Z-Wave mesh-сети - Z-Wave Киев

Mesh-сети (не стандартизованный перевод термина на русский язык  – ячеистые сети) это новый перспективный принцип построения беспроводных сетей, отличительна особенность котрого самоорганизация архитектуры сети, что обеспечивает реализацию следующих возможностей:

• использование беспроводных транспортних каналов при построении сети по топологи «каждый с каждым»;
• масштабирование сети (изменения площади покрытия) в  режиме самоорганизации с использованием многоскачковой передачи;
• стойкость сети к утрате (отказу) отдельных элементов, за счёт наличия избыточных каналов между устройствами;
• снижение стоимости разворачивания сети.

Структура mesh – сети. Mesh-сети состоят из узлов двух типов: mesh-маршрутизаторов и mesh-клиентов. Mesh-маршрутизаторы создают беспроводную магистраль mesh – сети, обеспечивают динамическую маршрутизацию пакетов в сети, при необходимости выполняют функцию шлюзов между mesh – сетью и сетями других типов.

Благодаря своим уникальным характеристикам mesh-сети могут эффективно использоваться в различных областях, например: широкополосный доступ к Интернету; сети поселков с малоэтажной застройкой; локальные беспроводные сети помещений и предприятий; интра-транспортные сети для предоставления информационных услуг пассажирам транспортных средств и организации внутритранспортной служебной связи; сети военного назначения и сети служб обеспечения гражданской безопасности; и конечно – же сети автоматизации жилья, служебных и производственных строений. 

Привлекательность концепции mesh-сетей в различных областях стимулировала разработку и внедрение технологий построения mesh-сетей. Так, технологии построения mesh-сетей, разработаны (находятся на финишном этапе ращработки) для сетей масштаба Wireless Metropolitan Area Networks (WMAN) – 802.16j, Wireless Local Area Network (WLAN) – 802.11s, Wireless Personal Area Networks (WPAN) – 802.15.4(коммерческое название ZegBee). При разработке технологии Z-Wave, в качестве принципа организации сети также был выбран принцип обединения устройств в Mesh-сеть

Mesh-сеть Z-Wave

Mesh-сеть Z-Wave состоит из двух различных типов узлов:

• контроллеры (cоntrollers), которые могут осуществлять маршрутизацию;
• узлы (slave), которые могут посылать или принимать и исполнять команды, но не имеют функции маршрутизации. В то же время slave-узлы могут работать в сети Z-Wave как ретрансляторы сигнала.

Оба типа узлов могут быть использованы в различных устройствах. Максимальное количество узлов сети, определяемое протоколом Z-Wave составляет 232 узла. Максимальное расстояние между узлами в сети равно 30 метрам. В Европе для сетей Z-Wave используется частота 868.42MHz. Контроллеры и slave-узлы в зависимости от назначения и применения бывают разных видов. Для идентификации устройств в сети, а также различия Z-Wave-сетей существуют понятия Home ID и Node ID. В пределах одной сети Home ID у всех устройств должен быть одинаков, в то время как Node ID используется для однозначной идентификации конкретного узла, поэтому Node ID для каждого устройства должен быть уникален. В процессе конфигурирования сети предустановленные при производстве устройств значения идентификаторов Home ID и Node ID могут быть изменены.

Контроллеры Z-Wave (Controller Unit)

Все сеть Z-Wave, как и любая mеsh-сеть строится (в случае с протоколом z-wave абсолютно автоматически) вокруг контроллеров, которые назначают каждому устройству адрес и роль в сети, выполняют динамическую маршрутизацию и т.п. Первый, включенный в сеть контролер назначается первичным и включает в сеть остальные узлы. Фактически все контроллеры и слейвы в сети z-wave можно разделить на две подгруппы — устройства с фиксированным расположением в сети и «путешествующие» по сети устройства, которые различаются алгоритмами маршрутизации.
Ниже рассмотрены основные типы контроллеров и их функциональность в сети :

Portable Controller – этот тип контроллеров не имеет постоянной позиции в сети, а значит для «общения» с сетью использует динамические маршруты. Наиболее распространенное применение портативных контроллеров — пульты дистанционного управления.

Installer Controller – Тоже самое что и Portable Controller, но с более расширенными функциями и используеться проффесиональными инсталяторами для отладки сети.

Static Controller – Static отличается от Portable контроллера используемыми алгоритмами маршрутизации. Тогда как портативный контроллер «путишевствует» по сети и он каждый раз вычисляет новый маршрут для прохождения команды, статический контроллер имеет фиксированное физическое расположение сети. Он постоянно прослушивает сеть на предмет новых узлов и разрешает узлам пересылку пакетов (некая борьба с коллизиями).
Static Controller может быть назначен как Static Update Controller (SUC), который облегчает процессы управления сетью. Также Static Controller может выполнять функции повторителя.

Bridge Controller (Мост) — так как он тоже имеет фиксированное расположение в сети, мы можем сказать что это тоже Static Controller с особой функциональностью, а именно он способен представлять устройства с сетей, работающих на других протоколах (X10, TCP/IP) как виртуальные устройства сети Z-Wave (поддерживаться до 128 устройств).

Slave узлы

Данные устройства не содержат таблиц маршрутизации, но могут содержать несколько предварительно настроенных маршрутов, что позволяет им выступать в роли ретранслятора, но это требует от них постоянного прослущивания состояния сети, а значит они должны быть постоянно включенными. Так большинство ретрансляторов в сети z-wave оборудованны системой бесперебойного питания (проще говоря батарейками или аккумуляторами).

Slave Node – самый простой узел в сети z-wave. Он может только принимать команды и отсылать пакеты. При этом slave не содержит таблиц маршрутизации и не может самостоятельно генерировать запросы в сеть. Примером такого устройства может быть электрическая розетка.

Routing Slave — такие узлы могут содержать несколько маршрутов для связи с контроллерами или узлами в сети (такие маршруты называються Return Routes). Такие устройства могут использоваться в качестве ретрансляторов (если имеют питание от батарей, в противном случает будет учитываться время, когда эти маршруты были расчитаны). Так как устройства имеют свои маршруты, они могут самостоятельно пересылать пакеты нужному узлу. Примерами Routing Slave устройств в сети z-wave являються датчики движения, выключатели и прочие устройства, которые генерируют команды при неком событии.
Особым видом Routing Slave узлов являеться FLiRS (Frequently Listening Routing Slave), который с определенными интервалами времени прослушивает сеть z-wave на предмет команды пробуждения. Это позволяет любому узлу сети вывести FliRS устройство из режима ожидания и передать ему команду. Примером FliRS может быть электрический замок.

Enhanced Slave – имеет ту же самую роль в сети что и Routing Slave, но с расширенной функциональностью. Такие узлы имеют дополнительное программное обеспечение (для этих узлов используються модули z-wave со встроенным EEPROM). Примером такого узла может быть термостат.

Explorer пакета сетевой адрес.

Благодаря самоадаптации устройств в сети z-wave, разработчику или инсталятору не требуеться настраивать нижние уровни модели OSI и он может полностью сосредоточиться на прикладном уровне – разработке алгоритмов функционирования «умного дома».