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Funkkommunikation im Smart Home

Wie man Z-Wave-Geräte entwickelt

Was ist Z-Wave?

Bild 1: Sigma Designs ZM5202
Bild 1: Sigma Designs ZM5202

Z-Wave ist ein internationaler Funkstandard zur Kommunikation zwischen Geräten im intelligenten Haus. Mit mehr als 1000 zertifizierten kompatiblen Geräten hat die Technologie das Zeug zu einer der führenden, wenn nicht wie bereits in den USA zur marktführenden, Technologie für das Smart Home zu werden. Die weltweite Verbreitung des Standards und die große Unterstützung auf allen Kontinenten und in verschiedenen Branchen bieten insbesondere für Startups aber auch für etablierte Unternehmen eine ideale Basis, eigene Produkte zu entwickeln und entweder durch zugekaufte Fremdprodukte zu ergänzen oder selbst anderen Z-Wave Herstellern für deren Systemlösungen anzubieten.

Technisch gesehen ist Z-Wave eine Spezifikation für ein Kommunikationsprotokoll mit niedriger Bitrate. Es ermöglicht unterschiedlichen Geräten in Gebäuden per Funk miteinander zu kommunizieren. Zu diesen Geräten gehören fest installierte Ausstattungen, wie z.B. Lichtschalter und Heizungssteuerungsmodule, aber auch mobile Geräte sowie Fernbedienungen oder Gateways zu Internetdiensten auf Smartphones etc.. Die Spezifikation deckt alle Aspekte der Kommunikation ab (OSI Schicht 1-7) – von der Funkfrequenz bis zu der Art, wie die Geräte »Ereignisse erzeugen« und Aktionen durchführen. Nur Geräte mit vollständiger Implementierung aller Aspekte des Kommunikationsprotokolls dürfen als Z-Wave-kompatibel oder kurz Z-Wave-Gerät bezeichnet werden.

Hardware

Um die Funkkommunikation von Z-Wave zu unterstützen, ist ein entsprechender Z-Wave-Funk-Transceiver erforderlich. Der Hauptanbieter für diese Hardware ist das US-amerikanische Unternehmen Sigma Designs (NASDAQ: SIGM). Ein weiterer Anbieter, die Mitsumi Corporation, bietet funktions- und pin-kompatible Bausteine an [Mitsumi2012]. Die aktuelle Chip-Generation von Sigma Designs wird als Series 500 bezeichnet. Alle Produkte der Series 500 haben den gleichen Chipkern, variieren jedoch in Bezug auf die Peripherie. Es existieren die reinen Transceiver-Chips aber auch komplette Module, die neben dem eigentlichen Transceiver die unbedingt notwendigen Bauelemente Quarz, Abblock-Kondensatoren und den Antennenfilter enthalten. Tabelle 1 zeigt die aktuell angebotenen Bausteine mit Z-Wave-Support:

Hersteller Produkt Beschreibung
Sigma Designs ZM3102 PCBA-Modul, Vorgängerversion, immer noch in vielen Produkten eingesetzt, reduzierte Anzahl I/Os
Sigma Designs ZM5101 Chip-Modul, Standardversion, alle I/Os verfügbar
Sigma Designs ZM5202 PCBA-Modul, kompatibel (‚drop in’- Replacement) für ZM3102
Sigma Designs SD3503 Modem-Chip, Low Cost, nur für hohe Stückzahlen
Sigma Designs ZM5304 PCBA-Modul mit SD3503, aller Peripherie und Antenne, bereits funkzertifiziert
Mitsumi WML C84 Chip-Modul, kompatibel zu ZM5101
Mitsumi WML C85 Chip-Modul, kompatibel zu ZM5101, aber eingebauter Antennenfilter
Mitsumi WML C86 PCBA-Modul mit WML C85 und Schaltungserweiterung für große Distanzen
Mitsumi WML C87 PCBA-Modul mit WML C85 und Schaltungserweiterung für große Distanzen und reduzierten Stromverbrauch

