Z-Wave Long Range odhaľuje nové možnosti automatizácie IoT

Z-Wave Long Range rozširuje rozsah a maximálny výstupný výkon sieťového protokolu Z-Wave a podporuje až 4 000 uzlov v jednej sieti. Od svojho počiatočného vývoja pred viac ako 20 rokmi je Z-Wave popredným sieťovým protokolom pre inteligentné domácnosti a IoT zariadenia.

Z-Wave pracuje vo frekvenčnom pásme 800 až 900 MHz a predstavuje zásadnú alternatívu k preplnenému prázdnemu miestu Wi-Fi pre aplikácie ovládania a snímačov. Historicky sa však Z-Wave zameriava na priestor domácej automatizácie. Špecifikácia Z-Wave Long Range (LR), ktorá vyšla prvýkrát v septembri 2020 a bola otvorená pre certifikáciu kremíka tretích strán v decembri 2020, mení hru. Zvýšením rozsahu a škálovateľnosti sietí Z-Wave pri optimalizácii životnosti batérie a zachovaní interoperability odblokuje Z-Wave LR nové možnosti pre dizajn produktov a aplikácií IoT.

​Rastúca potreba rozsiahlych automatizačných sietí

​Originálny protokol Z-Wave má prevádzkový dosah až 100 metrov na skok a dokáže adresovať až 232 zariadení v jednej sieti. Tieto schopnosti sú dostatočné pre pomerne honosnú inteligentnú domácnosť - Aliancia Z-Wave však uznáva potrebu trhu zaoberať sa rozsiahlejšími aplikáciami. Kancelária spoločnosti môže byť rovnako inteligentná ako domácnosť generálneho riaditeľa. Hotelový alebo bytový komplex môže využívať rovnaké funkcie riadenia energie a bezdotykové ovládanie ako súkromné ​​rezidencie. Z-Wave LR je navrhnutý tak, aby rozširoval výhody Z-Wave z hľadiska zemepisu aj zariadení.

​Transformácia siete Z-Wave pri zachovaní interoperability

​Z-Wave LR je modulácia DSSS OQPSK s rýchlosťou 100 kb / s doplnená k protokolu Z-Wave. S moduláciou sa zaobchádza ako so štvrtým kanálom, čo bránam umožňuje pridať LR uzly k existujúcemu skenovaniu kanálu Z-Wave. Zatiaľ čo tradičné siete Z-Wave používajú sieťovú topológiu, siete Z-Wave LR pracujú na hviezdnej topológii. Namiesto odosielania signálov z uzla do uzla, kým sa nedosiahne určený cieľ, ako v tradičnej sieti Z-Wave, sa rozbočovač Z-Wave LR v centrálnom umiestnení pripája priamo k všetkým zariadeniam v sieti.

Spätná kompatibilita je základným princípom špecifikácie Z-Wave a Z-Wave LR nie je výnimkou. Z-Wave LR aj tradičné uzly Z-Wave môžu koexistovať v rámci jednej siete, čo umožňuje širokú škálu a kombináciu zariadení Z-Wave a Z-Wave LR.

Spoločnosť Silicon Labs už sprístupnila prvú implementáciu Z-Wave LR novým a existujúcim zákazníkom na platforme Z-Wave 700 prostredníctvom aktualizácie firmvéru. Ak má riadiaca jednotka aj riadené zariadenia v sieti Z-Wave Z-Wave LR, môže sieť podporovať hviezdnu aj sieťovú topológiu súčasne.

V každom prípade však upgrade existujúcich sietí Z-Wave na Z-Wave LR nespôsobí, že predtým nainštalované zariadenia prestali komunikovať. Z-Wave a Z-Wave LR sú navrhnuté tak, aby existovali v rovnakej sieti, pričom sieťové uzly LR sú vyhradené pre nové alebo existujúce sieťové zariadenia Z-Wave mesh, aby sa zachovala spätná aj ďalšia kompatibilita a udržala interoperabilita medzi certifikovanými zariadeniami Z-Wave. .

Masívna upscalovaná oblasť pokrytia a uzly

Čo ponúka Z-Wave LR na tejto novej topológii? Exponenciálne rozšírené príležitosti. Signál Z-Wave LR je na výstupe až +30 dBm, v porovnaní s tradičnými vlnami Z-Wave pri -1 dBm. Tento zvýšený výkon umožňuje, aby signály Z-Wave LR prekonali míľu alebo viac jediným skokom. Prvá implementácia Z-Wave LR na platforme série 700 od spoločnosti Silicon Labs má preukázanú prenosovú vzdialenosť 1 míle (1,6 km) pri priamej viditeľnosti iba na +14 dBm. Budúce implementácie by mohli teoreticky prekročiť túto už tak impozantnú hranicu o niekoľko ďalších kilometrov.

