什么是Z-Wave，它是如何工作的？

2022-11-22 09:30

如果對(duì)經(jīng)營智能家居或智能家居技術(shù)有特殊興趣，可能會(huì)遇到Z-Wave這個(gè)術(shù)語。它可能是智能家居產(chǎn)品上的銘文，或者一個(gè)詞。

那，什么是Z-Wave？它是如何工作的，又是如何融入智能家居空間？讓我們來了解一下。

什么是Z-Wave？

Z-Wave是丹麥Zensys公司開發(fā)的一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于智能家居設(shè)備的通信協(xié)議。其于21世紀(jì)初開始流行起來，由于承諾，只要符合Z-Wave標(biāo)準(zhǔn)，不同制造商的智能家居產(chǎn)品就可以實(shí)現(xiàn)互操作。

都說Z-Wave是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，但什么是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)呢？簡單地說，這是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，不同于設(shè)備連接到一個(gè)像路由器一樣的單一中心集線器，網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備充當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，彼此連接，形成一個(gè)互連設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

Z-Wave是一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，這意味著Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)智能家居設(shè)備都可以充當(dāng)信號(hào)端點(diǎn)或信號(hào)的再分配點(diǎn)。換句話說，每個(gè)小裝置可以接收到一個(gè)信號(hào)并對(duì)其采取行動(dòng)，或者可以作為一個(gè)路由，將信號(hào)重新分配到網(wǎng)絡(luò)中最近的Z-Wave設(shè)備。

什么是Z-Wave Plus？

除了Z-Wave，還有Z-Wave的另一種迭代，叫做Z-Wave plus。那，什么是Z-Wave plus，其和Z-Wave有何不同？Z-Wave plus的核心仍然是Z-Wave，但有一些性能改進(jìn)。Z-Wave的Z-Wave Plus迭代介紹：

從328英尺提高到492英尺

電力需求減少50%

帶寬增加250%

更簡化的配對(duì)和取消配對(duì)Z-Wave兼容設(shè)備的過程

改進(jìn)的自愈性和容錯(cuò)性

Z-Wave是如何工作的？

作為一種智能家居協(xié)議，Z-Wave在功能上與藍(lán)牙和Wi-Fi類似，盡管這三種協(xié)議是不同的，且工作方式也不同。與Wi-Fi不同，Z-Wave是一種更節(jié)能、更低延遲的智能家居協(xié)議，在800-900 MHz的無線電頻率范圍內(nèi)工作。這比Wi-Fi運(yùn)行的2.4 GHz和5 GHz頻段要低得多。

那么，在較低頻段上運(yùn)行意味著什么，這有一些獨(dú)特的區(qū)別。盡管以更高頻率運(yùn)行的智能家居協(xié)議可能會(huì)攜帶更多的數(shù)據(jù)(如Wi-Fi)，但其范圍通常較短，且更容易受到物理障礙的阻礙。像Z-Wave這樣的低頻智能家居協(xié)議往往有更長的范圍，且不太容易受到物理屏障的信號(hào)抑制。

要了解Z-Wave的工作原理，了解其相互作用的組成部分是很重要的。基本上有兩種類型的Z-Wave設(shè)備，控制器和從設(shè)備。控制器是可以控制其他Z-Wave設(shè)備的Z-Wave設(shè)備，而從屬設(shè)備是可以由其他Z-Wave設(shè)備控制的Z-Wave設(shè)備。

Z-Wave控制器

Z-Wave控制器，其中一些可以作為集線器部署，負(fù)責(zé)：

啟動(dòng)并維護(hù)Z-Wave網(wǎng)絡(luò)。

從網(wǎng)絡(luò)中添加和取消配對(duì)Z-Wave節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

開放Z-Wave網(wǎng)絡(luò)，允許智能手機(jī)和電腦等設(shè)備與Z-Wave設(shè)備交互。

Z-Wave網(wǎng)絡(luò)只能有一個(gè)主控制器。主控制器的唯一ID作為Z-Wave網(wǎng)絡(luò)的Home ID，用于將Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備相互綁定，以方便創(chuàng)建網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

可以將其視為學(xué)生的ID標(biāo)簽。每個(gè)持有特定ID的學(xué)生可以允許進(jìn)入特定的教室，而持有不同ID的學(xué)生則不允許進(jìn)入。Z-Wave Home ID可以確保鄰居家里的Z-Wave網(wǎng)絡(luò)不會(huì)干擾自身的設(shè)備所連接的Z-Wave網(wǎng)絡(luò)，無論相距多近。

Z-Wave從屬設(shè)備

另一方面，Z-Wave從屬設(shè)備是家庭網(wǎng)絡(luò)中使用的與Z-Wave兼容的設(shè)備。其包括從智能恒溫器、運(yùn)動(dòng)傳感器、門鎖到開關(guān)和視頻門鈴的所有東西。一個(gè)Z-Wave網(wǎng)絡(luò)最多可以連接232個(gè)從屬設(shè)備。

