Обзор возможностей протокола Z-Wave

24 октября 2020, 17:25
1600x_image.png?1603150352

  • Что такое Z-Wave?
  • Какие задачи решает Z-Wave?
  • Какие существуют Z-Wave устройства?
  • Как работает Z-Wave сеть?
  • Классы команд устройств
  • Настройка работы устройств
  • Z-Wave хорош

Что такое Z-Wave?

Z-Wave (европейское произношение - зэдвэйв, американское - зивэйв) - это радио протокол, который изначально задумывался для использования в домашней автоматизации. В России работает на частоте 869 МГц, что дает хорошую помехозащищенность от Wi-Fi сетей 2.4 ГГц и сигнализаций 433 МГц. Чипы для Z-Wave устройств производит компания Silicon Labs, а протокол строго стандартизирован от физического уровня передачи данных до прикладного уровня. Все Z-Wave устройства проходят обязательную сертификацию, которую контролирует Z-Wave Alliance. Сертификация гарантирует совместимость Z-Wave устройств всех производителей в мире. На данный момент (2020 г.) в Z-Wave Alliance входит более 700 компаний, производящих более 3000 совместимых между собой устройств.

Какие задачи решает Z-Wave?

С помощью Z-Wave можно автоматизировать многие процессы в доме, благодаря этому достигается:
  • повышение уровня комфорта;
  • экономия электроэнергии;
  • обеспечение безопасности.
Z-Wave отлично справляется с управлением десятков осветительных приборов: плавно диммировать светильник, настроить цвет LED ленты, управлять светом в коридоре с разных мест, но не предназначен для управления освещением на стадионе с мощной нагрузкой и на большие расстояния. 

Включить обогрев теплого пола, приоткрыть вентиль на батарее отопления, задать температуру на кондиционере - все это легко автоматизируется. Но до сих пор нет специализированного устройства управления газовыми котлами, которые очень распространены в загородных домах. 

Датчик движения может быть одновременно задействован в сценариях управления освещением и охраны. Датчик открытия окна может выключать конвектор и информировать о взломе. А сирена может громко кричать при взломе или приятно щебетать, когда позвонили в дверь, универсальность устройств обеспечивает и комфорт, и безопасность. Но в России, на данный момент, ни одна охранная компания не использует Z-Wave датчики в качестве охранных, возможно, из-за более высокой цены, по сравнению со специализированными решениями.

Какие существуют Z-Wave устройства?

С 2010 года российский рынок домашней автоматизации быстро развивается. У потребителей появляется много новых задач по автоматизации их жилища. Если еще 10 лет назад под умным домом понимали автоматическое включение света и управление шторами с пульта, то сейчас хотят видеть интеллектуальные системы с голосовым управлением, которые сами обучаются, в зависимости от поведения хозяина.

Z-Wave позволяет автоматизировать почти все процессы в доме, вот самые популярные категории.


Управление освещением и другой нагрузкой
  • Модули реле/диммеры/rgbw в подрозетник устанавливаются за существующий выключатель.
  • Многоканальные модули реле/диммеры/rgbw на DIN рейку устанавливаются в электрический щиток.
  • Светодиодные лампы.
  • Модуль в розетку.
  • Модули управления жалюзи по сухим контактам/фазное управление/RS485.

1600x_image.png?1603150353
Рис.1 - Z-Wave релейные модули

Управление климатом

1600x_image.png?1603150352
Рис.2 - Z-Wave термостаты

Замки

1600x_image.png?1603150352
Рис.3 - Z-Wave замки

Датчики

1600x_image.png?1603150353
Рис.4 - Z-Wave датчики

Пульты управления
  • Сенсорные панели.
  • Кнопочные панели.
  • Сценарные кнопки.
  • Брелоки/пульты.

1600x_image.png?1603150353
Рис.5 - Z-Wave пульты управления на батарейках

Но бывают особенные задачи по автоматизации, которые не решить с помощью существующих устройств, тогда на помощь приходят платы, позволяющие сконфигурировать свое уникальное устройство.

o01-1.jpg
Рис.6 - Конфигуратор входов/выходов Z-Uno Shield

Как работает Z-Wave сеть?

1600x_image.png?1603215501
Рис.7 - Структура mesh сети

Z-Wave является mesh сетью, имеет ячеистую структуру, в которой устройства могут общаться друг с другом через другие устройства. В сети Z-Wave все узлы имеют равные права и возможности, нет главного с функциями координатора сети, поэтому любое устройство может напрямую отправить команду любому другому устройству. Прямое управление другим устройством обеспечивается классом команд Association.