Pred Z-Wave LR by bolo treba viac opakovačov signálu, aby sa signály Z-Wave prenášali za steny domu. Teraz je ľahké si predstaviť, že sieť Z-Wave LR pokrýva celú nehnuteľnosť bez potreby opakovačov. Schopnosť ľahko pridať zariadenia k vzdialeným okrajom automatizačnej siete otvára nové príležitosti pre to, čo sa dá automatizovať.

S cieľom vytvoriť priestor pre tieto nové príležitosti sa priestor adries Z-Wave LR MAC rozšíril z 8 bitov na 12. Sieť Z-Wave LR preto môže pojať až 4 000 zariadení. V porovnaní s 232 uzlami tradičných Z-Wave vďaka tomuto 20-násobnému nárastu dostupných uzlov sú siete Z-wave praktickou možnosťou pre aplikácie v projektoch ľahkých komerčných, priemyselných, pohostinských a bytových jednotiek (MDU).

Úplné technické porovnanie tradičných Z-Wave a Z-Wave LR nájdete nižšie.

​Technické vlastnosti a možnosti	Z-Wave	Z-Wave Long Range
​Rozsah prenosu	100 metrov na hop	​Špecifikácia schopná podporovať až niekoľko kilometrov. Prvá implementácia od spoločnosti Silicon Labs sa vyznačuje osvedčeným dosahom prenosu 1 míle (1,6 km) pri +14 dBm priamej viditeľnosti
Sieť	Mesh	Hviezdicová
​Podporované uzly	232	Do 4000
Smerovanie	Podporované	Nepodporované
​Zahrnutie	Podpora integrovaného smerovania celej siete a riadiacej jednotky	​Iba priame zahrnutie rozsahu
Zabezpečenie	S0, S2 bez autorizácie, S2 autentizácia, S2 prístup	S2 auth, S2 Access
PHY modulácia	FSK/GFSK	DSSS OQPSK
​PHY Rýchlosť	9.6/40/100 Kbits/s	100 Kbits/s
PHY ​Frekvencia (iba USA)	908.42/916 MHz	912/920 MHz
​PHY maximálny výstupný výkon	-1 dBm	Až do +30 dBm
​Dynamické riadenie výstupného výkonu PHY	Nie	Áno
Rámy MAC	Single,Multi,Broadcast, beams (1000ms)	Single,Multi,Broadcast,Beams (100ms fragmentované)
Adresový priestor pre MAC	32-bit Home ID 8-bit Node ID	32-bit Home ID ​12-bit Node ID
SmartStart	Cez QR Kód	Cez QR Kód (ako Z-Wave)
Typy zariadení Z-Wave (DT), typy rolí (RT), triedy príkazov (CC) zahrnuté v špecifikácii	Zahrnuté v špecifikácii a pri zavádzaní produktov podporujúcich Z-Wave LR je možné každé z nich znovu použiť s minimálnymi zmenami	​Rovnaké ako Z-Wave

Dlhšia výdrž batérie pre siete s nižším zásahom

Z-Wave umožňuje projektantovi systému pridať do siete ďalšie zariadenia a umiestniť ich na vzdialenejšie miesta: dve možnosti, ktoré by boli celkom zbytočné, ak by vlastníci systému museli tiež napájať každé zariadenie alebo neustále vymieňať jeho batériu. Z-Wave vždy mal oproti iným protokolom, ako je W-Fi, výhody z hľadiska spotreby energie. Teraz Z-Wave LR využíva dynamické riadenie výkonu a ponúka 10-ročnú výdrž batérie na jednu gombíkovú batériu. Pomocou tejto novej funkcie zariadenia Z-Wave LR automaticky upravujú a optimalizujú výstupný rádiový výkon pri každom prenose.

Dynamické riadenie výkonu umožňuje vlastníkovi systému nainštalovať snímač a nemusí sa s ním starať desaťročie. Vďaka tejto schopnosti „nastaviť to a zabudnúť na to“ je možné umiestniť senzory na ťažko prístupných miestach: za stenami a pod podlahami alebo v podkroviach, suterénoch a rozvodoch. Pomocou Z-Wave LR budú budúce aplikácie schopné budovať senzorické siete potrebné na riadenie kontextovej umelej inteligencie (AI) pre aplikácie IoT.

Nové hranice pre Z-Wave LR stále vznikajú

Momentálne bude Z-Wave LR k dispozícii iba v Spojených štátoch. Technická pracovná skupina hodnotí a testuje s cieľom zabezpečiť súlad s cieľom podporiť v budúcnosti regióny Európy a APAC. Určite bude nasledovať ďalší vývoj.​