随着基于无线传感器网络，家庭自动化和物联网的应用程序的增加，对替代通信协议的需求以及常规的蓝牙，Wi-Fi和GSM协议变得越来越明显。Zigbee和低功耗蓝牙（BLE）等多种技术已被开发出来，但Z-Wave是一项专门为家庭自动化应用服务的杰出技术。在今天的文章中，我们将研究Z-wave的技术特性，区别特征，标准等等。
什么是Z-Wave
Z-Wave是一种无线通信协议，主要为家庭自动化应用开发。它是由总部位于哥本哈根的Zensys于1999年开发的，是对他们创建的消费者照明控制系统的升级。它旨在使用低能量无线电波以高达100kbit / s的数据速率和高达40kbit / s的吞吐量（使用旧芯片的9.6kbit / s）提供可靠的，低延迟的小数据包传输。适用于控制和传感器应用。
基于网状网络拓扑并在未经许可的800-900MHz（实际频率变化）ISM频段内运行，基于Z-Wave的设备能够实现长达40米的通信距离，并具有消息上跳的附加功能最多4个节点之间。所有这些功能使其成为适用于家庭自动化应用（例如照明控制，恒温器，窗户控制，锁，车库门开启器等）的合适通信协议，同时避免了由于使用Wi-Fi和蓝牙而造成的问题性拥塞2.4GHz和5GHz频段。
Z-Wave协议如何工作？
为了了解Z-Wave协议的工作原理，让我们在三个主要部分中对该主题进行分析，即Z-Wave系统体系结构，数据传输/接收以及路由和连接到Internet
Z-Wave系统架构：
每个Z-wave网络都包含两大类设备：
- 控制器/主控
- 奴隶
主设备通常充当Z-Wave网络的主机，其他设备（从设备）可以连接到该网络。它通常带有预编程的NetworkID（有时称为HomeID），当通过称为``包含''的过程将它们添加到网络时，该ID分配给每个从站（不带有预编程的ID）。除了HomeID，对于添加到Z-wave网络的每个设备，通常由控制器分配一个称为NodeID的ID。的节点ID是每个网络（每HomeID）上独特的，因此，它被用于地址和主要识别特定网络上的每个设备。
包含的目的类似于路由器如何为其网络上的设备分配IP地址，而主设备类似于路由器/网关/设备集线器，唯一的区别是主设备与网络中从设备的网状关系。为了从Z-Wave网络中删除节点，执行称为“排除”的过程。排除期间，将从设备中删除家庭ID和节点ID。设备将重置为出厂默认状态（控制器具有自己的Home ID，而从站则没有Home ID）。
上面提到的HomeID和NodeID是Z-wave协议定义的两个标识系统，用于轻松组织Z-wave网络。
HomeID是属于特定Z-Wave网络的所有节点的通用标识，而NodeID是网络中各个节点的地址。
HomeID通常是预先编程的且唯一的，并且它们定义了特定的Z波网络。它们的长度为32位，这意味着有可能创建多达40亿（2 ^ 32）个不同的HomeID和不同的Z-wave网络。另一方面，Node ID的长度仅为一个字节（8位），这意味着我们在网络中最多可以有256（2 ^ 8）个节点。
除了允许轻松寻址节点之外，识别系统还有助于防止Z波网络受到干扰，因为具有不同HomeID的两个节点即使具有相同的NodeID也无法通信。这意味着您可以并排部署两个z-wave网络，而B不会收到来自网络A的干扰章程。
数据传输，接收和路由：
在典型的无线网络中，中央控制器/主机与网络中的节点具有直接的一对一无线连接。尽管对于那些协议来说，这种安排很有用，但它在数据传输方面产生了局限性，因此，如果其中一个与主机之间的链接中断，“设备A”将无法与“设备B”进行交互。但是，由于Z波的网状网络拓扑结构以及Z波节点向其他节点转发和转发消息的能力，对于Z波而言并非如此。这样可以确保即使网络中每个节点不在控制器的直接控制范围内，也可以与它们进行通信。为了更好地理解这一点，请考虑下面的图像；
Z波网络图显示，当节点6不在其无线电范围内时，控制器可以直接与设备1、2和4通信。但是，由于前面描述的功能，节点2将处于转发器/转发器状态，并将控制器的范围扩展到节点6，这样，任何发送到节点6的消息都将通过节点2。大型网络中的节点，例如节点2被称为路由，它们有助于Z-wave网络的灵活性和鲁棒性。为了确定消息应传播至特定节点的路由，Z-wave网络使用了一种称为路由表的工具。
Z-wave网络中的每个节点都可以确定其直接无线覆盖区域中的其他节点（称为邻居），并且在“包含”或以后的过程中，该节点会将这些邻居通知控制器。控制器使用每个节点的邻居列表，创建一个路由表，用于将路由映射到控制器直接无线范围以外的节点。
