abonneren

Alles over het domotica-protocol Z-Wave

Z-Wave
Nog altijd is de domoticawereld verdeeld in allerlei concurrerende standaarden. Op draadloos gebied is er in de vorm van Z-Wave wel één standaard die eruit springt. Z-Wave wordt door veel verschillende fabrikanten gebruikt, waardoor je veel keuze hebt bij de aanschaf van componenten voor je slimme huis.

Z-Wave is een populaire draadloze standaard die je kunt gebruiken voor onder andere schakelaars, dimmers en sensors. De basis voor Z-Wave is in 2001 ontwikkeld door het Deense bedrijf Zensys. In 2005 werd door zes bedrijven de Z-Wave Alliance opgericht. Inmiddels zijn meer dan 700 bedrijven bij de Z-Wave Alliance aangesloten. Z-Wave-producten worden kortom door veel verschillende fabrikanten op de markt gebracht, waardoor er veel keuze is. Een groot voordeel ten opzichte van goedkopere technieken als KlikAanKlikUit is dat Z-Wave bi-directionele communicatie en encryptie ondersteunt.

Dankzij bi-directionele communicatie kan de status van bijvoorbeeld een schakelaar of sensor altijd opgevraagd worden en is er zekerheid of een actie echt uitgevoerd is. Hoewel Z-Wave in die zin open is dat het door verschillende fabrikanten gebruikt wordt, worden de benodigde chips door één partij gemaakt. Aanvankelijk was dat uitvinder Zensys, in 2009 werd die overgenomen door Sigma Designs. Deze partij heeft de Z-Wave-chips ontworpen die momenteel gebruikt worden. De Z-Wave-divisie van Sigma Designs is dit jaar is overgenomen door Silicon Labs, waarmee dit nu de partij is achter de Z-Wave-chips die andere fabrikanten nodig hebben voor hun producten.

Z-Wave Plus

Er worden in de vorm van Z-Wave en Z-Wave Plus twee varianten van Z-Wave door elkaar gebruikt. Z-Wave Plus-producten hebben een beter bereik, een lager energieverbruik en een hogere snelheid. Die hogere snelheid is overigens niet heel indrukwekkend. Oudere Z-Wave-producten hebben een maximale snelheid van 40 Kbit/s terwijl de nieuwe Z-Wave Plus-producten een snelheid van 100 kbit/s ondersteunen. Z-Wave is echt ontworpen voor energiezuinige toepassingen. Z-Wave en Z-Wave Plus-producten zijn compatibel met elkaar en kun je mixen.

Een ander verschil tussen Z-Wave en Z-Wave Plus is dat bij Z-Wave een te koppelen apparaat direct in bereik van de controller moet zijn, terwijl bij Z-Wave Plus het mesh-netwerk voor de koppeling gebruikt kan worden. Dit wordt ‘network wide inclusion’ genoemd. Om het koppelen van oudere Z-Wave-producten (die geen network wide inclusion ondersteunen) makkelijker te maken, zijn sommige controllers en usb-sticks voorzien van een batterij, zodat je ze even kunt meenemen naar de plek waar het apparaat zich bevindt dat je wilt koppelen.

Z-Wave

In Europa maakt Z-Wave gebruik van de vergunningsvrije 868MHz-band die ook gebruikt wordt voor onder andere LoRa, een subset van ZigBee en beveiligingssystemen. Let erop dat in andere landen zoals de Verenigde Staten andere frequentiebanden gebruikt worden. Z-Wave-producten die bedoeld zijn voor landen buiten Europa en werken op een andere frequentie kun je niet koppelen aan een Europees Z-Wave-systeem. Je kunt dus niet zomaar blind Z-Wave-producten op bijvoorbeeld eBay kopen, iets om te onthouden.

Mesh-netwerk

Alle Z-Wave-producten die je gebruikt, vormen een netwerk. Dit Z-Wave-netwerk wordt beheerd door één controller waaraan de nodes gekoppeld worden. Die controller kan een daadwerkelijke domoticacontroller zijn, maar ook een usb-stick die je aansluit op je pc of een eigen domoticacontroller zoals een Raspberry Pi. De producten vormen onderling een mesh-netwerk, waarbij nodes onderling met elkaar kunnen communiceren.

Er kunnen maximaal 232 nodes gekoppeld worden in een Z-Wave-netwerk, bij concurrent ZigBee zijn dat er 65.000. De controller voorziet de nodes van een Network ID waarna nodes enkel met dat netwerk kunnen communiceren. Omdat Z-Wave een mesh-netwerk is, kunnen nodes functioneren als router. Hierbij wordt verkeer dat bedoeld is voor een andere node doorgegeven. Een signaal kan in maximaal vier stappen doorgegeven worden. Hoe meer nodes met routerfunctionaliteit een netwerk bevat, hoe robuuster het wordt. Wel is het zo dat alleen nodes met een vaste voeding voorzien worden van routerfunctionaliteit, nodes met een batterij dragen dus niet bij aan het mesh-netwerk.

Een Z-Wave-controller gaat er na het bepalen van de structuur van het netwerk vanuit dat nodes op dezelfde plek blijven. Wanneer een node wordt toegevoegd aan het netwerk, wordt de controller geïnformeerd over welke andere nodes bereikt kunnen worden. Hiermee kan de controller de communicatieroutes binnen het Z-Wave-netwerk bepalen.

Hoe veilig is Z-Wave?

Voor de beveiliging van het netwerk kan Z-Wave gebruikmaken van 128bit-aes-versleuteling. Encryptie was echter niet verplicht op Z-Wave-producten en werd daarom niet door alle apparaten ondersteund. In 2016 kwam de Z-Wave Alliance onder de naam Security 2 met een nieuw beveiligingsplatform voor Z-Wave waar alle nieuwe producten aan moeten voldoen.

Met Security 2 wordt wel voor alle apparaten aes-versleuteling gebruikt. De beveiligingssleutel wordt uitgewisseld via Elliptic-curve Diffie–Hellman (ECDH), een protocol om een encryptiesleutel voor versleuteling veilig uit te wisselen. Voor het koppelen van een nieuw Z-Wave-apparaat aan het netwerk wordt een pincode of een scan van een QR-code op het apparaat gebruikt. Z-Wave Plus producten die gebruikmaken van de 500-serie-ship kunnen via een firmware upgrade voorzien worden van Security 2.

Toekomst

De ontwikkeling van toekomstige Z-Wave-producten is gericht op een nog lager energiegebruik. Dit wordt mogelijk met het begin dit jaar aangekondigde Sigma Designs Z-Wave 700 Platform. De 700-serie-chips zijn nog energiezuiniger dan de Sigma Designs 500-serie-chips die tot nu toe voor Z-Wave Plus gebruikt worden. Het energieverbruik van de nieuwe chips zou tachtig procent lager zijn dan de chips die tot nu toe gebruikt werden.

Volgens Silicon Labs, dat eerder dit jaar de Z-Wave-divisie van Sigma Designs overnam, wordt het dankzij de nieuwe chips mogelijk om een Z-Wave-sensor tien jaar lang op één knoopcel-batterij te laten draaien. Daarnaast is het bereik van het Z-Wave-netwerk verbeterd. Producten gebaseerd op de nieuwe chips blijven compatibel met de bestaande Z-Wave- en Z-Wave Plus-producten. Daadwerkelijke producten gebaseerd op de nieuwe 700-serie-chips worden pas in 2019 verwacht.

Geschreven door: Jeroen Boer op

Category: Nieuws, Algemeen

Tags: Iot, Standaard