Protocolo Zwave para domótica

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¿Qué es Z-Wave?

Z-Wave es un protocolo de comunicaciones inalámbricas patentado y diseñado para la automatización del hogar, domótica, y soluciones comerciales de control. Fue diseñado originariamente por una compañía Danesa llamada Zen-Sys, aunque más tarde, en 2008, pasaría a formar parte de la empresa Californiana Sigma Designs.

Zwave permite la monitorización remota y el control específico de aplicaciones en ambientes residenciales y comerciales, lo que la hace idónea para las aplicaciones de domótica. La tecnología utiliza un transceptor de RF (Radio Frecuencia) de baja potencia, integrado, en todo tipo de equipamiento y productos de electrónica orientados a la domótica y de múltiples fabricantes, tales como sistemas de iluminación, aparellaje y mecanismos eléctricos, servicios de vigilancia y control de acceso, sistemas de entretenimiento, seguridad técnica y electrodomésticos.

Cada red Z-Wave puede incluir hasta 232 nodos, y consta de dos conjuntos de nodos: los controladores y los dispositivos esclavos. Los nodos pueden ser configurados para retransmitir el mensaje escuchado, a fin de garantizar la conectividad en el entorno con diferentes sistemas a los que van dirigidos, dentro de un entorno residencial. El alcance medio de comunicación entre dos nodos es de aproximadamente 30.5 m (100 pies), y con la capacidad, de este mensaje, de saltar hasta cuatro veces entre los nodos a la escucha, esto da suficiente cobertura para la mayoría de las viviendas.

También, a diferencia de otros complejos sistemas de domótica (automatización del hogar), los mandos a distancia, que operan el sistema, son simples, de dos o tres botones, no grandes paneles de control complicados. Además, puede ser fácilmente implementado en plataformas abiertas de domótica como Domoticz, que emplea Linux y una Raspberry Pi para su implementación en cualquier hogar.

 

 

Z-Wave es una tecnología inalámbrica de baja potencia.

A diferencia de Wi-Fi y otros sistemas LAN inalámbricos basados en IEEE 802.11 que están diseñados principalmente para el flujo de datos de banda ancha, el sistema Z-Wave RF opera en el rango de frecuencia de Megahertzios y está optimizado para comandos de bajo peso, tales como encendido y apagado (como en un interruptor de luz o un aparato), elevar y bajar (como en un control de termostato o el volumen de audio), etc, con la posibilidad de incluir, además, información de contexto sensible en todas sus comunicaciones.

Como ZWave no opera en la frecuencia de 2,4 GHz , muy concurrida, es en gran medida inmune a la interferencia generada por la electrónica inalámbrica doméstica más común. Esta ausencia de interferencias permite, un medio de control de ancho de banda estrecha estandarizada, que puede ser muy fiable frente a otros dispositivos inalámbricos comunes encontrados en nuestro hogar. Uno de los beneficios de Z-Wave frente a otros sistemas obsoletos como X10 (que utiliza el cableado eléctrico para comunicarse) es que puede operar en instalaciones sin neutro.

Los equipos ZWave pueden estar en modo de ahorro de energía y sólo serán activos un 0,1% del tiempo total, lo que reduce drásticamente el consumo de energía. Como resultado de su bajo consumo de energía y bajo costo de fabricación, Z-Wave se incrusta fácilmente en productos de electrónica de consumo, incluidos dispositivos que funcionan con batería, tales como mandos a distancia, detectores de humo y sensores de seguridad. Z-Wave es compatible actualmente con más de 250 fabricantes en todo el mundo y sigue ampliándose la gama de productos en los Estados Unidos, Europa y ahora en Australia.

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Aplicaciones

Z-Wave es una tecnología bidireccional de red mallada (topología en rejilla, MESH), donde cada dispositivo de la red es capaz de enviar y recibir comandos de control a través de paredes o suelos, y usar nodos intermedios para esquivar obstáculos del hogar, o puntos muertos de radio que podrían encontrarse en algunos hogares. Los dispositivos Z-Wave pueden trabajar individualmente o en grupos, y pueden ser programados en escenas o acontecimientos macros, que desencadenan múltiples dispositivos, ya sea de forma automática o mediante control remoto.

Algunas aplicaciones comunes para Z-Wave incluyen:

Control del hogar y gestión remota. Mediante la adición de ZWave en sistemas de seguridad, de iluminación, clima y, en las partes esenciales de un sistema domótico, permite controlar y supervisar estas funciones a través de Internet mediante un PC, un tablet o un teléfono inteligente. Las funciones de control se pueden aplicar a un solo dispositivo o grupo de dispositivos, en una habitación individual, o una zona, o en toda la casa. Las soluciones Z-Wave pueden ser programadas para enviar alertas o alarmas por correo electrónico o SMS cuando se detecta un problema. La detección de fugas y intrusiones no deseadas pueden ser detectadas como parte de una solución estándar.

