ZWave技术时代的来临.docVIP

Z-Wave技术时代的来临 刘敏 陈金鹰 （成都理工大学信息工程学院，成都610059） 摘要：针对Z-Wave无线通信技术的产生、发展和应用，通过与ZigBee技术的比较，分析了Z-Wave技术在网络拓扑结构和使用成本等方面的优势，并对z-Wave技术的应用前景进行了探讨，指出了Z-Wave技术成功的关键所在。 关键词：Z-Wave ZigBee 无线通信 协议栈 中继传输方式 1 前言 随着无线通信技术、网络技术和人工智能技术的发展，人们对家居环境的自动化提出了更高的要求，对智能家居的功能方面有了更高的要求，对无线设施的需求也不断增加。而Z-Wave就是随着这种需求产生的，这种技术不仅成本低廉、安全性能高，而且设计针对性强，非常适合在智能家居中应用。 近年来，随着无线技术的快速发展， DanfossZ-Wave、Intermatic、Levition、Wayne Dalton、UEI等170多家公司加入了由Zensys牵头组建的Z-Wave联盟，将矛头直接指向了ZigBee，两者之间开始进行一场没有硝烟的战争，后来随着国际大厂Cisco和Intel在2006年宣布投资Zensys公司，并加入Z-Wave 联盟机构，更坚定了Z-Wave在家庭自动化领域的地位，现在多款采用Z-Wave协议的产品已经走向市场。BuLogics公司称它已开发出市场上第一个兼容智能网络的Z-Wave无线控制器。该装置被命名为智能家庭网络控制器，目的是为基于Z-Wave协议的家域网和基于ZigBee协议智能能源配置的高级计量框架之间提供桥接。 2 z-Wave技术的简介 Z-Wave是由丹麦公司Zensys所一手主导的无线组网规格，其核心微控制器采用六倍速8051架构，搭配32KB的Flash ROM以及256KB的SRAM，使用的路由协议是Source Routing，锁定家庭自动化平台的一种无线技术。 2、1 Z-Wave技术的特点 （1） 低成本 Z-Wave 系统在一个家庭应用系统中能够实现233个节点、能够实现节点间的通信路由，虽然它的系统没能做到像ZigBee那样庞大，但是这个系统对于家庭控制来说已经足够了，这就保证了Z-Wave的低成本，另外Z-Wave技术使用的带宽仅有9.6kb/s,这也是低成本的一个重要因素，除此之外Z-Wave置于一个集成的模块里，例如第二代单芯片ZW02012-Wave，就是多种器件集成在单个芯片上，这就大大的降低了开发成本。 （2） 低功耗 使用Z-Wave技术的家庭设施由于在控制及信息交换中的通信量较低，因此十几KB/s的通信速率已经足够能胜任这个通信负荷，因此完全可以采用电池供电，这就降低了家用设施的运行功耗。 （3） 高可靠性 Z-Wave为双向传输的无线通信技术，运用此技术可以实现在摇控器上显示操控信息与状态信息，相对的传统单向红外线遥控器就难以实现此种设计。同时Z-Wave 网络是一种以点对点为主的通信网络，它不会由于一个节点的故障而影响其他的节点的工作。另外该技术不像其它的射频技术一样，使用公共频带进行传输，而是采用双向应答式的传送机制、压缩帧格式、随机式的逆演算法减少失真和干扰，另外，现在Z-Wave的传输带宽从最初的9.6kbps提升至40kbps后，也将会进一步开始考虑提供加密的措施。此举一旦成功，在安全可靠性方面，Z-Wave将会进一步加强。 (4) 覆盖性 控制系统大都受距离和可靠性的限制，因此以往大部分控制系统需要有线连接来确保对整幢建筑的覆盖。Z-Wave可支持网状网络拓扑，其多点对多点的连接方式可提供更高的可靠性以及更大的覆盖范围。该技术中集成的动态路由机制实现了虚拟的无限制信号传输范围，每个Z-Wave设备都可以将信号从一个设备重传至另一个，从而保证高度可靠的传输覆盖整个家庭范围[1]。 2、2 传输方式 Z-Wave是一种低速率短距离的无线通信新技术，其传输方式是中继传输方式，此方式具有传输稳定性好、可靠性高、实时性好的特点，能随其网络调整而迅速调整，网络适应性较强，方便进行产品的安装。图1为Z-Wave通过中继传输方式来通信，图中为Z-Wave跨房间转传联系的示意图。 2、3 协议栈 相对于ZigBee无线通信技术标准而言，Z-Wave协议构架紧凑简单，具体实现要求更加容易，协议构架包括应用层Application Layer、路由层RoutingLayer、传输层Transfer Layer、媒体介质层MAC。应用层主要负责Z-Wave网络中的译码和指令的执行，路由层主要负责确保数据帧在不同节点间能够多次重复传输、扫描网络拓扑和维持路由表等，传输层主要用于提供接点之间的可靠的数据传输，媒体介质层采用了载波侦听多址、冲突避免(CSMA/CA)机制以防止其