Z-Wave là gì? Z-Wave hoạt động như thế nào?

Nếu mới sử dụng giải pháp nhà thông minh ắt hẳn bạn sẽ ít nhiều nhìn thấy logo Z-Wave được khắc trên các hộp của thiết bị thông minh hoặc dán trên các sản phẩm.

Tìm hiểu thêm:

• Wifi 6 là gì? Wifi 6 có thực sự nhanh hơn?
• Siri là gì? Siri làm việc với nhà thông minh như thế nào?
• Trợ lý ảo Alexa là gì?

Hệ sinh thái Z-Wave bao gồm hơn 2400 sản phẩm có thể tương tác từ hơn 700 thương hiệu hàng đầu trên toàn thế giới. Các sản phẩm này hoạt động cùng nhau thông qua việc thực thi nghiêm ngặt chứng nhận Z-Wave, được thực hiện tại các phòng thử nghiệm độc lập.

Trích từ Z-WAVE ALLIANCE

Công ty Zensys từ Đan Mạch đã phát triển Z-Wave vào năm 2001. Mục tiêu là tạo ra sự thay thế Zigbee để cho hiệu quả về mặt chi phí và cho phép các thiết bị từ các thương hiệu khác nhau có thể giao tiếp hài hòa.

Được phát hành vào năm 2004, Z-Wave thâm nhập thị trường đại chúng vào năm 2005 với sự hình thành của Z-Wave Alliance.

Sigma Design đã mua công ty Zensys của Đan Mạch năm 2009.

Z-Wave Plus sử dụng loạt chip 500, đã thành công trong năm 2013.

Công nghệ Z-Wave hoạt động tiêu hao rất ít năng lượng. Bằng cách sử dụng tần số 908,42 MHz ở Mỹ và 868,42 MHz trên khắp châu Âu, Z-Wave chịu rất ít nhiễu vì băng tần 800 đến 900 tương đương với 2,4 GHz và 5 GHz và được sử dụng bởi WiFi và các dụng cụ, thiết bị và giao thức khác.

Với một mạng lưới không dây, Z-Wave có thể hỗ trợ tới 232 thiết bị. Nhưng đây chỉ là giới hạn tối đa, sau 40 hoặc 50 thiết bị bạn có thể gặp phải một chút tắc nghẽn.

Để hiểu cách Z-Wave hoạt động, bạn cần phải rõ ràng về các mạng lưới và những lợi thế mà chúng cung cấp. 

Mạng lưới của Z-Wave

Với các mạng RF tiêu chuẩn, nhiều thiết bị hơn dẫn đến tắc nghẽn. Các mạng lưới hoạt động trái ngược nhau. Thêm nhiều thiết bị sẽ củng cố các mạng lưới bằng các thiết bị mới, miễn là chúng được cắm vào ổ cắm và đóng vai trò là bộ lặp. 

Mỗi thiết bị trên mạng WiFi tiêu chuẩn cần kết nối với bộ định tuyến. Mặc dù các thiết bị trên mạng lưới thường liên kết với một trung tâm, nhưng chúng cũng kết nối với nhau. Các thiết bị này không hỗ trợ WiFi. Giao tiếp diễn ra với trung tâm sử dụng giao thức Z-Wave. 

Tín hiệu có thể nhảy từ thiết bị này sang thiết bị khác tối đa 04 bước nhảy được cho phép, vì vậy có thể giao tiếp gián tiếp thêm một lớp linh hoạt hơn nữa vào mạng. 

Mạng lưới bao gồm các nút. Các thiết bị nhà thông minh được sử dụng trong một ngôi nhà được kết nối gọi là các nút được liên kết với một trung tâm.

Tin nhắn có thể được gửi giữa các nút ngay cả khi chúng không nằm trong phạm vi trực tiếp. Đây là nơi mà biểu thức Hop xuất hiện với tín hiệu đi qua bởi bất kỳ phương tiện nào cần thiết. Hệ thống này cung cấp cho bạn phạm vi tiếp cận mở rộng với chi phí chậm trễ và hầu như không đáng chú ý. 

Z-Wave Alliance

Một công nghệ độc quyền thuộc sở hữu của công ty Sigma cũng cấp phép cho công nghệ Z-Wave và vận hành Z-Wave Alliance.

Liên minh này chịu trách nhiệm chứng nhận và đảm bảo tất cả các thiết bị tuân thủ các tiêu chuẩn một cách cứng nhắc. Nó cũng yêu cầu mọi thiết bị Z-Wave hoạt động với mọi bộ điều khiển Z-Wave. Hiện nay liên minh này đã lên đến 700 thành viên với hơn 2400 sản phẩm được công nhận trên thế giới và trở thành một liên minh đáng gờm. 

Z-Wave hoạt động như thế nào?

