Przytacza się, że przeważająca większość specjalistów z powiązanych branż inteligentnego budownictwa wierzy, że nadal istnieje ogromny potencjał dla nowych możliwości i rozwiązań w tym sektorze. Jednakże ta sama większość zmaga się również z wyzwaniami związanymi z wdrożeniem tych połączonych rozwiązań. Oprócz wysokich kosztów i konieczności zapewnienia wysokiej jakości, hamują to też obawy związane z interfejsem użytkownika Ogromna większość boryka się z trudnościami w integracji swoich rozwiązań z innymi urządzeniami, a także z kwestiami bezpieczeństwa danych i prywatności Uważa się, że bardziej wydajne standardy komunikacji dla tych systemów, byłyby istnym zbawieniem wdrożeniowców.
Firma Silicon Labs dostrzegła tą konieczność. Spółka ta przyjęła już jedną udaną platformę komunikacji bezprzewodowej dla urządzeń sieciowych - standard bezprzewodowy Z-Wave i związany z nim sprzęt. Teraz firma zaktualizowała ten standard jak i oferowane możliwości sprzętowe, aby lepiej zaspokajać potrzeby producentów OEM i dostawców technologii. Nowa technologia sieci inteligentnego domu - Z-Wave 700 - oferuje kilka skokowych usprawnień technologicznych, w porównaniu z innymi rozwiązaniami łączności bezprzewodowej do analogicznych zastosowań. Najważniejsze udoskonalenia Z-Wave 700 obejmują zwiększony zasięg, mocno zwiększoną żywotność baterii i sprawność energetyczną systemu. Z-Wave 700 oferuje najlepsze w swojej klasie bezpieczeństwo protokołu, interoperacyjność jak i kompatybilność wsteczną ze wszystkimi wcześniejszymi systemami Z-Wave, a także usprawniony i uproszczony rozwój systemu w przyszłości i niespotykane zasoby obliczeniowe dla zwiększenia inteligencji obliczeniowej systemu, lokowanej na krawędzi.
Poniższy artykuł ma na celu omówienie korzyści płynących z wdrożenia technologii Z-Wave 700 i nowego sprzętu ją wykorzystującego. Materiał ten powinien zainteresować szczególnie producentów OEM współpracujący z rozwiązaniami inteligentnego budownictwa i systemami IoT.
Co nowego w Z-Wave 700
W miarę jak właściciele domów i budynków oraz najemcy stają się coraz bardziej zaznajomieni z wygodą, oszczędnościami i dostępnością oferowaną przez inteligentne technologie, rośnie zapotrzebowanie na bardziej zróżnicowaną technologię inteligentnego budynku, zorientowaną na kontekst. Rozwiązania Z-Wave 700 zostały zaprojektowane tak, aby pomóc producentom OEM w sprostaniu tym wymaganiom z jeszcze większą wygodą i zrozumiałością niż poprzednie generacje Z-Wave.
Zasięg komunikacji bezprzewodowej
Zasięg bezprzewodowych inteligentnych urządzeń domowych był czynnikiem ograniczającym w wielu aplikacjach. Pojawienie się rozwiązań sieciowych otworzyło wiele drzwi dla użytkowników do tworzenia większych sieci bezprzewodowych bez konieczności instalowania rozproszonych koncentratorów. Jednak nawet wczesne systemy sieci typu mesh wymagały kilku dodatkowych węzłów, aby wykraczać poza dom. Technologia Z-Wave 700 pozwala przezwyciężyć to wyzwanie, zapewniając, że każdy węzeł ma zasięg do 100 metrów Jest to znacznie mniej niż typowa długość lub szerokość działki na której stoi dom jednorodzinny.
Oznacza to, że dzięki zaledwie kilku węzłom Z-Wave 700 użytkownik może mieć efektywny zasięg sieci w całym domu, podwórku, garażu i podjeździe. W przypadku wielopoziomowych budynków funkcja rozszerzonego zasięgu Z-Wave 700 może umożliwić szybką i tanią instalację technologii inteligentnego w budynku bez konieczności prowadzenia połączeń kablowych w całej strukturze. Podczas gdy inteligentne domy były wcześniej ograniczone rozmiarem, dzięki Z-Wave 700 można stworzyć kompletną sieć bezprzewodową inteligentnych nieruchomości, ułatwiającą komunikację z inteligentnym domem i technologią inteligentnego podwórka bez ograniczeń zasięgu.
Dłuższy zasięg jednego węzła oznacza więcej niż tylko większy zasięg sieci. Oznacza to również, że dla danego węzła komunikującego się przez sieć typu "mesh", większy zasięg węzła przekłada się na mniej przeskoków. Z kolei mniej przeskoków oznacza mniejsze opóźnienia i bardziej niezawodne działanie sieci. Co więcej, mniej przeskoków w połączeniu z bardziej energooszczędnymi węzłami bezpośrednio prowadzi do większej wydajności energetycznej sieci kratowej.
