Z-Wave技术在智能家居中的应用

　　今天，家庭自动化比以往任何时候都重要。它不仅改变和改善了豪华住宅的日常生活，也改善了普通住宅的日常生活。大多数最终用户可能已经注意到各种智能家居产品中某些电子设备上的Z-Wave标志或标识。本文向好奇的智能家居租户和其他想了解Z-Wave技术及其应用的人介绍Z-Wave。

　　历史

　　有趣的是，第一个专门用于家庭自动化的无线协议之一是1975年发布的X10。它通过家庭电子设备（如可编程开关和插座）之间的数字突发无线电传输实现了120kHz的无线通信。作为无线通信领域的项目之一，X10与现代解决方案相比具有明显的局限性。一开始，由于某些家庭设备的限制，在收到命令后无法响应，这是一种单向的单工无线电通信。最近，该协议演变为提供双工无线电通信。不幸的是，这是一个昂贵的解决方案。其他问题与此无线协议有关，这是由连接在不同极性上的电路引起的，这些问题影响了通信可靠性和信号丢失。

　　流行的协议

　　越来越多且价格合理的智能家居解决方案是家庭自动化进一步发展和广泛部署的主要催化剂。与此同时，客户对技术的要求越来越高，并随着技术和市场一起发展。如今，在物联网技术的影响下，不同无线标准和协议（如蓝牙、ZigBee、Z-Wave、Wi-Fi、RFID或NFC）的可访问性将家庭自动化发展到新的更高水平。

　　在此过程中，无线通信的作用对于提供连接性至关重要，这是自动化建立中最重要的条件。就其性质而言，无线通信技术相互不同且不兼容；它们在不同的频率上工作，具有不同的范围和对障碍物的抵抗力，或支持不同的安全机制等。让我们讨论Z-Wave技术在智能家居环境中最重要的性能。

　　什么是Z-Wave技术？

　　丹麦公司Zensys于1999年推出了Z-Wave，作为一种专用于智能家居的无线技术。该技术于2002年开始在美国传播。它已成为嵌入在大多数智能设备（如锁、插头、加热控制、灯泡和各种传感器）中的家庭自动化的标准。

　　Z-Wave的电源消耗比其他重要的无线技术（如Wi-Fi）低，但范围比无线标准（如蓝牙）大。

　　不断发展的技术模型最近影响了Z-Wave，导致升级到Z-WavePlus标准（最初称为Z-Wave500）。Z-Waveplus增强了：

　　增加的范围（高达150m）

　　省电功能可将平均电池寿命延长50%以上

　　无线功能和升级

　　频带的扩展

　　可用的射频通道

　　通过自我修复提高可靠性

　　具有网络发现机制的容错功能

　　今天的Z-Wave

　　大多数新设备都嵌入了最新的Z-WavePlusv2标准，也称为700系列或Gen7，支持改进的S2安全框架和SmartStart。SmartStart是真正的即插即用支持，能够使用您家中的任何电子设备制作智能设备。最新的Z-Wave700标准于2019年推出，但尚未得到广泛部署。它提供了更多的节能特性，长达10年的电池寿命，超强的内存和处理能力，视线范围扩展到200m。

　　Z-Wave性能

　　典型的Z-Wave工作频率范围为800MHz至900MHz。与许多在拥挤的2.4GHz频段（例如Wi-Fi或ZigBee）中工作的无线技术不同，Z-Wave对干扰不敏感。精确的Z-Wave工作频率与不同国家的无线电频率分配计划相关。例如，频率在美国可以是908.40MHz、908.42MHz、916MHz，在英国和欧洲可以是868.40MHz、868.42MHz和869.85MHz。因此，如果来自美国的某人访问欧洲并购买Z-Wave设备，它可能无法在美国智能家居中使用。

　　网格

　　Z-wave无线标准支持网状拓扑，这意味着它可以实现相互范围内设备之间的连接，并在没有作为无线接入点或无线路由器的中央集线器的情况下扩展网络覆盖范围。请务必注意，中央智能家居中心在Z-Wave网络中的作用是管理和管理所有智能家居设备。但是，它不像Wi-Fi网络那样提供Internet连接。Z-Wave网络中有两种类型的设备：控制器或主从。主站通常是Z-Wave中央集线器，从站通常是不同的传感器或其他类型的信息生成器。

