短距離無線通信技術(shù)種類比較多,包括大家熟悉的藍(lán)牙技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、IrDA技術(shù)、Zigbee技術(shù)等等。Z-Wave技術(shù)是由一家跨國芯片和軟件開發(fā)商Zensys公司開發(fā)的一種短距離無線通信技術(shù),起初主要用于智能無線家居(Intelligent Wireless Home),為了促進(jìn)消費(fèi)者認(rèn)可并且信任在無線家居控制領(lǐng)域應(yīng)用Z-Wave技術(shù),確保所有成員的系統(tǒng)和設(shè)備之間的互通性,給產(chǎn)品提供售后合作和服務(wù),2005年1月,Zensys公司與其它60多家廠商在CES(Consumer Electronics Show)大會上宣布成立Z-Wave聯(lián)盟(Z-Wave Alliance)。目前,Z-Wave聯(lián)盟已有160多家公司加入,其中包括像ControlThink、Panasonic、Leviton等這樣的國際知名公司。
Z-Wave的技術(shù)介紹
Z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信技術(shù)。工作頻帶為908.42MHz(美國)～868.42MHz(歐洲),采用FSK(BFSK/GFSK)調(diào)制方式,數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kbps,信號的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m,室外可超過100m,適合于窄帶寬應(yīng)用場合。隨著通信距離的增大,設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加,相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù),Z-Wave技術(shù)將是最低功耗和最低成本的技術(shù),有力地推動著低速率無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)。
Z-Wave技術(shù)設(shè)計(jì)用于住宅、照明商業(yè)控制以及狀態(tài)讀取應(yīng)用,例如抄表、照明及家電控制、HVAC、接入控制、防盜及火災(zāi)檢測等。Z-Wave可將任何獨(dú)立的設(shè)備轉(zhuǎn)換為智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,從而可以實(shí)現(xiàn)控制和無線監(jiān)測。
Z-Wave技術(shù)在最初設(shè)計(jì)時(shí),就定位于智能家居無線控制領(lǐng)域。采用小數(shù)據(jù)格式傳輸,40kb/s的傳輸速率足以應(yīng)對,早期甚至使用9.6kb/s的速率傳輸。與同類的其他無線技術(shù)相比,擁有相對較低的傳輸頻率、相對較遠(yuǎn)的傳輸距離和一定的價(jià)格優(yōu)勢。
Z-Wave技術(shù)專門針對窄帶應(yīng)用并采用創(chuàng)新的軟件解決方案取代成本高的硬件,因此只需花費(fèi)其它類似技術(shù)的一小部份成本就可以組建高質(zhì)量的無線網(wǎng)絡(luò)。
Z-Wave的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
每一個(gè)Z-Wave網(wǎng)絡(luò)都擁有自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)地址(HomeID);網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址(NodeID),由控制節(jié)點(diǎn)(Controller)分配。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多容納232個(gè)節(jié)點(diǎn)(Slave),包括控制節(jié)點(diǎn)在內(nèi)。控制節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè),但只有一個(gè)主控制節(jié)點(diǎn),即所有網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的分配,都由主控制節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé),其他控制節(jié)點(diǎn)只是轉(zhuǎn)發(fā)主控制節(jié)點(diǎn)的命令。已入網(wǎng)的普通節(jié)點(diǎn),所有控制節(jié)點(diǎn)都可以控制。超出通信距離的節(jié)點(diǎn),可以通過控制器與受控節(jié)點(diǎn)之間的其他節(jié)點(diǎn),以路由(Routing)的方式完成控制。
Z-Wave的路由技術(shù)
Z-Wave采用了動態(tài)路由技術(shù),每個(gè)Slave內(nèi)部都存有一個(gè)路由表,該路由表由Controller寫入。存儲信息為該Slave入網(wǎng)時(shí),周邊存在的其他Slave的NodeID。這樣每個(gè)Slave都知道周圍有哪些Slaves,而Controller存儲了所有Slaves的路由信息。當(dāng)Controller與受控Slave的距離超出最大控制距離時(shí),Controller會調(diào)用最后一次正確控制該Slave的路徑發(fā)送命令,如該路徑失敗,則從第一個(gè)Slave開始重新檢索新的路徑。
Z-Wave的應(yīng)用