Zwiększona sprawność i wydłużony czas pracy na baterii
Sprawność energetyczna systemu, a tym samym żywotność baterii, były głównym czynnikiem ograniczającym rozwój innowacyjnych technologii IoT dla domów i budynków. Wiele konstrukcji i urządzeń jest regularnie wymienianych, ale tylko co np. dekadę. Oznacza to, że w celu zintegrowania wcześniejszej technologii inteligentnego domu z siecią, urządzenia te musiały być dostępne w celu łatwej konserwacji i regularnej wymiany baterii lub wymagałyby dedykowanych linii zasilania, a zatem pracy elektryków do podłączenia, co generuje związane z tym dodatkowe koszty instalacji. Nie dotyczy to rozwiązań inteligentnego domu opartych na nowym Z-Wave 700, które są w stanie zaoferować większą wydajność wraz z nawet 10-letnim okresem żywotności urządzenia z bateriami pastylkowymi.
Dzięki niewiarygodnej, 10-letniej żywotności baterii w urządzeniach Z-Wave 700, mogą one być instalowane w urządzeniach, meblach, a nawet w konstrukcjach budowlanych, bez konieczności zapewniania możliwości prowadzenia dodatkowych prac konserwacyjnych, by zapewnić działanie tych systemów. Przykładowe aplikacje takich urządzeń mogą obejmować np. czujniki, które byłyby osadzone za płytami kartonowo-gipsową i w innych trudno dostępnych miejscach w budynkach, takich jak piwnice czy poddasze, które mogłyby np. wykrywać gromadzenie się wilgoci lub wycieki wody, lub mierzyć tam temperaturę, celem wykrywania pożarów. Inne przykłady aplikacji obejmują czujniki lub komunikatory wbudowane w meble, takie jak krzesła lub łóżka, które mogą być pomocne w monitorowaniu codziennych nawyków osób starszych lub służyć do ostregania o możliwym wypadku, zasłabnięciu etc.
Bezpieczeństwo
Wiele inteligentnych urządzeń IoT do budynku zostało zakupionych w celu zwiększenia bezpieczeństwa osobistego i mienia. Dlatego często zaskakuje fakt, że systemy te zostały zhackowane z powodu braku protokołów bezpieczeństwa i łatwej dostępności sprzętu, który można łatwo wykorzystać do złamania istniejących zabezpieczeń sieciowych.
W przypadku Z-Wave 700 jest inaczej – nowy interfejs wykorzystuje ekosystem bezpieczeństwa opracowany specjalnie dla Z-Wave, który zapewnia bezpieczną komunikację typu punkt-punkt, a jednocześnie jest wyjątkowo przyjazny dla użytkownika i energooszczędny. Nowy system bezpieczeństwa Z-Wave – S2 Security – jest dostępny wraz z niewielkim, kompaktowym oprogramowaniem, dedykowanym dla urządzeń wbudowanych. Dodatkowo, dostawcy usług mogą liczyć na łatwe procedury instalacji całego ekosystemu zabezpieczeń.
Funkcja S2 Security w Z-Wave 700 obejmuje zarówno bezpieczną komunikację między czujnikami a siecią domową użytkownika (LAN), a następnie siecią Internet (WAN) i zapewnia bezpieczne adresowanie paczek danych do kilku urządzeń. Uwierzytelnianie pozapasmowe (OOB) służy do dodawania nowych węzłów Z-Wave 700 do sieci osobistej Z-Wave (PAN), a następnie wykorzystywany jest silny klucz tymczasowy do przypisywania kluczy do jednej lub kilku klas bezpieczeństwa. Ta segmentacja pozwala na dopuszczenie urządzeń, takich jak czujniki, do klasy S2 Authentified (uwierzytelnionej w ekosystemie S2 Security), podczas gdy bardziej krytyczne dla bezpieczeństwa urządzenia mogą być segmentowane w klasie S2 Access Control (z zaawansowaną kontrolą dostępu), a urządzenia bez obsługi uwierzytelniania są dozwolone tylko w klasie S2 Unauthentified (nieuwierzytelnione).