所以，基本上，主控制器，在這種情況下會(huì)被部署為智能家庭樞紐，通常是連接到互聯(lián)網(wǎng)的Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。因此，當(dāng)主控制器從智能手機(jī)或電腦接收到開燈或燒水的命令時(shí)，其會(huì)將指令發(fā)送到Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

現(xiàn)在，由于Z-Wave采用了網(wǎng)格技術(shù)范式，信號(hào)可以從一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備或從屬設(shè)備重新分配，直到到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。這種網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有助于擴(kuò)展Z-Wave網(wǎng)絡(luò)的范圍，使其超出典型的節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)范圍。

使用Z-Wave的優(yōu)勢

以下是使用Z-Wave與其他智能家居通信協(xié)議對(duì)比的一些優(yōu)勢：

1、更少的干擾

藍(lán)牙、ZigBee和Wi-Fi都在2.4 GHz射頻空間內(nèi)運(yùn)行。有時(shí)，事情會(huì)變得混亂和擁擠，導(dǎo)致干擾。這就像試圖在擁擠的市場中交流，對(duì)方很有可能聽不清對(duì)話。通過在不那么擁擠的0.8~0.9 GHz頻段內(nèi)運(yùn)行，Z-Wave有效地降低了沖突和干擾的可能性。

2、降低衰減

使用Z-Wave的好處之一是衰減更低。較低的衰減僅僅意味著無線電信號(hào)可以穿過障礙物，比如臥室的墻壁，而不會(huì)失去太多的強(qiáng)度。失去太多的強(qiáng)度意味著即使在網(wǎng)絡(luò)的典型范圍內(nèi)，信號(hào)也可能失真或無法識(shí)別。

3、低能耗

Z-Wave與Wi-Fi等協(xié)議相比的最大優(yōu)勢之一是其最低的能源需求。Wi-Fi傳感器可以使用兩節(jié)AA電池，每三個(gè)月更換一次而單個(gè)紐扣大小的電池可以為使用Z-Wave的類似傳感器供電一年。

4、更長的范圍

與其他一些智能家庭通信協(xié)議不同，Z-Wave具有令人印象深刻的范圍。Z-Wave在室外的有效范圍約為330英尺，在室內(nèi)則為150英尺。但還有更多。Z-Wave是一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有可能重新分配信號(hào)。這可以顯著增加Z-Wave網(wǎng)絡(luò)的范圍。Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)設(shè)備的數(shù)量越多，其網(wǎng)絡(luò)的潛在范圍就越長。

5、易于設(shè)置

建立Z-Wave網(wǎng)絡(luò)非常簡單。Z-Wave兼容設(shè)備彼此通話也很容易。一旦把Z-Wave兼容設(shè)備帶回家，只需打開，將其與網(wǎng)絡(luò)配對(duì)，就可以被智能手機(jī)或電腦控制了。

使用Z-Wave的缺點(diǎn)

盡管Z-Wave是一個(gè)很好的智能家居協(xié)議，但也有一些缺點(diǎn)。這里有幾個(gè)：

1、頻率變化

理論上，所有Z-Wave設(shè)備都應(yīng)該是可互操作的。這是Z-Wave協(xié)議的關(guān)鍵承諾之一。然而，來自不同國家/地區(qū)的Z-Wave兼容設(shè)備往往存在兼容性問題，因?yàn)樵?.8至0.9 GHz(即800至900 MHz)頻段內(nèi)運(yùn)行的頻率不同。例如，在美國，Z-Wave協(xié)議在908.42 MHz頻段上運(yùn)行，而在歐洲則是868.42 MHz頻段。如果嘗試在歐洲使用為美國制造的Z-Wave兼容設(shè)備，可能會(huì)遇到麻煩。

2、昂貴的設(shè)備

與Z-Wave兼容的設(shè)備有時(shí)會(huì)很昂貴，因?yàn)閆-Wave是一項(xiàng)專利技術(shù)，由一個(gè)名為Z-Wave聯(lián)盟的私營企業(yè)管理。為了生產(chǎn)兼容Z-Wave的設(shè)備，需要付費(fèi)并通過Z-Wave聯(lián)盟設(shè)立的繁瑣的特定認(rèn)證過程。

3、低帶寬

Z-Wave對(duì)于需要大量帶寬才能正常運(yùn)行的智能家電來說，并不是一個(gè)理想的協(xié)議。盡管目前使用Z-Wave的智能家居設(shè)備可能不會(huì)遇到帶寬問題，但其有限的數(shù)據(jù)承載能力，在智能設(shè)備向更大帶寬使用傾向的時(shí)代代表了一個(gè)潛在的問題。