Der in allen Bausteinen identische Kern verfügt über eine 8051 kompatible CPU, sowie den Transceiver-Chip, der auf den für unterschiedliche Länder unterschiedlichen Z-Wave Frequenzen arbeitet. Die technischen Daten des Chipkerns sind:

  • Frequenzbereich des Transceivers: 779-956 MHz
  • Datenraten des Transceivers: 9.6 / 40 / 100 kbps
  • Programm-Speicher: 128 kB Flash
  • RAM: 16kB
  • IRAM 256 Byte
  • GPIOs: 30
  • Keyboard-Ansteuerung: 128 Tasten
  • UARTS: 2
  • USB: 1 * USB 2.0
  • SPI Ports: 2
  • Verschlüsselung: AES 128 Core
  • Betriebsspannung:; 2.3 ...3.6 V
Bild 2: Blockschaltbild des ZM5101 bzw. WML C84
Bild 2: Blockschaltbild des ZM5101 bzw. WML C84

Bild 2 zeigt das Blockschaltbild des Z-Wave-Transceiver-Moduls der Serie 500 mit den einzelnen Funktionsblöcken. Neben dem eigentlichen IC-Kern befinden sich der Quarz, die Spannungsentkoppelung und die Antennenanpassung (Antennenfilter) auf dem Modul.

Um eine einfache Applikation wie eine Eintasten-Fernbedienung oder einen Türkontaktsensor zu realisieren, braucht es neben dem Modul gerade mal 11 weitere Bauelemente, davon 8 einfache Widerstände und Kondensatoren.  Bild 3 zeigt eine mögliche Beispielschaltung.

Die Module können entweder direkt bei den Herstellern oder bei Digikey (www.digikey.com), dem weltweiten Vertrieb von Sigma Designs, bestellt werden. Der Preis hängt vom Volumen ab, aber für kleine Produktionsmengen von wenigen Tausend Modulen kann eine Budgetschätzung von 5 bis 6 USD angesetzt werden.

Die Funkschnittstelle von Z-Wave

Bild 3: Schaltungsbeispiel eines einfachen Z-Wave Gerätes
Bild 3: Schaltungsbeispiel eines einfachen Z-Wave Gerätes

Z-Wave nutzt Frequenzen unterhalb von 1 GHz. In diesem Bereich liegt das lizenzfreie aber regulierte Frequenzband SRD 860 und das in Nordamerika genutzte ISM Frequenzband (908MHz), innerhalb dessen Z-Wave kommuniziert. Diese Frequenzbänder können zwar kosten- und zulassungsfrei genutzt werden, unterliegen aber nationalen Regulierungen. Alle europäischen sowie der größere Teil der asiatischen Länder (inklusive VR China) haben für Z-Wave zwei einheitliche Frequenzen zugelassen: 868.4 MHz und 869.5 MHz. Andere Länder wie Russland (869.0 MHz) oder Indien (865 MHz) nutzen andere Frequenzen aber im gleichen Frequenzband. Der Z-Wave Transceiver muss daher auf die Zielfrequenz eingestellt werden. Dies geschieht während der Firmware-Programmierung: es gibt allerdings einige Anbieter, die einen Frequenzwechsel durch Funkkommandos ermöglichen. Dies ist technisch kein Problem, kann jedoch in einigen Ländern zu Importproblemen führen.

Die Funkschnittstelle von Z-Wave ist in der ITU-Spezifikation G.9959 festgelegt. Es existieren drei verschiedene Funkverfahren, die von Z-Wave zeitgleich genutzt werden. Der Transceiver wird immer versuchen, mit der höchsten Bitrate zuerst zu senden und kann die Datenrate und damit die Modulation umschalten, wenn dies aufgrund schwieriger Funkverhältnisse notwendig ist. Dieses Verfahren heißt »frequency agility« und ist insbesondere bei zuverlässigkeitskritischer Kommunikation gefordert. Die Frequenzumschaltung erfolgt automatisch und kann vom Anwender bzw. der Firmware nicht beeinflusst werden.