Z-Wave S2 Security opiera się na najgorszym założeniu, że sieć domowa użytkownika jest już zagrożona/spenetrowana przez złośliwe oprogramowanie i boty. Dlatego Z-Wave S2 Security Z/IP Gateway pozwala na przekazywanie poleceń tylko od zaufanych klientów LAN lub hostów internetowych, a system DTLS służy do tworzenia bezpiecznej komunikacji między hostami LAN i węzłami Z-Wave. Bramka Z/IP służy do ułatwienia tej komunikacji i dodatkowo zabezpiecza komunikację poprzez zakończenie szyfrowania DTLS i usunięcie nagłówków Z/IP i numeru IP przed przekazaniem poleceń Z-Wave do sieci Z-Wave za pośrednictwem bezpiecznego kanału transmisji. Ponadto, by ominąć kłopotliwe konfigurowanie zapory i problemy z dostępem, S2 Security wykorzystuje bezpieczny tunel oparty na TLS do portali dostawców usług za pośrednictwem Internetu, który akceptuje tylko zaufane bramy, które akceptują komunikację tylko od zaufanych hostów.
Rozwój, instalacja i konserwacja systemu
Wdrażając nową technologię IoT, wielu producentów OEM, usługodawców i instalatorów martwi się, że trudno jest opracować, wdrożyć, zainstalować i utrzymywać taki system. Obawy te obejmują również ewentualną konieczność wymiany już zainstalowanych, starszych systemów. Mając to na uwadze, Silicon Labs zaprojektował technologie Z-Wave 700, tak by zapewnić kompatybilność wsteczną i maksymalną interoperacyjność nowego interfejsu, a także ekosystem zasobów opracowany specjalnie w celu uproszczenia rozwoju i skrócenia czasu wprowadzania na rynek.
Częścią rygorystycznego procesu certyfikacji Z-Wave jest zapewnienie zgodności z wcześniejszymi produktami Z-Wave, a akże zagwarantowanie zgodności z kolejnymi generacjami tych urządzeń, co obejmuje między innymi możliwość aktualizacji oprogramowania układowego każdego produktu Z-Wave. Przy tym poziomie interoperacyjności, certyfikowane produkty Z-Wave dowolnego dostawcy są w stanie współpracować z przeszłymi i przyszłymi produktami wykorzystującymi technologię Z-Wave od innych producentów. Proces testowania wspomagany przez w pełni zintegrowane narzędzia programistyczne dla systemów Z-Wave i wysokiej jakości narzędzia testujące. Chociaż certyfikacja Z-Wave jest rygorystyczna, proces ten faktycznie pomaga deweloperom szybciej wejść na rynek z nowymi urządzeniami, umożliwiając producentom OEM szybką aktualizację do najnowszej generacji Z-Wave, dodatkowo zwiększając skalowalność tego typu rozwiązań.
Inne funkcje Z-Wave, z których korzystają już producenci OEM i programiści, to bogaty ekosystem zasobów, który obejmuje tanie zestawy programistyczne, wysoce wydajne narzędzia (IDE itp.) oraz biblioteki i gotowy i certyfikowany kod referencyjny. Spośród tych narzędzi oprogramowanie Simplicity Studio firmy Silicon Labs jest integralną częścią procesu dalszego skracania czasu opracowywania nowego firmware, oferując debugowanie na poziomie źródła oraz profilowanie zużycia energii w czasie rzeczywistym w celu optymalizacji żywotności baterii i sprawności energetycznej bez potrzeby czasochłonnych testów rzeczywistych urządzeń. Dzięki kodowi referencyjnemu i wstępnie certyfikowanym komponentom, które zaspokajają 90% potrzeb programistów, zasoby programistyczne Z-Wave pomagają radykalnie skrócić cykle prototypowania, rozwoju i wdrażania nowych produktów.
Urządzenia Z-Wave 700 nie wymagają filtra fali akustycznej (SAW) w celu dostosowania sekcji radiowej do różnych regionów. Dlatego pojedyncza jednostka SKU Z-Wave może teraz obsługiwać wiele regionów świata bez konieczności instalacji dodatkowego osprzętu. Co więcej, urządzenia Z-Wave 700 również nie wymagają zewnętrznej pamięci do aktualizacji pamięci układu, ani też wykorzystywania dodatkowych, zewnętrznych mikrokontrolerów w tym celu. Wszystko to pozwala na zmniejszenie złożoności urządzenia i jego kosztów poprzez redukcję liczby i ceny elementów oraz zmniejszenie wielkości PCB.
Wreszcie, jeśli chodzi o instalatorów urządzeń, to nowy interfejs Z-Wave 700 można wstępnie skonfigurować i aktywować za pomocą kodu QR, funkcja ta znana jest jako SmartStart. Zamiast podłączać różne identyfikatory do urządzeń, urządzenia z funkcją SmartStart mogą przejść proces integracji, po prostu włączając się w pobliżu bramki Z-Wave. Eliminuje to potrzebę ingerencji użytkowników czy instalatorów przez proces konfiguracji systemu, a także obniża barierę wejścia na rynek inteligentnych urządzeń domowych dla konsumentów niezaznajomionych z tego rodzaju technologią.
