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Tecnología de automatización del hogar Z-Wave

Tecnología de automatización del hogar Z-Wave

El concepto de la tecnología Z-Wave es que utiliza un circuito de radio RF de baja potencia que está integrado en los dispositivos y sistemas electrónicos domésticos.

La tecnología Z-Wave está dirigida a una serie de áreas de domótica inalámbrica que incluyen iluminación, control de acceso residencial, sistemas de entretenimiento y todo tipo de electrodomésticos. Z-Wave se puede utilizar dentro de una red (Home Area Network, HAN) y, por lo tanto, se puede utilizar para configurar todas las áreas de domótica, posiblemente controladas por un solo controlador.

Con muchos más dispositivos domésticos controlados de forma remota, se considera que la tecnología Z-Wave tiene una gran oportunidad de mercado, especialmente con la conversación sobre Internet de las cosas, IoT cada vez más generalizado.

Los módulos Z-Wave están disponibles en una variedad de fuentes a un precio relativamente bajo y, por lo tanto, proporcionan un formato excelente para la automatización del hogar.

La Unión Internacional de Telecomunicaciones, UIT, ha incluido las capas Z-Wave PHY y MAC como una opción en su estándar G.9959. Esto define un conjunto de pautas para dispositivos inalámbricos de banda estrecha por debajo de 1 GHz.

Alianza Z-Wave

Para apoyar y promover la tecnología Z-Wave, se fundó una organización conocida como Z-Wave Alliance.

Se trata de un consorcio de fabricantes que tienen productos en su sector. Al tener un estándar común, la participación de mercado aumenta ya que los usuarios pueden seleccionar productos de diferentes fabricantes para satisfacer sus necesidades de manera más exacta.

La Alianza también proporciona certificación de productos, lo que permite que se mantengan los estándares y que los usuarios seleccionen productos que saben que funcionarán entre sí.

Conceptos básicos de la tecnología Z-Wave

Z-Wave utiliza una topología de red en malla y, en consecuencia, cualquier dispositivo que no funcione con baterías actúa como un repetidor de señal, lo que permite conexiones confiables de un nodo al siguiente. Los dispositivos alimentados por batería no actúan como repetidores, ya que esto daría lugar a altos niveles de descarga de la batería.

El enfoque de red de malla significa que, cuantos más dispositivos haya en la red, más resistente se volverá.

las frecuencias utilizadas para Z-Wave están por debajo de la banda normal de Wi-Fi de 2,4 GHz y esto permite una mejor penetración de las paredes y otros elementos que se encuentran en todos los hogares, pero además de esto, la red de malla significa que los datos que se van a transferir pueden enrutado de forma inteligente por la red para sortear obstáculos y obtener así una sólida cobertura en todo el hogar.

Z-Wave normalmente tiene un alcance de unos 100 metros o 328 pies al aire libre. Sin embargo, las paredes y otros elementos en el hogar reducirán considerablemente esto y, por lo tanto, se recomienda que la red Z-Wave de separación máxima entre dispositivos sea de alrededor de 10 metros de 30 pies. Cualquier cosa más cercana proporcionará mejores comunicaciones.

La señal Z-Wave puede saltar aproximadamente 600 pies, y las redes Z-Wave se pueden conectar entre sí para implementaciones aún más grandes. Cada red Z-Wave puede admitir hasta 232 dispositivos Z-Wave, lo que permite la flexibilidad de proporcionar suficientes dispositivos para un hogar completamente automatizado.

Interfaz RF Z-Wave

La tecnología Z-Wave utiliza una interfaz de RF simple para garantizar que las funciones de codificación y decodificación se puedan lograr con un nivel mínimo de procesamiento y, por lo tanto, de consumo de energía. También asegura que la señal de RF se pueda transmitir con la máxima eficiencia.

Algunos de los parámetros clave de la interfaz de RF Z-Wave se resumen en la siguiente tabla.


Resumen de la tecnología Z-Wave
ParámetroDetalles
Velocidad de datos9,6 o 40 kbit / s; las velocidades son totalmente interoperables.
Esquema de modulaciónCodificación de canal GFSK Manchester
Alcance máximo aproximadoAlrededor de 30 m en situaciones de casi línea de sitio. Se espera reducir el alcance dentro de los edificios.
Bandas de frecuenciaBanda SRD de 868,42 MHz (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)
Ciclo de trabajoEn Europa, la banda de 868 MHz tiene una limitación del ciclo de trabajo del 1%.
Ahorro de energíaLas unidades Z-Wave solo están activas el 0.1% del tiempo para reducir el consumo de energía

Capa de red Z-Wave

La capa de red Z-Wave es el área de la pila de protocolos que controla el intercambio de datos entre los diferentes dispositivos, enviando datos a través de la capa de RF o radio.

La capa de red consta de tres capas:

  • Capa de acceso a medios: Conocida como MAC, esta capa controla el uso básico del hardware inalámbrico. Lo hace de una manera que no es visible para el usuario final.
  • Capa de transporte: La capa de transporte dentro de la pila de protocolos de tecnología Z-Wave controla la transferencia de mensajes entre dos nodos inalámbricos y garantiza una transmisión sin errores.
  • Capa de enrutamiento: La capa de enrutamiento administra las capacidades de malla inalámbrica de Z-Wave. Permite que los distintos nodos se vinculen y enruten mensajes de un nodo a otro si un nodo está fuera del alcance de otro.

Dispositivos Z-Wave

Para tener una jerarquía dentro de una red inalámbrica, se especifican varios tipos de dispositivo Z-Wave:

  • Controlador: Como su nombre lo indica, estos dispositivos son los que controlan otros dispositivos Z-Wave. Los dispositivos de control se programan de fábrica con lo que se denomina ID de casa. Esto no puede ser cambiado por el usuario.
  • Esclavo: Los dispositivos esclavos son aquellos que están controlados por controladores. Los dispositivos esclavos no tienen una identificación de casa preprogramada, sino que toman la identificación de casa que les asigna el controlador de red Z-Wave.
  • Esclavo de enrutamiento: Esta forma de esclavo Z-Wave es una que conoce a sus vecinos y tiene un conocimiento parcial de la tabla de enrutamiento. Puede responder al nodo desde el que ha recibido el mensaje. También puede enviar mensajes no solicitados a varios nodos predefinidos a los que tiene rutas.

Con el fin de atender una amplia variedad de aplicaciones, la asignación de identificaciones está regulada y permite una variedad de escenarios. Un controlador primario tiene la función de incluir otros nodos en la red. Lo hace asignándoles su propia ID de casa. Si un nodo acepta la ID de inicio del controlador primario, este nodo esclavo pasa a formar parte de la red. El controlador principal también asigna un ID de nodo individual a cada nuevo dispositivo que se agrega a la red; esto se denomina Inclusión.

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