重要的是要注意，并非所有节点都可以配置为转发器。Z-wave协议仅允许插入的节点（非电池供电）充当“路由节点”。
连接到互联网：
通过其他协议使用最新的“网关/聚合器”方法，可以使用Z-Wave网关或控制器（主）设备同时充当集线器控制器和外部门户，通过Internet控制Z-Wave系统。例如Delock 78007Z -Wave®网关。
Z-Wave联盟
虽然最早的基于Z-wave的设备早在1999年就发布了，但是直到2005年，该技术才真正流行起来，当时包括家庭自动化巨头Leviton，Danfoss和Ingersoll-Rand在内的多家公司采用Z-Wave并结成联盟称为Z-Wave联盟。
该联盟的成立是为了促进基于Z-Wave的技术和设备的使用和互操作性。为此，该联盟开发并维护了Z-wave标准，并对所有基于Z-Wave的设备进行了认证，以确保它们符合该标准。该联盟最初有5个成员公司，但现在已有600多家公司生产2600多个Z-Wave认证的设备。
Z-Wave与其他协议之间的区别
为了理解为什么有另一个通讯协议（如Z-wave）有意义，我们将其与家庭自动化中使用的其他一些通讯协议进行比较，包括：蓝牙，WiFi和Zigbee
Z-wave vs蓝牙：
Z-Wave优于蓝牙的最明显优势是Range。Z波的有效覆盖范围比蓝牙有效。此外，蓝牙信号容易在干扰和干扰中产生干扰，因为它们在2.4GHz频带上发送和接收信息，从而与使用相同频带的基于WiFi的设备争夺带宽。
使用Z-wave，而不是使网络变慢或变得嘈杂，每个Z-wave信号中继器可以协同工作以使网络更强大，这样，您拥有的设备越多，就越容易创建能够绕过网络的强大网络。障碍。
Z-wave vs WiFi：
像蓝牙一样，基于WiFi的网络也容易受到干扰，中断和与范围相关的问题的影响，因此在这种情况下，其性能低于Z波网络。
除了与蓝牙设备争夺带宽外，WiFi设备也相互竞争，这可能会影响许多设备都基于WiFi的家庭中的信号强度和网络速度。Z-wave并非如此，因为随着向网络中添加更多设备，网络蓬勃发展。
但是，与Z波相比，基于WiFi的设备具有优势。它们能够发送更大的信息，例如高清视频流等，而基于Z波的网络则能够处理小字节的数据，例如传感器数据或打开/关闭灯泡的指令。
Z-wave与Zigbee：
Zigbee是另一种无线技术，与Z-wave一样，它在设计时就考虑了家庭自动化和附近的无线传感器网络。像Z-wave一样，它基于Mesh网络拓扑，Zigbee网络上的每个设备都有助于增强信号。但是，与Z-wave不同，它在2.4GHz频段上工作，这意味着它还可以与WiFi和Bluetooth竞争带宽，并且还容易受到与它们相关的干扰和网络速度的挑战。
我需要让您决定的另一个差异是，尽管Z-Wave是专有技术（尽管有计划使软件开源），但Zigbee是开源的事实。
Z-Wave的优缺点
像所有事物一样，Z-Wave既有优点也有缺点。我们将一个接一个地讨论它们。
Z-Wave的优点
Z波的一些优点包括：
- 理论上支持232台设备的能力，实际上至少支持50台设备。
- 信号可以在室内传播达50英尺，允许障碍物传播，而在100英尺范围内不受阻碍。这种覆盖范围在户外有相当大的扩展。随着设备之间的四跳进一步扩大了范围，覆盖范围将不再是连接房屋庞大的问题。
- Z-wave联盟由多达600个制造商组成，生产2600多种认证设备，以确保兼容性。
- 由于使用了ISM频段，因此干扰较小。
- 凭借强大的网状拓扑，与其他网络相比，死点更少
- 它价格合理，易于使用。
缺点Z波
与某些其他通信协议不同，Z-Waves专为家庭自动化应用而设计，因此，它是针对应用需求量身定制的，几乎没有缺点。但是，在需要部署50台以上设备的家庭中，50台设备（而不是名义上的232台）的可用限制可能是一个挑战。
而且，由于无法维持大字节数据的传输，因此在诸如视频监控之类的应用中就没有那么有用了，在视频监控中，需要在终端设备之间流传输数百万字节的数据。
结论
Z波对家庭自动化而言就像LoRa对更广泛的IoT领域一样。与家庭自动化细分市场中的所有其他协议相比，它的最大优势在于它是为该细分市场设计的。这意味着它通常会比为更广泛的消费而设计的其他协议更好地执行，并且至少在该细分市场中的至少80％的应用程序中将表现相对良好。