Z-Wave: sub-GHz mesh-сеть для умного дома

Что такое Z-Wave

Z-Wave — беспроводной протокол умного дома, разработанный специально для небольших команд и малого энергопотребления. Его поддерживает Z-Wave Alliance, а чипы выпускает Silicon Labs. В отличие от Zigbee и Thread, он работает на частоте ниже 1 ГГц, а не на 2,4 ГГц.

Частота

В Европе Z-Wave работает на 868,42 МГц, в США — примерно на 908,42 МГц. Диапазон намного тише, чем 2,4 ГГц, где конкурируют Wi-Fi, Bluetooth и микроволновые печи. Радиоволны более низкой частоты лучше проходят через стены. Недостаток: устройства из разных регионов несовместимы между собой.

Скорость

9,6, 40 и 100 кбит/с. Достаточно для команд и показаний, но не для потоков данных.

Сеть

• Контроллер — создаёт сеть и управляет добавлением устройств. Есть основной контроллер и вторичные.
• Узлы — устройства. Те, что с питанием от сети, ретранслируют пакеты других.
• Home ID — 32-битный идентификатор сети.
• Node ID — 8-битный номер узла в ней.

В одной сети до 232 узлов. Пакеты проходят через до 4 промежуточных узлов (прыжков). Контроллер знает путь и хранит его как маршрут. Если узел выпадает, маршрут находится заново.

Безопасность

Современные устройства используют S2. Ключи обмениваются при включении в сеть: пользователь вводит PIN с устройства или сканирует QR-код. Связь шифруется. Старые устройства поддерживают только более слабые схемы и не входят в уровни S2.

Z-Wave Long Range

Расширение, при котором устройства подключаются напрямую к контроллеру без промежуточных узлов. Дальность заметно больше, а сеть вмещает тысячи узлов (до 4000). Может сосуществовать со стандартным Z-Wave.

Особенности

• Все устройства проверяются на соответствие спецификации, поэтому хорошо взаимодействуют.
• Для хорошей mesh-сети нужно достаточно узлов с питанием от сети.
• После перемещения устройства нужно обновить маршрутизацию.
• Контроллер — ключевой элемент: без резервной копии сеть трудно восстановить.

Сравнение с Zigbee