Z-wave浪潮席卷家居市場,你準(zhǔn)備好了嗎？-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯Z-wave浪潮席卷家居市場,你準(zhǔn)備好了嗎？-基礎(chǔ)電子1前言

隨著無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，人們對家居環(huán)境的自動化提出了更高的要求，對智能家居的功能方面有了更高的要求，對無線設(shè)施的需求也不斷增加。而Z-Wave就是隨著這種需求產(chǎn)生的，這種技術(shù)不僅成本低廉、安全性能高，而且設(shè)計針對性強(qiáng)，非常適合在智能家居中應(yīng)用。

近年來，隨著無線技術(shù)的快速發(fā)展，DanfossZ-Wave、Intermatic、Levition、WayneDalton、UEI等170多家公司加入了由Zensys牽頭組建的Z-Wave聯(lián)盟，將矛頭直接指向了ZigBee，兩者之間開始進(jìn)行一場沒有硝煙的戰(zhàn)爭，后來隨著國際大廠Cisco和Intel在2022年宣布投資Zensys公司，并加入Z-Wave聯(lián)盟機(jī)構(gòu)，更堅定了Z-Wave在家庭自動化領(lǐng)域的地位，現(xiàn)在多款采用Z-Wave協(xié)議的產(chǎn)品已經(jīng)走向市場。BuLogics公司稱它已開發(fā)出市場上個兼容智能網(wǎng)絡(luò)的Z-Wave無線控制器。該裝置被命名為智能家庭網(wǎng)絡(luò)控制器，目的是為基于Z-Wave協(xié)議的家域網(wǎng)和基于ZigBee協(xié)議智能能源配置的計量框架之間提供橋接。

2z-Wave技術(shù)的簡介

Z-Wave是由丹麥公司Zensys所一手主導(dǎo)的無線組網(wǎng)規(guī)格，其微控制器采用六倍速8051架構(gòu)，搭配32KB的FlashROM以及256KB的SRAM，使用的路由協(xié)議是SourceRouting，鎖定家庭自動化平臺的一種無線技術(shù)。

2.1Z-Wave技術(shù)的特點

（1）低成本Z-Wave系統(tǒng)在一個家庭應(yīng)用系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)233個節(jié)點、能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點間的通信路由，雖然它的系統(tǒng)沒能做到像ZigBee那樣龐大，但是這個系統(tǒng)對于家庭控制來說已經(jīng)足夠了，這就保證了Z-Wave的低成本，另外Z-Wave技術(shù)使用的帶寬僅有9.6kb/s,這也是低成本的一個重要因素，除此之外Z-Wave置于一個集成的模塊里，例如第二代單芯片ZW02022-Wave，就是多種器件集成在單個芯片上，這就大大的降低了開發(fā)成本。

（2）低功耗

使用Z-Wave技術(shù)的家庭設(shè)施由于在控制及信息交換中的通信量較低，因此十幾KB/s的通信速率已經(jīng)足夠能勝任這個通信負(fù)荷，因此完全可以采用電池供電，這就降低了家用設(shè)施的運(yùn)行功耗。

（3）高可靠性

Z-Wave為雙向傳輸?shù)臒o線通信技術(shù)，運(yùn)用此技術(shù)可以實現(xiàn)在搖控器上顯示操控信息與狀態(tài)信息，相對的傳統(tǒng)單向紅外線遙控器就難以實現(xiàn)此種設(shè)計。同時Z-Wave網(wǎng)絡(luò)是一種以點對點為主的通信網(wǎng)絡(luò)，它不會由于一個節(jié)點的故障而影響其他的節(jié)點的工作。另外該技術(shù)不像其它的射頻技術(shù)一樣，使用公共頻帶進(jìn)行傳輸，而是采用雙向應(yīng)答式的傳送機(jī)制、壓縮幀格式、隨機(jī)式的逆演算法減少失真和干擾，另外，現(xiàn)在Z-Wave的傳輸帶寬從初的9.6kbps提升至40kbps后，也將會進(jìn)一步開始考慮提供加密的措施。此舉一旦成功，在安全可靠性方面，Z-Wave將會進(jìn)一步加強(qiáng)。

（4）覆蓋性

控制系統(tǒng)大都受距離和可靠性的限制，因此以往大部分控制系統(tǒng)需要有線連接來確保對整幢建筑的覆蓋。Z-Wave可支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，其多點對多點的連接方式可提供更高的可靠性以及更大的覆蓋范圍。該技術(shù)中集成的動態(tài)路由機(jī)制實現(xiàn)了虛擬的無限制信號傳輸范圍，每個Z-Wave設(shè)備都可以將信號從一個設(shè)備重傳至另一個，從而保證高度可靠的傳輸覆蓋整個家庭范圍。

2.2傳輸方式

Z-Wave是一種低速率短距離的無線通信新技術(shù)，其傳輸方式是中繼傳輸方式，此方式具有傳輸穩(wěn)定性好、可靠性高、實時性好的特點，能隨其網(wǎng)絡(luò)調(diào)整而迅速調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性較強(qiáng)，方便進(jìn)行產(chǎn)品的安裝。圖1為Z-Wave通過中繼傳輸方式來通信，圖中為Z-Wave跨房間轉(zhuǎn)傳聯(lián)系的示意圖。