Tabelle 2 zeigt die Daten zu den Kodierverfahren:

Mode Bitrate Modulation Bitkodierung Besonderheiten
1 9.6 kbps FSK Manchester  
2 40 kbps  FSK NRZ  
3 100 kbps GFSK NRZ erst ab Serie 500 verfügbar

Der Transceiver sendet mit einer Sendeleistung zwischen – 24 dBm und + 6 dBm, die ebenfalls während der Programmierung der Firmware festgelegt werden kann. Je höher die Sendeleistung ist, desto mehr Strom braucht der Chip. Daher begrenzen die meisten Hersteller die Sendeleistung auf 0 dB. Hier werden im Sendemoment ca. 30 mA Strom an 3 V benötigt.

Das Z-Wave Netzprotokoll

Bild  4: Z-Wave-Kommunikations-Stapels
Bild 4: Z-Wave-Kommunikations-Stapels

Bild  4 zeigt den Kommunikations-Stapel von Z-Wave. Er besteht aus drei Teilen. Die PHY- und MAC-Ebene ist wie bereits erwähnt als ITU-T Empfehlung G.9959 [ITU2012] spezifiziert. Die Netzwerkebene ist ein proprietärer Code von Sigma Designs und durch mehrere Patente geschützt. Die Anwendungsebene wird in Umfang und Funktion vom Produkthersteller definiert. Die einzelnen Funktionen und Kommandos müssen jedoch der Z-Wave Spezifikation entsprechen, damit die Interoperabilität gewährleistet bleibt.

Das Netzprotokoll definiert, wie die einzelnen Z-Wave Geräte Daten austauschen.

Die Adressierung der Z-Wave Geräte erfolgt anhand einer gemeinsamen 4 Byte langen Home ID sowie einer nur innerhalb des Netzes gültigen 1 Byte langen Node ID. Damit können mehrere Funknetze parallel in einem Haus betrieben werden. Der Prozess der Zuweisung einer gemeinsamen Home ID und einer individuellen Node ID an ein neues Gerät heißt bei Z-Wave Inclusion und wird vom das Netz organisierenden Primärcontroller aus gesteuert. Als Primärcontroller kann in kleinen Netzen eine mobile Fernbedienung genutzt werden. In größeren Netzen wird meist eine Zentralsteuerung mit IP-Zugang zur Konfiguration und Steuerung des Hauses eingesetzt. Es können insgesamt 232 einzelne Geräte in einem Netz adressiert werden. Mittels sogenannter Multichannel-Befehle können pro physischem Z-Wave Gerät bis zu 128 logische Endpunkte adressiert werden. Dies ist bei Geräten mit mehreren identischen Funktionen wie zum Beispiel einer Stromverteilleiste mit einem Relais pro Stromausgang sinnvoll. Die meisten Geräte nutzen allerdings nur einen logischen Kanal.

Z-Wave nutzt eine Zweiwege-Kommunikation mit Rückbestätigung. Nur erfolgreich  bestätigte Datagramme gelten als erfolgreich versendet. Bei Kommunikationsfehlern wird der Sendevorgang bis zu dreimal wiederholt. Z-Wave implementiert als Netzwerktopologie eine Funkvermaschung, bei der jedes netzbetriebene Gerät Datagramme anderer Geräte im eigenen Netz weiterleiten kann. Das damit entstehende vermaschte Netz wird ebenfalls vom Primärcontroller gesteuert und die Routen bei Veränderungen des Netzes aktualisiert. Routen können sich über bis zu 4 Zwischen-Hops erstrecken.

Alle netzbetriebenen Geräte sind ständig funkaktiv und können daher als Router dienen. Batteriebetriebene Sensoren und Aktoren sind meist inaktiv und wecken periodisch auf,  um Kommandos entgegenzunehmen und auszusenden.