Z-Wave сеть определяется уникальным Home ID, и рядом могут существовать несколько сетей, которые друг друга не будут видеть на программном уровне.

1600x_image.png?1603215501
Рис.8 - Home ID в веб интерфейсе контроллера RaZberry

Для того, чтобы устройство начало взаимодействовать с другими устройствами, ему нужно присвоить ID сети, т.е. добавить в сеть, этот процесс называется Включение (Include).

1600x_image.png?1603215501
Рис.9 - Окно добавления/удаления устройста в веб интерфейсе контроллера RaZberry

Включающий контроллер - это может быть брелок или хаб, нужно перевести в режим добавления, а на устройстве нажать определенную комбинацию кнопок, обычно три раза подряд, контроллер увидит устройство и передаст ему свой Home ID, а также назначит уникальный адрес в сети в диапазоне от 2 до 232 (первый, обычно, это включающий контроллер). Если устройство уже добавлено в сеть, то чтобы его добавить в другую, сначала нужно очистить ему память, для этого на любом контроллере запускается режим Исключение (Exclude), на устройстве нажимается комбинация кнопок и контроллер отправляет этому устройству команду очистки памяти.

Все устройства на постоянном питании являются ретрансляторами. Если датчик движения собирается отправить команду ВКЛЮЧИТЬ релейному модулю, но модуль находится вне зоны прямой видимости, то сначала датчик отправит широковещательный поисковый пакет Explorer Frame, в ответ на который придут маршруты, как добраться до этого модуля. Также маршруты можно задать вручную с помощью хаба. Устройство хранит до 5 маршрутов (ограничение памяти Z-Wave чипа), максимум маршрут может проходить через 4 устройства.

1600x_image.png?1603215502
Рис.10 - Установка маршрутов в веб-интерфейсе контроллера RaZberry

Датчики на батарейках не являются маршрутизаторами, потому что почти все время спят, в радиоэфир выходят только чтобы отправить важную информацию, например: зафиксировано движение, а заодно сообщить температуру и влажность. Экономия энергии - их важная задача. Во время пробуждения, датчик потребляет до 40 мАч, при питании от двух батареек AAA, емкостью 1000мАч, датчик может находиться в радиоэфире 1000/40 = 25 часов. Обычно таких батареек хватает на 2-3 года.

Классы команд устройств 

В сети устройства взаимодействуют друг с другом посредством команд, таких как: 
  • Set - Попросить устройство что-то выполнить (вкл. свет, перекрыть кран, задать температуру).
  • Get - Попросить устройство сообщить свое состояние (яркость 50%, текущая температура, дверь открыта).
  • Report - Устройство само информирует о своем состоянии.
Различные функции устройства, которые использует эти команды, называются классами команд - это основа Z-Wave. Запросив с устройства все поддерживаемые классы команд, можно понять, что делает устройство даже без инструкции. Z-Wave протокол насчитывает 122 класса команд, вот самые популярные:
  • Association - позволяет настаивать прямые связи между устройствами.
  • Basic - базовый класс, который должны поддерживать все устройства для совместимости. Любой датчик движения может включить реле, диммер, термостат, кондиционер и др.
  • Battery - сообщает о заряде батарейки.
  • Binary Sensor - команда о срабатывании датчика движения, датчика открытия и др.
  • Binary Switch - класс управления исполнительным элементом только с двумя состояниями ВКЛ/ВЫКЛ, обычно, релейные модули.
  • Central Scene - команды, которые отправляет брелок: нажата кнопка 1, отжата кнопка 3, удерживается кнопка 5.
  • Clock - устройству можно сообщить текущее время.
  • Color Switch - набор команд управления цветом.
  • Configuration - класс, с помощью которого можно передать настройки устройству.
  • Door Lock - для управления замком. Работает только в режиме шифрования.
  • Firmware Update Meta Data - позволяет обновить прошивку устройства по воздуху.
  • Multilevel Sensor - сообщает значение датчика температуры, освещенности, влажности и др.
  • Multilevel Switch - команды управления исполнительным элементом со шкалой 1-99, обычно диммеры 230 В и LED ленты.
  • Thermostat * - набор классов команд для управления климатом.
  • Wake Up - настраивает периоды пробуждения устройства, когда оно работает на батарейках.

1600x_image.png?1603215501
Рис.11 - Список классов команд реле в веб-интерфейсе контроллера RaZberry

Документация открыта и о всех классах команд можно почитать на сайте silabs Z-Wave чипов SDS13781-Z-Wave-Application-Command-Class-Specification.