Obliczenia na krawędzi chmury
Kontekstowe inteligentne środowisko, w tym „inteligentne domy” czy „inteligentne budynki”, wymaga wyrafinowanego połączenia czujników, łączności i wydajności obliczeniowej w systemie. Ponadto, aby zoptymalizować kontekstową technologię inteligentnego domu, zaawansowane funkcje uczenia maszynowego muszą być coraz bardziej zintegrowane z usługami IoT w domu. Jednak ze względu na żywotność baterii i ograniczenia związane z formą, wiele z tych urządzeń jest zasadniczo głupich - z ograniczonymi możliwościami lokalnego przetwarzania. Tego rodzaju urządzenia bazują na przekazywaniu do chmury informacji sensorycznych w celu ich przetwarzania i wysyłania instrukcji. Rozwiązanie takie jest być kosztowne zarówno pod względem przepustowości sieci, jak i zużywanej mocy. Ponadto tego rodzaju urządzenia nie są w stanie świadczyć usług w przypadku awarii Internetu, na przykład podczas klęski żywiołowej, burzy, awarii sprzętu etc.
Aby ominąć te wyzwania i całkowicie polegać na przetwarzaniu w chmurze, urządzenia Z-Wave 700 oferują potężną i elastyczną inteligencję pokładową, dzięki wysoce wydajnemu procesorowi z rdzeniem ARM Cortex-M4 z 64 kB zintegrowanej pamięci Flash. Ilość mocy obliczeniowej na pokładzie eliminuje potrzebę stosowania koprocesora i pozwala, aby jedno urządzenie Z-Wave wykorzystywało wiele interfejsów czujników, urządzeń peryferyjnych i inteligentnych algorytmów tam, gdzie jest zainstalowane. Dzięki ulepszonej zdolności do prowadzenia obliczeń na krawędzi, urządzenia Z-Wave 700 można wykorzystywać również w celu podejmowania decyzji, analizowania danych z czujników, zapewnienia zaawansowanej kontroli, a nawet wstępnego przetwarzania danych, które są następnie wysyłane do chmury. Dzięki temu bardziej efektywnie wykorzystuje się energię baterii i nie polega się tak bardzo na zawodnej komunikacji z zasobami przetwarzania w chmurze.
Moduły rozwojowe dla Z-Wave 700
Najłatwiejszym sposobem na rozpoczęcie pracy z platformą Z-Wave 700 jest bezprzewodowy zestaw startowy Z-Wave 700 Zen Gecko. Zestaw ten to uniwersalny zestaw deweloperski do bram i urządzeń końcowych z kompletnym stosem oprogramowania Z-Wave, przykładowym kodem i zgodnością z Simplicity Studio. Dostęp do Z-Wave 700 SDK można uzyskać za pośrednictwem Simplicity Studio, wraz z całą dokumentacją, przewodnikami dla programistów oraz dostępem do funkcji programowania aplikacji bezprzewodowych, takich jak narzędzia do wykrywania protokołu Z-Wave do analizy sieci typu „mesh” oraz narzędzia do do profilowania i optymalizacji zużycia energii.
Zestaw rozwojowy dla Z-Wave 700 zawiera w sobie dwa moduły główne zestawu startowego, dwie płytki radiowe, moduł mostka USB-Z-Wave 700 (UZB-7), dwa przyciski oraz moduł rozszerzeń, sniffer sieciowy w postaci dongla USB do wykrywania sieci, dwie elastyczne anteny i wszystkie niezbędne powiązane kable połączeń i do debugowania systemu. Płytki radiowe zestawu startowego zawierają nowe moduły Z-Wave 700 SiP, a moduł UZB-7 wyposażony jest w modem Z-Wave 700 SoC, którego można użyć do uruchomienia deweloperskiej bramki Z-Wave 700 na dowolnej maszynie z systemem operacyjnym Linuks. Płytka rozwojowa zawiera również całą niezbędną zintegrowaną sieć dopasowującą RF, oscylator i złącza antenowe SMA oraz opcjonalną antenę na PCB.
Podsumowanie
W dobie coraz szerszej adopcji nowych rozwiązań IoT dla inteligentnych domów i budynków, wciąż istnieją znaczące bariery technologiczne i aplikacyjne w projektowaniu, opracowywaniu i wdrażaniu rozwiązań. Platforma Z-Wave 700, nowa generacja znanego rozwiązania Z-Wave, będąca kontynuacją tradycji łatwego opracowywania, instalowania i użytkowania sieci typu "mesh". Została ona specjalnie zaprojektowana, aby sprostać opisanym w tekście wyzwaniom oraz zapewnić prostotę i skalowalność producentom OEM, którzy chcą oferować rozwiązania dla inteligentnych domów zorientowanych na kontekst i wykorzystujących systemy uczenia maszynowego do jego analizy.
Źródło: https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1334866#
Cool? Ranking DIY