Một hệ thống Z-Wave hoạt động trên ba lớp gồm:

• Đài     
• Mạng   
• Ứng dụng

Các thiết bị giao tiếp thông qua lớp ứng dụng. Tuy nhiên, tất cả các lớp này cần hoạt động cùng nhau, điều đó làm cho Z-Wave trở thành một giao thức đáng tin cậy.

Các thiết bị Z-Wave thuộc ba loại lớn:

• Thiết bị truyền động: Thiết bị điều khiển được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu
• Bộ điều khiển: Phương pháp điều khiển cho các thiết bị Z-Wave khác
• Cảm biến: Thiết bị báo cáo sử dụng cả tín hiệu analog và kỹ thuật số để liên lạc

Như đã phác thảo, Z-Wave hoạt động như một mạng lưới an toàn và cực kỳ đáng tin cậy. Bạn có thể điều khiển các thiết bị Z-Wave bằng:

• Điện thoại thông minh
• Máy tính bảng
• Máy vi tính
• Điều khiển
• Key Fob
• Điều kiển bằng phím vật lý trên thiết bị

Dù là hình thức kiểm soát gì đi nữa bạn đều có thể điều khiển một cách dễ dàng bằng cách dùng một lệnh được gửi từ bộ điều khiển đến một trung tâms. Lệnh sẽ có một tuyến đường đến thiết bị đích. Một trung tâm là rất quan trọng nếu bạn muốn truy cập từ xa, đầu vào người dùng duy nhất cần có là thao tác với bộ điều khiển.

Khi bạn nhận được một thiết bị Z-Wave mới, bạn sẽ cần thêm nó vào mạng của mình. Điều này được gọi là “inclusion”. Mạng tổng thể được cung cấp 01 Id mạng và tất cả các thiết bị đều có ID Node. Điều này đảm bảo bạn sẽ không có xung đột với hệ thống hàng xóm của bạn và tất cả các thiết bị riêng biệt cũng được bảo mật.

 Các tính năng chính của Z-Wave

• Cấu trúc lưới (Mesh Architecture): Các thiết bị (gọi là nút) được liên kết với một trung tâm. Thông qua đó bạn có thể điều khiển các thiết bị thông qua điện thoại, máy tính….
• Mạng lưới (Network): Với cấu trúc liên kết của mình, Z-Wave là một mạng lưới rất mạnh mẽ và đáng tin cậy. Tất cả các tín hiệu đều được định tuyến bằng con đường hiệu quả nhất có thể. Nếu giao thức không thể tìm thấy đường tối ưu, nó sẽ tự thay thế biện pháp khác.
• Bảo mật (Security): Sử dụng chuẩn AES-128 giúp nó trở nên cực kỳ an toàn trước các tấn công bên ngoài.
• Định tuyến (Routing): Tất cả thiết bị Z-Wave đều được phân loại và đinh tuyến là routing slaves hoặc slaves. Các slaves được định tuyến hoạt động như các bộ lặp (repeater).
• Trạm phát sóng công suất thấp (Low-Power Radio): Nó có nhiệm vụ gửi các gói dữ liệu nhỏ ra một phạm vi rộng lớn để giao tiếp giữa các thiết bị. Chip Z-Wave rất nhỏ nên phù hợp với các thiết bị thông minh có kích thước nhỏ.

Ưu và nhược điểm của giao thức Z-Wave

Ưu điểm

• Có khả năng kết nối lên đến 232 thiết bị cùng lúc, kết nối tối thiểu ở khoảng cách 15m với nhiều vật cản và hơn 50m nếu không có vật cản. Càng nhiều nút tham gia vào mạng thì tầm phủ sóng càng rộng.
• Có hàng trăm nhà sản xuất trong liên minh Z-Wave với hơn 2400 thiết bị. Bất kể thiết bị đến từ hãng nào được chứng nhận Z-Wave đều hoạt động cùng với nhau được.
• Với việc mở rộng mạng kết nối dễ dàng, bạn sẽ không có điểm chết nào trong nhà.
• Nó có giá rất rẻ
• Cài đặt cũng rất đơn giản mà không cần thuê thợ đến đục khoét nhà của bạn.

Nhược điểm

Có rất ít định nghĩa để nói về Z-Wave. Bạn nên xem xét giới hạn khả thi là giữ ở khoảng 40 thiết bị thay vì 232. 
Mặc dù 50 thiết bị nghe có vẻ như là một sự lây lan rộng lớn, nhưng khi bạn bắt đầu xây dựng một ngôi nhà được kết nối thì sẽ thật ấn tượng khi các bit và các mảnh cộng lại. 

Ngoài ra, tất cả những gì bạn cần làm là kiểm tra xem các thiết bị bạn định mua có tương thích với nhau trước khi cam kết mua và bạn có thể sử dụng tốt không.