Firmware

Zum Entwickeln von Z-Wave-Software ist ein System Development Kit (SDK) erforderlich. Sigma Designs, Mitsumi und Digikey bieten SDKs in unterschiedlichen Versionen in einer Preislage zwischen 1500 und 3500 USD an. Sie unterscheiden sich in der mitgelieferten Hardware. Die teureren SDK-Versionen enthalten nicht nur Hardware zur EEPROM-Programmierung sondern auch unterschiedliche Testhardware für Sensoren, Aktoren und unterschiedliche Frequenzen. Alle SDKs enthalten das Software- und Dokumentationspaket. Um Zugang zur Dokumentation, den Softwarecodes und den Tools zu erhalten, muss der Entwickler eine Vertraulichkeitsvereinbarung mit Sigma Designs unterzeichnen. Durch Unterzeichnen der Vertraulichkeitsvereinbarung stimmt der Hersteller zu, alle im SDK bereitgestellten Informationen als vertraulich zu behandeln.

Das SDK enthält die gesamte Dokumentation und den Code, der benötigt wird, um eine Firmware zu programmieren, die alle drei Teile des Kommunikations-Stacks abdeckt. Die unteren Protokollebenen sind komplett definiert und dürfen vom Hersteller auch nicht geändert werden, da dies die Interoperabilität der Geräte untereinander gefährden könnte. Sie stehen deshalb auch nicht als Quellcode, sondern nur in vorkompilierten Libraries zur Verfügung. Die Libraries wurden durch viele Muster-Quellcodes ergänzt, um die Nutzung der Libraries zu demonstrieren und die Implementierung eines mit Z-Wave kompatiblen Codes zu dokumentieren.

Der geschlossene Code der Libraries hat Vor- und Nachteile:

  • Nachteil: Fehler in der Bibliothek können nur von Sigma Designs selbst erkannt und behoben werden, was teilweise länger dauern kann und auch das Debugging schwieriger macht.
  • Vorteil: Niemand kann die unteren Protokollebenen ändern. Dies gewährleistet, dass zumindest in diesem Bereich alle Z-Wave-Produkte problemlos zusammenarbeiten, da sie sich alle auf dieselbe gut gepflegte Code-Basis beziehen.

Um mit einem SDK von Sigma Designs eine Firmware für die Z-Wave-Module zu kompilieren, ist ein KEIL C-Compiler erforderlich [KEIL]. Die vorkompilierten Libraries für die PHY- und NET-Ebene erzwingen jedoch die Nutzung bestimmter Versionen des KEIL-Compilers und seiner Umgebung. Das SDK enthält die folgenden Teile:

  • vorkompilierte Libraries für unterschiedliche Anwendungen,
  • Beispiel-Quelltexte,
  • Quellcode für bestimmte Tools und die
  • vollständige Dokumentation des Z-Wave-Protokolls.

Z-Wave-Geräte können unterschiedliche Funktionen im Netzwerk ausfüllen. Es wird zwischen Controllern – sie übernehmen Steueraufgaben des Netzes – und Slaves unterschieden. Diese unterschiedlichen Rollen im Netzwerk nutzen im Protokoll in Z-Wave unterschiedliche Funktionen. Als Ergebnis bietet das SDK verschiedene Library-Versionen für unterschiedliche Geräteaufgaben im Netzwerk. Der Hauptgrund dafür ist die Speichergröße, da die Implementierung aller Funktionen in einer Library den verfügbaren EEPROM-Speicher für den Betriebscode übersteigen würde. Die meisten Funktionen der Library, insbesondere die Versionen, die sich mit der Netzwerkorganisation befassen, aber auch die Initialisierung des Chips und die Behandlung der Ein- und Ausgangsschlange des Empfängers, werden für den Entwickler ausgeblendet. Die Hauptfunktionen, die der Entwickler nutzt, sind:

  • Senden und Empfangen von Anwendungsbefehlen
  • Einbinden und Entfernen von Geräten
  • Netzwerkmanagement
  • Unterstützung der Peripheriefunktionen wie Watchdogs, TRIAC-Steuerung etc.