三室一廳房間的Z-Wave系統(tǒng)解決方案:由3個(gè)嵌入式照明控制器,3個(gè)墻壁開關(guān),一個(gè)全功能紅外遙控器,一個(gè)觸摸控制屏夠成主系統(tǒng);嵌入式情景控制器,手持式情景控制器為功能擴(kuò)展模塊。其中全功能紅外遙控器與觸摸控制屏為Controller,嵌入式照明控制器,嵌入式情景控制器及手持式情景控制器均為Slave。
鑒于該系統(tǒng)中所有設(shè)備均使用了路由技術(shù),安裝時(shí)只需保證每兩個(gè)嵌入式設(shè)備之間的距離小于最遠(yuǎn)通信距離即可。安裝完成后,通過HRPZ全功能紅外遙控器先將所有設(shè)備入網(wǎng),待觸摸控制屏入網(wǎng)后,可同步更新所有入網(wǎng)設(shè)備至觸摸控制屏中。
設(shè)備入網(wǎng)后,用戶通過全功能遙控器及觸摸控制屏都可以直觀的看到家中所有Z-Wave入網(wǎng)電器的開關(guān)狀態(tài),并且可以方便的對其進(jìn)行控制。如將觸摸控制屏接入Internet網(wǎng)絡(luò),則可以利用PDA,PC機(jī)等通過Internet網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制家中的電器。在配有HRPZ全功能遙控器的系統(tǒng)中,用戶可以更加方便的實(shí)現(xiàn)在家中的移動控制。嵌入式情景控制器及手持式情景控制器,可通過觸摸控制屏或配套的PC機(jī)配置軟件設(shè)置會議、影視等多種情景,通過一鍵操作,來完成一系列組合功能的控制。
Z-Wave的市場策略
不同于ZiqBee技術(shù)的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù),是由芯片與軟件開發(fā)商Zensys與另外多家組建的一個(gè)新的聯(lián)盟Z-Wave聯(lián)盟,以推動在家庭自動化領(lǐng)域采用Z-Wave協(xié)議。
Z-Wave是由丹麥公司Zensys所一手主導(dǎo)的無線組網(wǎng)規(guī)格,Z-Wave聯(lián)盟(Z-Wave Alliance)雖然沒有ZigBee聯(lián)盟強(qiáng)大,但是Z-Wave聯(lián)盟的成員均是已經(jīng)在家庭自動化領(lǐng)域有現(xiàn)行產(chǎn)品的廠商。尤其是國際大廠思科(Cisco)與英特爾(Intel)的加入,也強(qiáng)化Z-Wave在家庭自動化領(lǐng)域的地位。
Z-Wave鎖定的技術(shù)平臺就是家庭自動化,Z-Wave的角色即為替代現(xiàn)行的X-10規(guī)格,目前已經(jīng)有X-10與Z-Wave共生的橋接器產(chǎn)品出現(xiàn)。而衍生出的產(chǎn)品琳瑯滿目,在國外許多喜歡自己動手做(DIY)的家庭自動化用戶也都開始注意并使用Z-Wave。
在技術(shù)面上,Z-Wave從原本的9.6Kbit/s提升到40Kbit/s,并宣稱提升后原本的9.6Kbit/s能與40Kbit/s共存。在節(jié)點(diǎn)數(shù)方面,一個(gè)Z-Wave網(wǎng)路可支援兩百三十二個(gè)點(diǎn)。
Z-Wave使用的路由協(xié)議是源路由(Source Routing),在源頭發(fā)出封包就可以直接在封包內(nèi)指定詳細(xì)路由的路徑。這個(gè)做法大大省去每個(gè)節(jié)點(diǎn)花在路由上的資源。Z-Wave的第三代晶片ZW0301,其中微控制器核心使采用六倍速8051架構(gòu),搭配32KB的Flash ROM以及256KB的SRAM。耗電流方面,睡眠模式是2.5微安培,接收23毫安培,發(fā)射在0dBm輸出下是36毫安培。不過由于頻帶選定在868/908MHz,這樣的耗電仍稍嫌偏高。
雖然Z-Wave未臻完善,但其鎖定了正確的市場,并將自己的產(chǎn)品與Windows系列產(chǎn)品結(jié)合,Zensys提供Windows開發(fā)用的動態(tài)連結(jié)資料庫(Dynamically LinkedLibrary,DLL),設(shè)計(jì)者可直接調(diào)用該DLL內(nèi)的API函數(shù)(ADPlication Program Interface,API)來做PC軟體設(shè)計(jì)。
尤其PC與遙控器的使用者介面才是使用者直覺產(chǎn)生使用者經(jīng)驗(yàn)的媒介,加上產(chǎn)品造型的工業(yè)設(shè)計(jì)與質(zhì)感,更是提升價(jià)值所在之處,而這些都是所有Z-Wave聯(lián)盟廠家愿意投資的領(lǐng)域。而其余的技術(shù),都由平臺提供商負(fù)責(zé),使得Z-Wave的客戶可以專心致力于提升并加強(qiáng)使用者經(jīng)驗(yàn)。
Z-Wave的發(fā)展前景
Z-Wave是一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能可靠的無線通信技術(shù),通過Z-Wave技術(shù)構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò),不僅可以通過本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對家電的遙控,甚至可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)對Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行控制。隨著Z-Wave技術(shù)的不斷進(jìn)步與完善,該技術(shù)的應(yīng)用將不僅僅局限于智能家居,在工業(yè)自動化,農(nóng)業(yè)自動化等多個(gè)領(lǐng)域,都將發(fā)現(xiàn)Z-Wave無線網(wǎng)絡(luò)的身影。