　　网状网络使信号能够在设备之间跳跃。在某些情况下，Z-Wave中继器（例如不同的智能插头）用于扩展无线网络覆盖范围并将信号从远程Z-Wave节点发送到中央智能家居集线器。此外，由于数据可以从设备跳到设备，因此可以在不在直接范围内的节点之间实现直接通信。Z-Wave网络中的节点之间最多启用四跳。这是一个必要的权衡，必须考虑网络大小、稳定性和允许在网络内传输消息的最长时间。网络中的其他节点也在加强其网状结构并提高网络覆盖范围。

　　使用新设备扩展网络是一个称为包容的过程。Z-Wave设备会自动检测命令和消息的最佳路由，而无需输入密码或SSID，就像在Wi-Fi网络中一样。每个Z-Wave网络都有其32位标识(ID)，也称为家庭ID。此外，Z-Wave网络中的所有设备都有其8位节点ID。这确保了智能家居中相邻Z-Wave网络之间的分离及其完全独立的功能。

　　理论上，Z-Wave网状网络支持232个节点――嵌入长效电池的设备，范围可达100米。该技术在915MHz工作频率下提供40kbps的典型数据吞吐量，在868MHz工作频率下提供20kbps的典型数据吞吐量。不可否认，它并未针对全高清视频流和在线游戏进行优化，但针对无线控制和传感器应用进行了优化。

　　Z-Wave远程网络于2020年9月发布，旨在将网状结构增加到2000个节点，将网络范围扩展4倍，并支持向后兼容标准Z-Wave网络。

　　在安全性方面，这种无线技术嵌入了AES-128加密解决方案，类似于其他无线标准（例如ZigBee）。它提供数据包加密、完整性保护和设备认证服务。它具有带内网络密钥交换和使用128位密钥长度的AES对称分组密码算法。在应用程序级别启用端到端安全性。

　　智能家居适用性

　　Z-Wave联盟成立于2005年，负责Z-Wave技术的管理和管理、其发展以及所有Z-Wave产品之间完全向后互操作性的提供。它聚集了700多个成员，已经认证了3000多种必须满足苛刻标准要求的产品。估计全球超过1亿的Z-wave产品覆盖了70%的智能家居市场。

　　基于Z-Wave技术的家庭自动化设置是用户友好的，并不意味着最终用户具有任何先前的技术知识。得益于网状网络功能的支持，Z-Wave产品可以自动找到对方，并与AmazonEcho或GoogleHome智能助手协同工作。此外，Wink2和三星SmartThings可与Z-Wave技术互操作。市场上有一些特定的Z-wave集线器，例如AeonLabs推出的AeotecZ-WaveZ-Stick或VERAEdge。

　　由于所有Z-Wave设备之间相互兼容，因此对它们的控制和管理毫不费力，不受Wink、Samsung、Insteon、OpenHAB、Homey、HomeAssistantCompanion或Imperihome等不同制造商的限制。一些对某些自动化很重要的代表性Z-Wave产品是FibaroFloodSensor、KwiksetObsidianSmartLock、RingDoor/WindowSensor、YaleKeyfreeConnected、D-Linkmydlink传感器、SomfyILT系列百叶窗、ADTSecurityHub、GELightingControl、EzloSecure、LogitechHomeHarmonyHubExtender、AugustSmartLock、ZipatoBulb2等。

　　Z-Wave

　　Z-Wave是一种经过验证的智能家居无线技术，已发展成为家庭自动化领域的黄金标准。某些性能，尤其是低功率传输、网状网络、与在负担过重的2.4GHz频率范围内工作的其他竞争无线标准相比相对较远的范围以及能源效率，使该技术成为家庭自动化的优质解决方案。

　　它的质量得到了丹佛斯、Fibaro、Aeotec、Homey、Ring和Yale等供应商的认可和接受，这些供应商开发了数千种认证解决方案。Z-Wave技术的用户友好性鼓励和激励租户做出明智的选择并在家中部署智能产品。