По праву, одна из самых востребованных и распространенных беспроводных технологий для «умного дома” - протокол Z-Wave. Поэтому неудивительно, что сегодня этот способ связи в Интернете вещей поддерживает более двухсот компаний-производителей. 

Истоки этой технологии прослеживаются еще в далеком 2005 году. Тринадцать лет назад   компания Zen-Sys (позже интегрирована в Sigma Designs) разработала Z-Wave Alliance.  На данный момент Z-Wave протокол является закрытым для сторонних датчиков, но даже такой статус позволяет работать системе в широком диапазоне с огромным арсеналом смарт-оборудования.  Данный протокол обмена информацией обеспечивает работу в действительно больших помещениях площадью до 500 кв. м. При этом сигнал с легкостью проходит даже сквозь стены пятиэтажного дома. В отличие от других возможных протоколов, Z-WAVE позволяет пользователям «умных систем» создать дом с интеллектом своими собственными руками.

Примечательно, что для беспроводной связи по протоколу Z-Wave используются абсолютно безопасные для здоровья человека и животных радиоволны низкой мощности. 

Преимущества протокола Z-Wave

Из существенных преимуществ этого протокола передачи информации отметим:

• отсутствие необходимости прокладки проводов или кабеля;

• нет необходимости в демонтаже стен, потолков;

• сигнал отлично работает даже при наличии препятствий (стены, мебель, пол);

• подходит для установки системы «умный дом» своими руками;

• обеспечивает бесперебойную работу с охватом до 500 метров квадратных;

• высокая скорость до 100 Кбит/с в последних моделях;

• низкое энергопотребление;

• встроенная возможность набора несложных команд.

Принципы работы

Протокол Z-Wave был разработан специально для  «умного дома» и способен автоматизировать любую из подключенных домашних подсистем. Например, системы освещения, вентиляции, отопления и водоснабжения.

Обслуживание данного протокола происходит по собственному API адресу и внешнему интерфейсу устройства пользователя. Современная версия этой программы доступна для операционных систем Windows, IOS и Linux. При совместной работе на традиционных персональных компьютерах потребуется наличие собственного адаптера Z-Way USB. 

Кроме того, Z-WAVE открыт для операционной системы Raspberry Pi, работа с которой осуществляется по Сети с помощью веб-браузера. Для удобства пользователей в Интернете запущен портал для удаленного доступа к настройкам. Благодаря легкодоступному интерфейсу, пользователь в любой момент может изменить IP-адрес устройства, совершить перезагрузку, задать пароли или обновить прошивку версии. 

Отметим, что производитель технологии Z-WAVE предоставляет полную документацию, доступную разработчикам для создания собственных новых версий интерфейсов для системы Smart Home.

Непосредственно сама программа Z-Way предусматривает несколько различных по возможностям вариантов веб-интерфейсов, которые отличаются внешним дизайном.

Актуальные версии для протокола Z-WAVE

Одна из представленных базовых версий для протокола Z-WAVE - «Expert UI». Создана она для настройки на базовых уровнях и контроля работы всей системы. Именно Expert UI является основным помощником для подключения прибора к сети, здесь же происходит настройка параметров, автономная проверка таблиц маршрутизации и многие другие необходимые операции. Этот вариант интерфейса существует и на русском языке, что позволяет протоколу Z-WAVE оставаться одной из самых востребованных беспроводных технологий в России на равных с Bluetooth и Wi-fi.

Вторая усовершенствованная версия - Z-Way Home Automation UI. Она несколько дружелюбнее и понятнее для пользователей, однако на данный момен представлена только лишь на английском языке. Этот вариант протокола Z-WAVE позволяет использовать разные скрипты и дополнительные виджеты для настройки функциональности работы все «умной системы». Данный инструмент был создан для работы с мониторами разрешения до 1024x768. Первый экран, именуемый Dashboard, позволяет создать и собрать виджеты, которые необходимы для управления и контроля. Именно здесь можно настроить состав и расположение всех элементов.

Второй экран содержит в себе все запрограммированные пользователем в системе модули, которые могут сортироваться по собственным фильтрам и категориям. Например, можно сделать сортировку по названию, типу и даже отдельным комнатам. Сами виджеты чаще представляют собой аппаратные устройства, но могут быть и исключительно виртуальными. В настройках существует возможность задавать общие параметры и отдельно опции для каждой из комнат. 

Так, например, раздел «General» может использоваться для разных профилей одного микроконтроллера. Пункт «Rooms», в свою очередь, распределяет устройства по отдельным помещениям для определенных сценариев работы системы «умного дома». Следующий пункт «Widgets» создан для программирования отдельных параметров для виджета. Для удобства в настройках можно заменить названия всего оборудования, подключенного к системе «умный дом», на наиболее удобные и понятные наименования для конкретного пользователя. Здесь же осуществляется назначение значков, тегов, хранение информации и указание функций для программных устройств.

В настройках раздела «Automation» возможно программирование общего алгоритма системы «умный дом» и создание виртуальных устройств. Разработчики данной версии предлагают для настройки сценария работы системы большое количество интересных опций. 

Одна из самых популярных - это автоматическое отключение прибора через определенный период времени. Причем это может происходить с возможной группировкой определенных устройств. Еще одна интересная опция для создания сценария работы системы «умного дома» - Logical rules. Она подразумевает использование многоуровневых датчиков и может осуществлять контроль и управление в соответствии с наступлением определенных событий или времени суток. 

В рассматриваемой нами версии присутствует возможность опроса всех устройств,  работающих на автономных батареях, каждые семь дней. Это чрезвычайно удобно, так как система сама оповестит о низком заряде или о необходимости замены элементов питания.  