Сделать проходной выключатель на Z-Wave - дело 1 минуты. С помощью класса команд Association настраивается связь с другим устройством, Binary Switch используется для управления. Если нажали клавишу на одном устройстве, то благодаря Association устройство понимает, кому отправлять, а с помощью Binary Switch понимает, какую команду нужно отправить.

1600x_image.png?1603215502
Рис.12 - Настройка ассоциаций в веб-интерфейсе контроллера Fibaro Home Center 2 (не самый интуитивно понятный интерфейс)

Настройка работы устройств

В большинстве случаев какая-либо настройка устройств не требуется, они и так работают правильно, например: датчик движения при срабатывании отправляет команду ВКЛЮЧИТЬ, а через 30 секунд, если нет движения, отправляет команду ВЫКЛЮЧИТЬ. Но чтобы устройство было более универсальным и подходило под разные задачи, производитель добавляет полезные настройки. В протокол Z-Wave входит такой класс команд, как Configuration, он позволяет с хаба передать настройки устройству. Какие есть настройки у устройства можно узнать только из инструкции, само устройство не сообщает о своих настройках (иногда производители делают недокументированные сервисные настройки).

o01-1.jpg
Рис.13 - Страница из инструкции Fibaro Dimmer 2

Вот несколько примеров полезных настроек: 
  • авто-выключение реле - можно использовать для автоматического выключения света через заданное время, а можно для имитации нажатия кнопки, если задать полсекунды;
  • максимальный уровень яркости - используется в диммерах, rgbw модулях и лампах;
  • большинство датчиков можно настроить, как часто они будут передавать информацию о температуре, влажности, освещенности и т.д.;
  • инвертировать клавиши выключателя - если установили выключатель наоборот, то программно можно поменять клавиши местами.

1600x_image.png?1603215503
Рис.14 - Настройка параметров устройства в веб-интерфейсе контроллера Fibaro Home Center 2

Каждый производитель волен сам решать, какими настройками наделить устройство. Хорошие производители делают много настраиваемых параметров, другие могут вообще выпустить релейный модуль без простейшей функции авто-выключения.

Z-Wave хорош

До сих пор у Z-Wave не появилось по-настоящему сильного соперника среди беспроводных технологий домашней автоматизации. Существуют устройства для умного дома на базе технологий Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, хотя обычно они дешевле аналогов на Z-Wave, но главной их проблемой является совместимость. Нельзя купить две Wi-Fi розетки разных производителей и просто заставить работать их вместе. Zigbee позволяет не сертифицировать свои устройства, поэтому Xiaomi может выпускать классные устройства на этом протоколе, но не совместимые с другими производителями. Именно большое количество совместимых Z-Wave устройств (более 3000) делает его самым популярным и востребованным в сегменте беспроводной домашней автоматизации.


Все новости мира умных домов - t.me/SprutAI_News или Instagram
Остались вопросы? Мы в Telegram - @SprutAI

Хочешь умный дом но нет времени разбираться?
Посмотри примеры работ и выбери себе интегратора.
  1. Дмитрий Батюшин (ReD)
    Дмитрий Батюшин (ReD) 9 месяцев назад

    Отличная статья, много подчерпнул для себя

  2. Александр Кост (Bumer)
    Александр Кост (Bumer) 9 месяцев назад

    Супер. Спасибо за статью полезно. 

  3. Алексей Рожанков (arozjankov)
    Алексей Рожанков (arozjankov) 9 месяцев назад

    делает его самым популярным и востребованным в сегменте беспроводной домашней автоматизации.

    Неверный вывод (желаемое за действительное).
    Все крупные производители выпускают новые устройства на Bluetooth/WiFi/zig bee (доля последнего уменьшается). На zwave выпускают лишь те, кто ранее уже подписался под него и у них просто нет другого выхода.

  4. Виталий Юркин (aivs)
    Виталий Юркин (aivs) 9 месяцев назад

    Я бы с удовольствие почитал про полноценную домашнюю автоматизацию на bluetooth и wi-fi, какой хаб использовать? Список совместимых mesh bluetooth устройств? 

  5. Александр Баринов  (Shtoffen)
    Александр Баринов (Shtoffen) отредактировано 9 месяцев назад

    Большая проблема zwave это региональное деление по частоте. RU, US, EU и прочие, искусственно созданный «вендорлок». Делали бы все на одной, был бы лучший конкурент zigbee 

    • Алексей Рожанков (arozjankov)
      Алексей Рожанков (arozjankov) 9 месяцев назад

      Отличный комментарий! Именно на этом и спотыкаются новички, пытаясь построить автоматизацию на "совместимых" устройствах z-wave.

