短距離無線通信技術種類比較多,包括大家熟悉的藍牙技術、Wi-Fi技術、IrDA技術、Zigbee技術等等。Z-Wave技術是由一家跨國芯片和軟件開發商Zensys公司開發的一種短距離無線通信技術,起初主要用于智能無線家居(Intelligent Wireless Home),為了促進消費者認可并且信任在無線家居控制領域應用Z-Wave技術,確保所有成員的系統和設備之間的互通性,給產品提供售后合作和服務,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聯盟(Z-Wave Alliance)。目前,Z-Wave聯盟已有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、適于網絡的短距離無線通信技術。工作頻帶為908.42MHz(美國)～868.42MHz(歐洲),采用FSK(BFSK/GFSK)調制方式,數據傳輸速率為9.6kbps,信號的有效覆蓋范圍在室內是30m,室外可超過100m,適合于窄帶寬應用場合。隨著通信距離的增大,設備的復雜度、功耗以及系統成本都在增加,相對于現有的各種無線通信技術,Z-Wave技術將是最低功耗和最低成本的技術,有力地推動著低速率無線個人區域網。
Z-Wave技術設計用于住宅、照明商業控制以及狀態讀取應用,例如抄表、照明及家電控制、HVAC、接入控制、防盜及火災檢測等。Z-Wave可將任何獨立的設備轉換為智能網絡設備,從而可以實現控制和無線監測。
Z-Wave技術在最初設計時,就定位于智能家居無線控制領域。采用小數據格式傳輸,40kb/s的傳輸速率足以應對,早期甚至使用9.6kb/s的速率傳輸。與同類的其他無線技術相比,擁有相對較低的傳輸頻率、相對較遠的傳輸距離和一定的價格優勢。
Z-Wave技術專門針對窄帶應用并采用創新的軟件解決方案取代成本高的硬件,因此只需花費其它類似技術的一小部份成本就可以組建高質量的無線網絡。
Z-Wave的網絡結構
每一個Z-Wave網絡都擁有自己獨立的網絡地址(HomeID);網絡內每個節點的地址(NodeID),由控制節點(Controller)分配。每個網絡最多容納232個節點(Slave),包括控制節點在內�？刂乒濣c可以有多個,但只有一個主控制節點,即所有網絡內節點的分配,都由主控制節點負責,其他控制節點只是轉發主控制節點的命令。已入網的普通節點,所有控制節點都可以控制。超出通信距離的節點,可以通過控制器與受控節點之間的其他節點,以路由(Routing)的方式完成控制。
Z-Wave的路由技術
Z-Wave采用了動態路由技術,每個Slave內部都存有一個路由表,該路由表由Controller寫入。存儲信息為該Slave入網時,周邊存在的其他Slave的NodeID。這樣每個Slave都知道周圍有哪些Slaves,而Controller存儲了所有Slaves的路由信息。當Controller與受控Slave的距離超出最大控制距離時,Controller會調用最后一次正確控制該Slave的路徑發送命令,如該路徑失敗,則從第一個Slave開始重新檢索新的路徑。
Z-Wave的應用
三室一廳房間的Z-Wave系統解決方案:由3個嵌入式照明控制器,3個墻壁開關,一個全功能紅外遙控器,一個觸摸控制屏夠成主系統;嵌入式情景控制器,手持式情景控制器為功能擴展模塊。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。
鑒于該系統中所有設備均使用了路由技術,安裝時只需保證每兩個嵌入式設備之間的距離小于最遠通信距離即可。安裝完成后,通過HRPZ全功能紅外遙控器先將所有設備入網,待觸摸控制屏入網后,可同步更新所有入網設備至觸摸控制屏中。
設備入網后,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入網電器的開關狀態,并且可以方便的對其進行控制。如將觸摸控制屏接入Internet網絡,則可以利用PDA,PC機等通過Internet網絡遠程控制家中的電器。在配有HRPZ全功能遙控器的系統中,用戶可以更加方便的實現在家中的移動控制。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機配置軟件設置會議、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技術的近距離無線組網通信技術,是由芯片與軟件開發商Zensys與另外多家組建的一個新的聯盟Z-Wave聯盟,以推動在家庭自動化領域采用Z-Wave協議。
Z-Wave是由丹麥公司Zensys所一手主導的無線組網規格,Z-Wave聯盟(Z-Wave Alliance)雖然沒有ZigBee聯盟強大,但是Z-Wave聯盟的成員均是已經在家庭自動化領域有現行產品的廠商。尤其是國際大廠思科(Cisco)與英特爾(Intel)的加入,也強化Z-Wave在家庭自動化領域的地位。
Z-Wave鎖定的技術平臺就是家庭自動化,Z-Wave的角色即為替代現行的X-10規格,目前已經有X-10與Z-Wave共生的橋接器產品出現。而衍生出的產品琳瑯滿目,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。在節點數方面,一個Z-Wave網路可支援兩百三十二個點。
Z-Wave使用的路由協議是源路由(Source Routing),在源頭發出封包就可以直接在封包內指定詳細路由的路徑。這個做法大大省去每個節點花在路由上的資源。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,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,并將自己的產品與Windows系列產品結合,Zensys提供Windows開發用的動態連結資料庫(Dynamically LinkedLibrary,DLL),設計者可直接調用該DLL內的API函數(ADPlication Program Interface,API)來做PC軟體設計。
尤其PC與遙控器的使用者介面才是使用者直覺產生使用者經驗的媒介,加上產品造型的工業設計與質感,更是提升價值所在之處,而這些都是所有Z-Wave聯盟廠家愿意投資的領域。而其余的技術,都由平臺提供商負責,使得Z-Wave的客戶可以專心致力于提升并加強使用者經驗。
Z-Wave的發展前景
Z-Wave是一種結構簡單、成本低廉、性能可靠的無線通信技術,通過Z-Wave技術構建的無線網絡,不僅可以通過本網絡設備實現對家電的遙控,甚至可以通過Internet網絡對Z-Wave網絡中的設備進行控制。隨著Z-Wave技術的不斷進步與完善,該技術的應用將不僅僅局限于智能家居,在工業自動化,農業自動化等多個領域,都將發現Z-Wave無線網絡的身影。