  • Ahorro de Energía. ZWave es vista como una tecnología clave para la gestión de la energía en el hogar. A modo de ejemplo, existen reguladores de luz habilitados para Z-Wave capaces de aumentar o disminuir la salida de un circuito de iluminación de forma automática, en base a los comandos Z-Wave enviados por sensores de luz diurna. Además, los controles de escena agrupados, pueden asegurar que el consumo innecesario de energía se reduce al mínimo, permitiendo que el sistema se apague cuando los aparatos no están en uso., por no hablar de la importancia de tener gestionados los elementos de climatización dentro de nuestras casas.

 

  • Seguridad en el hogar y Sistemas de Seguridad. Z-Wave puede generar comandos basado en condiciones de tiempo real, y es capaz de controlar los dispositivos en grupos definidos, o en toda la casa, permite nuevas ampliaciones de seguridad en casa que no quieren grandes sistemas domóticos. A modo de ejemplo, la apertura de una cerradura de puerta Z-Wave puede desactivar un sistema de seguridad y encender las luces, cuando los niños llegan a casa de la escuela, y enviar una notificación al PC del padre o su teléfono móvil. La apertura de una puerta de garaje Z-Wave puede desencadenar el encendido de luces exteriores e interiores, mientras que un detector de movimiento Z-Wave puede activar una luz de seguridad exterior o una cámara web, lo que permite al usuario final controlar el hogar, mientras esta ausente.

 

  • Entretenimiento en el Hogar. La capacidad de Z-Wave para comandar varios dispositivos como un evento unificado (macro, escena, etc) hace que sea muy adecuado para aplicaciones de audio y vídeo en casa. Por ejemplo, un simple comando “Reproducir DVD” en el control remoto podría encender los componentes necesarios, enlazar las entradas correctas e incluso bajar las cortinas motorizadas y apagar las luces dela habitación. La tecnología RF de Z-Wave es también muy adecuada como una evolución de los típicos infrarrojos convencionales (IR) utilizados en nuestros viejos mandos a distancia, ya que no esta limitada por la línea de visión necesaria para comandar vía IR.

 

Topología y enrutamiento

Z-Wave utiliza una topología de rejilla (MESH), original desde la fuente, y tiene uno o más controladores maestros que controlan el enrutamiento y la seguridad. Los dispositivos se comunican mediante nodos intermedios, activamente buscando la ruta alrededor de los obstáculos o puntos muertos. Un mensaje del dispositivo A al C se puede entregar con éxito incluso si los dos nodos no están dentro del rango, siempre que un tercer nodo B puede comunicarse con los nodos A y C. Si la ruta preferida no está disponible, el autor del mensaje intentará otras rutas hasta que una ruta se encuentra con el nodo “C”.

Por lo tanto una red Z-Wave puede abarcar mucho más allá de la gama RFtradicional. Sin bien hay que detallar que con varios de estos saltos, un retraso puede ser introducido entre el control y el resultado deseado. A fin de que las unidades Z-Wave puedan ser capaces de enrutar los mensajes, no pueden estar en modo de reposo. Por lo tanto, no es práctico utilizar dispositivos alimentados por baterías para enrutar y hacer de transceptor de los mensajes, para ello utilizaremos los nodos de red alimentados a la fuente de alimentación principal. La mayoría de dispositivos que funcionan con baterías no están diseñados como unidades repetidoras, si no como dispositivos de control simples.

Una red ZWave puede tener hasta 232 dispositivos pero tenemos la opción de ir creando y cerrando redes si se requieren más dispositivos. Cada Controlador Primario Z-Wave viene de fábrica con su propia identificación (código de red único, no hay dos iguales), lo que permite a estas múltiples redes convivir.

Z-Wave está diseñado en base a un algoritmo de enrutamiento de mensajes altamente eficiente, por lo tanto, los problemas típicos asociados con otros “Flooding Algorithms) son irrelevantes para Z-Wave, en este sentido, es muy diferente de tecnologías como ZigBee, AODV, Insteon, y KNX RF que utilizan algoritmos “flooding”, incluso para la transmisión de cada comando.

 

Especificaciones RF

  • Ancho de banda: 9600 bit / s ó 100 kbit / s, ambas velocidades son totalmente interoperables
  • Modulación: codificación de canal GFSK Manchester
  • Rango: Aproximadamente 100 pies (30 m) condiciones “Aire libre”, con rango reducido asumido en el interior en función de los materiales de construcción y la situación radioeléctrica
  • Banda de frecuencia: Z-Wave Radio utiliza el 868.42 MHz Banda SRD (Europa, banda ISM de 900 MHz: 908.42 MHz (Estados Unidos); 916 MHz (Israel); 919.82 MHz (Hong Kong); 921.42 MHz (Australia / Nueva Zelanda).
  • Unidades Z-Wave puede funcionar en modo de ahorro de energía y sólo estar activos un 0,1% del tiempo, lo que reduce sustancialmente el consumo de energía, con la nueva serie 500 o Z-Wave Plus el consumo mejora.

 


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