2.3協(xié)議棧

相對于ZigBee無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而言，Z-Wave協(xié)議構(gòu)架緊湊簡單，具體實現(xiàn)要求更加容易，協(xié)議構(gòu)架包括應(yīng)用層ApplicationLayer、路由層RoutingLayer、傳輸層TransferLayer、媒體介質(zhì)層MAC。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的譯碼和指令的執(zhí)行，路由層主要負(fù)責(zé)確保數(shù)據(jù)幀在不同節(jié)點間能夠多次重復(fù)傳輸、掃描網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途S持路由表等，傳輸層主要用于提供接點之間的可靠的數(shù)據(jù)傳輸，媒體介質(zhì)層采用了載波偵聽多址、沖突避免（CSMA/CA）機(jī)制以防止其他節(jié)點傳送信號。

3Z-Wave技術(shù)較ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢

與同是低成本、低速率、低功耗的ZigBee技術(shù)相比，Z-wave在成本方面、靈活性方面、互操作性方面更具有優(yōu)勢。兩者的主要特性如表1所示。

3.1成本方面

家用市場看重的是低成本、組網(wǎng)安全性和易用性，Z-Wave始終專注于家庭控制應(yīng)用市場，應(yīng)用領(lǐng)域明確，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，而ZigBee技術(shù)不僅要滿足家用市場，同時要滿足建筑自動化及工業(yè)控制應(yīng)用等多種應(yīng)用，這就意味著包含更多的協(xié)議，需要占用更多的內(nèi)存，所以成本要更高一些。

3.2靈活性方面

采用Z-wave技術(shù)的家庭設(shè)施有望在將來都會被分配給本局域網(wǎng)內(nèi)的IP地址，人們就會像對現(xiàn)在計算機(jī)局域網(wǎng)進(jìn)行操作那樣對家里的一切設(shè)施進(jìn)行操作了，而對于現(xiàn)在的第二代單芯片ZW02022-Wave，此芯片包括一個8051微控制器、一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC、一個串行外設(shè)接口SPI等多種器件，但這些器件都集成在單顆芯片上，這樣就使得體積非常小，因此極易集成到尺寸要求嚴(yán)格的產(chǎn)品中，非常適合電池的應(yīng)用，比ZW02022功能更加強(qiáng)大的第三代芯片業(yè)已經(jīng)產(chǎn)生。而且，Z-Wave近提出的40kbps速率能與原有9.6kbps速率的節(jié)點裝置完全兼容互通，即是在同一個Z-Wave網(wǎng)絡(luò)內(nèi)能并存運(yùn)用9.6kbps的節(jié)點與40kbps的節(jié)點，如此在布建的規(guī)劃設(shè)計與延伸上可更便利，而Zigbee在使用和安裝方面就沒有如此的靈活。

3.3互操作性方面

Zensys和他的合作公司已經(jīng)兼顧了以下各個方面：無線電、子系統(tǒng)和資格，Z-Wave是一個標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，并且工作于穩(wěn)定的FSK無線電方式，到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)什么可以影響他的互操作性。

相對于Z-Wave技術(shù)而言，ZigBee技術(shù)支持的頻段比較多，包括2.4HZ、868MHZ、915MHZ,所以ZigBee產(chǎn)品運(yùn)行在不同的頻段時，就面臨互操作性的問題。而對于一般的用戶而言，更愿意購買價格便宜并且互操作性高的產(chǎn)品。隨著WLAN的快速發(fā)展，例如無線電視，無線安全技術(shù)，無線安全防護(hù)，無線上網(wǎng)等的快速興起，導(dǎo)致2.4GHZ頻段被頻繁的利用，這就造成了在很多場合會和ZigBee技術(shù)產(chǎn)生沖突，在通信時，WLAN就是干擾ZigBee，使通信的質(zhì)量下降，Danfoss曾對數(shù)家供應(yīng)商的芯片組進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)除例外的其它所有情況下，ZigBee無線信號均受到了無線局域網(wǎng)（WLAN）信號的阻隔，而Z-Wave技術(shù)和WLAN使用完全不同的頻段，就不會出現(xiàn)這樣的干擾問題。

除了上述的優(yōu)點之外，Z-Wave技術(shù)依然面臨著重大的挑戰(zhàn)，比如ZigBee有國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4為其技術(shù)根基，這無疑將使自身所倡導(dǎo)的ZigBee技術(shù)在以后的發(fā)展和推廣中具有他人無法比擬的潛在優(yōu)勢。相對的，丹麥Zensys公司所提出的Z-Wave技術(shù)不僅沒有國際標(biāo)準(zhǔn)為其依靠，應(yīng)用上也僅止于家庭自動化，不像ZigBee能同時適用在工控、醫(yī)療、安全等多種領(lǐng)域。

Z-Wave面臨的一個重要的問題就是芯片的供應(yīng)商的短缺，目前只有Zensys一家，這樣在芯片成本問題上，將是Z-Wave強(qiáng)搶占市場的絆腳石。Zensys公司針對這些方面正積極地做出調(diào)整，積極地加入國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，一旦成功，將會對ZigBee造成巨大的威脅。

4結(jié)語

在無線通信技術(shù)飛速發(fā)展的時代，同樣追求低速率、低消耗、低成本、結(jié)構(gòu)簡單的無線通信技術(shù)Z-wave與Zigbee勢必會在搶占市場方面產(chǎn)生競爭。