Не обошлось и без важной опции для любой беспроводной технологии для «умного дома» - отправки уведомлений на смартфон с помощью СМС или с помощью письма на электронную почту пользователя. Для того, чтобы это стало возможным, необходимо активировать раздел Notification в настройках приложения.

Это, конечно же, далеко не все возможности для данного протокола. Также возможно последовательное переключение сценариев, реализация сложных алгоритмов и многое другое. Текущая версия далеко ещё не завершенный проект, хотя на данном этапе уже созданы воистину удивительные возможности для программирования и функционирования сложных схем и устройств в рамках протокола Z-Wave. 

Третья версия протокола находится на стадии разработки и именуется как «TV UI». Вектор этого интерфейса направлен на взаимодействие с «умными» телевизорами, приставками и приложениями для просмотра телепередач. Контроль происходит либо через телефон, либо через пульт дистанционного управления. В настройках уже запрограммирован определенный набор необходимых виджетов. 

Завершает список версия «Mobile UI», обеспечивающая базовый набор опций для контролирования и управления всеми устройствами, подключенных в систему «умный дом». На данный момент разработчики предлагают использовать этот интерфейс в качестве дополнительного варианта. Пока что работа происходит лишь с физическими приборами, дополнительных скриптов и виджетов интерфейс не поддерживает.

Совместимость

Для работы протокола Z-WAVE в разных странах используют разные частоты. В настоящее время Россия поддерживает работу протокола на частоте 869 МГц. Отметим превосходную совместимость этого протокола практически с любыми гаджетами и девайсами, представленными на современном рынке устройств для «умного дома». С данным протоколом отлично соединяются контроллеры, управляющие устройства, диммеры, выключатели, термостаты, сенсоры и датчики. Список можно продолжать, так как Z-WAVE действительно идеально подходит для эффективной устойчивой работы подсистем, подключенных к «умному дому».

Большая часть устройств представляют собой легко встраиваемые комплекты, которые монтируются взамен стандартным выключателями и розеткам. В альтернативном варианте они могут быть представлены в виде накладных или съёмных приборов. 

Настройка сети Z-WAVE

Для обеспечения работы сети Z-WAVE необходимо подключение в систему специального контроллера, который зачастую работает в диапазоне в пределах допустимых границ. Однако в то же время он не является основным устройством, обеспечивающим обмен и передачу данных между подключенными гаджетами, число которых может превышать 200 единиц. 

При необходимости можно использовать целую группу контроллеров для обеспечения работы сложных подсистем или просто в качестве дублирования. Сам адаптер должен быть подключен к стабильному электропитанию. Для некоторых исполнительных устройств отлично подходит опция частого мониторинга. Как правило, они находятся в энергосберегающем режиме, но при этом в случае обнаружения сигнала для действия - мгновенно «просыпаются» и исполняют заданные команды, поступающие от генерального контролера. 

Для контроллера подходят готовые решения системы «умного дома» под ключ, так и отдельные устройства с USB-передатчиком с платформой Z-Wave. Через сам контроллер работает все программное обеспечение, которое реализует все алгоритмы и сценарии в системе «умный дом».

Готовые решения, хоть и удобнее в эксплуатации, но, к сожалению, несколько ограничивают возможности системы. А вот «умный дом», подключенный по протоколу Z-WAVE, открывает действительно колоссальный арсенал всевозможных опций и интересных решений. Для осуществления такого варианта, безусловно, от пользователя потребуется некоторый опыт и знания в программировании.

Существенный плюс - возможность реализации управления и контроля системы в облачных хранилищах. В таком случае, все алгоритмы, сценарии, настройки происходят на определенных серверах. Для пользователя понадобятся лишь датчики, актуаторы и сам приемник. Как вариант, контроллер может представлять устройства, которые рассчитаны на выполнение определенных небольших задач в рамках системы «умный дом». Например, это могут быть реле управления, термостаты, автоматика для дверей и окон. 

Главный этап в подключении устройств к генеральному контролеру происходит с помощью определенного пункта в программе и активации всех приборов. 

Безопасность

Стоит отметить, что сегодня вопрос безопасности и защиты от взлома протокола Z-Wave  практически не изучен. С одной стороны, большая часть устройств работают без шифрования информации, однако, несмотря на это, для взлома системы потребуется специальное оборудование и максимально близкий контакт с генеральным компьютером. К счастью для пользователей, такой вариант на практике маловероятен.

В свою очередь, работа некоторого оборудования, испытывающего высокую потребность в защите, в условиях соединения по протоколу Z-WAVE, шифруется с помощью ключей, передаваемых от гаджетов к контроллеру. Чаще всего это электронные замки, реле управления открытия и закрытия окон и дверей.

Таким образом, Z-WAVE способен обеспечить достаточно высокий уровень безопасности всей системе. Согласно заявлениям производителя, в дальнейшем защита и шифрования передачи данных будет совершенствоваться.

В завершении

Решения для интеллектуальной домашней системы, объединенные посредством протокола Z-Wave, предоставляют огромные возможности для современной квартиры или частного дома. Индивидуальный проект системы «умный дом» позволяет создать собственные правила взаимодействия между приборами со своим уникальным программным обеспечением. Именно эта особенность несколько затрудняет оценку ценовой политики, ведь итоговая стоимость зависит от огромного ряда факторов и оценивается исключительно индивидуально.

Это надежное, комфортное для пользователя и разработчиков решение не имеет особых нареканий. Структура протокола обеспечивает достаточный охват для работы системы на больших площадях при идеальном качестве сигнала. Это действительно уникальная, отлично организованная технология, которая со временем обещает стать еще лучше.