    • Виталий Юркин (aivs)
      Виталий Юркин (aivs) 9 месяцев назад

      Я в статье про это не написал, и многие не знают почему радиооборудование в разных странах может работает на разных частотах. Например Wi-Fi в Японии может иметь 14 каналов, у нас 13. Это связано с государственным распределением частот. Так вот в России европейская полоса Z-Wave частот 868.4-868.8 МГц зарезервирована для использования в медицинских приборах, поэтому для Российских Z-Wave устройств пришлось использовать другую полосу 868.8-869.2 МГц, что уже не совместимо с EU. Поэтому невозможно делать на одной частоте, а на засоренный 2.4 Ггц никто уходить не будет. Я видел большие ZigBee инсталляции, где приходилось перенастраивать Wi-Fi роутеры, чтобы уменьшить влияние мощного Wi-Fi на маломощный ZigBee, иначе до выключателей света тупо не доходил сигнал.

      • Руслан Гареев (Cheshire_cat89)
        Руслан Гареев (Cheshire_cat89) 9 месяцев назад
        Одна из причин по которой я выбрал строить умный дом на z-wave. Особенно если собираешь строить сеть почти на 30 устройств

  6. Бендер Задунайский (Nathareth)

    В домашней автоматизации не требуется супер надежность, это не контроль за процессами в ядерном реакторе. Если отвалится пара датчиков трагедии не произойдет. Миллионы людей используют Zigbee/Wi-Fi/BT сети и в довольно могучих конфигурациях не особо жалуясь на "драку" между протоколами.
    Странно, что вы не обмолвились насчет стоимости  зивэйв-компонентов. А ведь в 99% случаев данный фактор является определяющим.

    • Олег Челбаев (sprut)
      Олег Челбаев (sprut) 9 месяцев назад

      Только сейчас в сообщество начинает приходить к более качественным игрушкам, которые по цене уже сопоставимы с звейв

  7. Виталий Юркин (aivs)
    Виталий Юркин (aivs) 9 месяцев назад
    Пульт на 4 кнопки и 4-х канальное реле на 433МЦц на алике стоит 500₽. Вот это реальный конкурент дешевым zigbee устройствам!

    • Олег Челбаев (sprut)
      Олег Челбаев (sprut) 9 месяцев назад

      акстись ))) нет шифрованию, нет обратной связи, нет меша, комунальный уд с соседями...

  8. Вячеслав Фетисов (Ziracul)
    Вячеслав Фетисов (Ziracul) 9 месяцев назад

    Статья крутая, подчерпнул много для себя, но вот про частотные ограничения надо бы написать, это первый капкан который ждёт всех новичков, почему именно разграничения есть, так же не хватает больше информации про организацию сети как правильно подключать устройства, как правильно строятся сети zwave вообще, там же кучу подводных камней. Буду очень рад почитать ещё статей про zwave

    • Виталий Юркин (aivs)
      Виталий Юркин (aivs) 9 месяцев назад

      Спасибо! Частоты в разных регионах могут быть разные, в России, Европе, США частоты не совместимы. Но, например в контроллер RaZberry можно установить сколько угодно z-wave стиков на разных частотах, тогда один контроллер будет поддерживать разные частоты. У меня дома используется плата RaZberry на EU и uzb стик на RU. Частоту можно выбрать в интерфейсе контроллера.

      Сеть организуется автоматически, если устройство не смогло напрямую доставить команду другому устройству, то запускается explorer frame для поиска наилучшего маршрута. Также всегда можно назначить маршрут вручную из интерфейса контроллера.


  9. Олег Челбаев (sprut)
    Олег Челбаев (sprut) 9 месяцев назад

    Крутая статья, автору однозначно лайк, подписка, колокольчик =)

    При всей моей любви к звейв, он сейчас он медленно доживает свой век....
    Посмотрите на количество релизов железок на зигбии и на звейв за год, да на звейв ещё есть железки которым нет аналогов на зигбии но это не надо долго...
    На зигбии уже пришли крупные вендоры типа легран, данфос, филипс, бош и это помимо китая сяоми, акара, туи и тд, а на звейв кроме фибары, кубины и аеотек почти никого нет...
    По поводу совместимости этих проблем чуть больше чем достаточно и на звейв, производители слегка клали на протокол и стандарты в том числе и фибарка, а уж если говорить про прошивки тут вообще начинается веселье и настоящий карнавал ))

    Тут вывод один, если ты не развиваешься ты остаёшься за бортом....если звейв не опомнится, то через лет 5 будем его вспоминать с ностальгией...