Das SDK enthält auch Quellcode-Templates zum einfachen Entwurf neuer Anwendungen. Unterschiedliche Beispielcodes für Z-Wave Funktionen vereinfachen die Nutzung der Beispiel-Vorlagen und helfen beim Entwickeln von Anwendungen. Leider verfügen die Z-Wave ICs nur über ungenügende Debugging-Möglichkeiten. Es gibt weder eine JTAG-Schnittstelle noch einen Emulator oder Simulator für den Chip. Im Z-Wave-Ökosystem gibt es jedoch mehrere Serviceanbieter, die Hilfe und professionelle Entwicklungsdienste anbieten. [Z-Wave.Me].

Entwicklung kompatibler Produkte

Z-Wave-Geräte bestehen aus dem Z-Wave Chip bzw. Modul sowie weiterer peripherer Hardware. Wenn keine besonderen Anforderungen an die Firmware bestehen, lässt sich die gesamte Funktion des Gerätes in der Regel direkt im 8051 Microcontroller des Z-Wave Chips implementieren. Die Funk-Kommunikation mit anderen Geräten unterliegt dabei besonderen Einschränkungen. Im ersten Schritt sind einige Systementscheidungen zu fällen:

  • Rolle im Netzwerk: Ein Controller kann eigene Netzwerke aufbauen, wobei er zusätzlich zwischen mobilen Controllern (z. B. Fernbedienungen) und statischen Steuerungen (z. B. Gateways) unterscheidet. Ein Slave implementiert nur die eigenen Steuerfunktionen für das Gerät.
  • Stromversorgungsmodell: batteriebetrieben mit regelmäßigem Wecken, über das Hauptnetz, batteriebetrieben, kann durch Nutzung des Hauptstroms geweckt werden.
  • Funktion der Geräte: Schalter, Dimmer, Gerät zur Motorsteuerung, Thermostat etc.

Die Grundfunktion des Z-Wave Gerätes ist in den sogenannten Geräteklassen beschrieben. Der Hersteller muss genau eine Geräteklasse auswählen, die der Produktgrundfunktion entspricht. Dadurch werden bereits einige Kommunikations-Funktionen und Dienste definiert, die dieses Gerät unterstützen muss. Die Funkfunktionen und Dienste eines Geräts werden in den sogenannten Befehlsklassen beschrieben. Befehlsklassen sind Gruppen von Funkbefehlen, die genutzt werden, um bestimmte Aspekte eines Geräts zu steuern oder um Daten in Bezug auf diesen Aspekt auszugeben.

Die Befehlsklassen werden z. B. bezeichnet als binärer Schalter, Batterie oder Motorsteuerung und kombinieren alle Funktionen zur Handhabung eines binären Ein-/Aus-Schalters, des Batteriestatus oder der Steuerung eines Motors. Die Befehlsklassen, die durch das Wählen einer Geräteklasse erforderlich werden, sind als verpflichtende Befehlsklassen bezeichnet. Im Z-Wave Standard werden mehr als 20 Geräteklassen und 100 Befehlsklassen beschrieben. Der Hersteller kann zusätzlich freiwillige Befehlsklassen hinzufügen und nutzt diese Möglichkeit im Allgemeinen auch. Es gibt keine Einschränkungen für die Implementierung sonstiger freiwilliger Befehlsklassen, aber wenn ein bestimmter Befehl von einem Gerät unterstützt werden soll, muss diese Befehlsklasse:

  • während der Einbindung in das Funknetz in einem sogenannten Node Information Frame bekanntgegeben werden. Dies ist ein spezielles Datenpaket, in dem die Geräteklasse, die unterstützten Kommandoklassen und weitere gerätespezifischen Informationen bekanntgegeben werden.
  • vollständig und entsprechend der Spezifikation der Z-Wave-Befehlsklasse implementiert werden

Die API-Beschreibung der Z-Wave-Bibliotheken, die Definition der Geräteklassen und die Definition der Befehlsklassen sind deshalb die wichtigsten Dokumente mit denen Z-Wave-Entwickler arbeiten müssen.
Ein Beispiel wäre ein einfacher Türsensor, der bei geöffneter Tür ein »EIN«-Signal und bei geschlossener Tür ein »AUS«-Signal sendet. Dafür existiert eine Geräteklasse »Binärsensor«, die unter anderem eine Kommandoklasse »Binärsensor« und, im Falle eines Batteriebetriebes, die Kommandoklassen »Batteriestatus« und »Wakeup« erzwingen. Letztere Kommandoklasse wird zur Konfiguration des Aufweckverhaltens eines ansonsten im Tiefschlafmodus befindlichen Sensors verwendet.

