند است که قابلیت همکاری با برندهای متنوع را دارد. به دلیل فناوری پیشرفته Z-Waves، هیچ امواجی از وای فای اطراف با پهنای باند مشابه نمی‌تواند با آن تداخل داشته باشد. این امر Z-Waves را به یک انتخاب عالی برای دستگاه‌های IoT تبدیل می‌کند.
سوالات متداول
چند دستگاه می توانند به Z-Wave متصل شوند؟
شبکه Z-Wave می‌تواند حداکثر 232 دستگاه یا گره از جمله کنترل کننده اصلی را مدیریت کند.
برد Z-Wave چقدر است؟
در حالی که Z-Wave برد 100 متر (328 فوت) در هوای آزاد دارد، مصالح ساختمانی این برد را محدود می‌کند. برای بهترین اثربخشی، توصیه می‌شود دستگاه Z-Wave را هر 30 فوت یا نزدیکتر قرار دهید. سیگنال‌های Z-Wave ممکن است تا 600 فوت حرکت کنند و می‌توانند برای ایجاد استقرارهای بسیار بزرگتر به یکدیگر متصل شوند.
تفاوت Z-Wave و Wi-Fi چیست؟
Wi-Fi، سرعت انتقال داده بالا و رومینگ رایگان دستگاه‌های بین شبکه‌ها را ارائه می‌کند. Z-Wave کنترل محلی ایمن و قابل اعتماد را برای دستگاه‌های IoT در همان شبکه با نفوذ بهتر موانع و خطر تداخل کمتر فراهم می‌کند. Wi-Fi همچنین نسبت به Z-Wave به توان بیشتری برای انتقال نیاز دارد، بنابراین Z-Wave برای دستگاه‌های کوچک با باتری مانند سنسورها و دکمه‌ها مناسب‌تر است.
آیا Z-Wave امن تر از Wi-Fi است؟
از آنجایی که Z-Wave یک سیستم بسته است و لایه رمزگذاری مخصوص به خود را فراهم می‌کند، ایمن‌تر است.