    • Виталий Юркин (aivs)
      Виталий Юркин (aivs) 9 месяцев назад
      Чипы для ZigBee, Z-Wave, BLE, Wi-Fi производит одна компания - Silicon Labs.
      Врят-ли они приобретали все это добро, чтобы не развивать.

      • Олег Челбаев (sprut)
        Олег Челбаев (sprut) 9 месяцев назад

        Звейв пока производит только силабс, всё остально много кто штампует.

  10. (Sergarius)
    (Sergarius) 9 месяцев назад

    Автору большое спасибо за статью!

    Да, у Z-Wave не так много устройств выпускается в последние годы (но много было выпущено ранее), высокие ценники не способствуют распространению, а разные частоты это реальная подстава для новичков. Но... проблемы зашумленности диапазона 2,4 ГГц в многоквартирных домах это уже не капкан, а капканище, который может убить любое желание у новичков когда-либо связываться с "Умным домом". Автоматизация "чистого" загородного дома и зашумленной одно- или двухкомнатной квартиры - гигантская разница. Если у вас по несколько раз в день не срабатывает свет в затемненной проходной зоне или не отрывается/закрывается замок входной двери, то поиграв в эту лотерею пару недель пользователь может навсегда отказаться от этой затеи.

К списку статей

Устройства в материале

Flood Sensor

Производитель: Fibaro
Заказать на:

Door / Window Sensor

Производитель: Fibaro
Заказать на:

CO Sensor

Производитель: Fibaro

Smoke Sensor

Производитель: Fibaro
Заказать на:

Wall Plug

Производитель: Fibaro

The Heat Controller

Производитель: Fibaro

KeyFob

Производитель: Fibaro
Заказать на:

MultiSensor 6

Производитель: Aeotec

Heatit Thermostat

Производитель: Heatit

Danalock V3 Smart Lock

Производитель: Danalock

Qubino Flush Dimmer 0-10V Plus

Производитель: Qubino

Dimmer 1

Производитель: Fibaro

RGBW Controller

Производитель: Fibaro

Скидки для сообщества

z-neco.com

+7 905 830-02-94
Промокод:
sprutai
Размер скидки:
22%

Z-Wave.ru

+7 495 204-27-80
Промокод:
Sprutai
Размер скидки:
10%
Указать в комментариях к заказу

Z-Wave Ukraine

+380 68 641 9670
Промокод:
Sprut-UA
Размер скидки:
15%

Интернет-магазин yourhomekit.ru

+7 914 550-51-11
Промокод:
SPRUT-BLG
Размер скидки:
8%
Cамый большой ассортимент в России аксессуаров Apple HomeKit

Похожие статьи

30 августа 2019, 07:28
Несколько нетривиальных способов использования датчика открытия окон/дверей от Xiaomi/Aqara.
03 апреля 2019, 04:29
Разбираем простейшую задачу по электрическому подключению светодиодной ленты к источнику питания и управлению через Умный дом.
04 апреля 2019, 17:48
Расскажу о том за ~1 час перевезти УД с 2мя USB стиками с Raspberry PI на Synology NAS.
06 сентября 2019, 17:03
Кладём на лопатки NodeRed и HomeAssistant с помощью iOS 13.1 и Siri Shortcuts.
02 ноября 2020, 11:22
В этой статье рассмотрим как из датчика открытия сделать датчик вибрации или термодатчик. Сразу скажу, что применение таких датчиков специфическое, но это лишь статья и мои мысли, а вы можете взять и сделать что-то своё.
15 марта 2020, 15:54
В данной статье я покажу, как можно из умной розетки Xiaomi сделать умный выключатель работающий по WiFi или Zigbee.
29 апреля 2019, 15:54
Siri Shortcuts теперь может с легкостью создать автоматизации, оперируя с любыми переменными Apple HomeKit
18 апреля 2019, 09:07
Раньше, я был глуп и уверен, что zigbee-модули не услышат датчики на больших расстояниях. Я ошибался…
12 июня 2020, 13:17
Превращаем заурядную стиральную машину в умную, для удаленного контроля за ее состоянием и отправки уведомлений.
22 декабря 2019, 09:56
Собираем счетчик импульсов контрольного светодиода квартирного электросчетчика и передаем данные в Home Assistant.