Serielle Schnittstelle zum Host

Das gleiche Modul, das zum Bau von Produkten wie Dimmern und Schaltern eingesetzt wird, dient auch als Schnittstelle zu anderen Host-Computern, z. B. PCs. Die Hauptschnittstelle dafür ist die serielle Schnittstelle des Z-Wave Chips.

Die Chips der Series 500 verfügen über direkten USB-Support. Durch das Hinzufügen des USB-Geräts wird ein neues virtuelles serielles Gerät erstellt: das Betriebssystem, das die Z-Wave-Anwendung verwendet (z. B. COM x unter Windows oder /dev/tty.usbmodem unter IOS oder Linux).

Die Hersteller von USB- oder seriellen Geräten können ihr eigenes Kommunikationsprotokoll definieren, das für diese Schnittstelle verwendet wird. Da die Verbindung zum Host-Computer über eine Schnittstelle jedoch eine häufig vorkommende Aufgabe ist, bietet das SDK bereits eine Spezifikation, die bestimmte Funktionen der Z-Wave-Library mit einem seriellen Interface-Protokoll verknüpft und auch definiert, wie Daten über die serielle Schnittstelle ausgetauscht werden.

Bild 5: Das Z-Wave-Logo garantiert Kompatibilität
Bild 5: Das Z-Wave-Logo garantiert Kompatibilität

Das SDK enthält auch einige vorkompilierte Firmwares, die das serielle Interface-Protokoll implementieren, das als Sigma Designs Serial API bezeichnet wird. Das Ergebnis ist, dass die meisten Interface-Geräte von Z-Wave wie z. B. USB-Sticks einfach diese vorgetesteten und vordefinierten Firmwares nutzen, indem sie die serielle API von Sigma Designs implementieren. Bestimmte Anbieter haben jedoch die Firmware für die Host-Schnittstelle über die serielle Schnittstelle erweitert und optimiert [ZSTICK].

Auf der Host-Seite der seriellen Kommunikationsverbindung muss eine Software die vom virtuellen seriellen Gerät bereitgestellte serielle Schnittstelle verwalten. Weil die serielle Schnittstelle, wie sie von Sigma Designs empfohlen wird, Z-Wave-Library-Funktionen einfach mit der seriellen Schnittstelle verbindet, ist diese Schnittstelle relativ komplex und nicht einfach zu handhaben.

Der Kommunikations-Stapel auf dem PC muss unterschiedliche Teile der Netzwerksteuerung handhaben und das Timing und die Nachrichtenwarteschlange zum und vom Z-Wave Empfänger-SOC verwalten. Sigma bietet dafür wiederum Beispiel-Quellcodes an, aber die Entwickler können aus weiteren Optionen wählen. Im Internet gibt es mehrere Open-Source-Projekte, die die serielle API von Sigma Designs implementieren, z. B. [OpenZWave]. Sie haben die serielle API, die als Teil des SDK unter dem NDA bereitgestellt wird, teilweise re-engineered. Sigma Designs unterstützt diese Projekte jedoch nicht offiziell. Diese Open-Source-Implementierungen implementieren diese Spezifikation deshalb möglicherweise nicht vollständig und/oder nutzen die neuesten Funktionen von Z-Wave nicht korrekt. Es gibt auf dem Markt auch bestimmte kommerzielle Implementierungen von Z-Wave-Stacks für die PC-Seite, die professionellen Support für Projekte anbieten, bei denen der Support für die Z-Wave-Serial-API nicht von Grund auf neu implementiert werden soll [Z-Wave.Me].

Zertifizierung

Der letzte Schritt des Entwicklungsprozesses für Z-Wave Geräte ist die Z-Wave-Zertifizierung. Alle Geräte, bei denen der Z-Wave Standard implementiert wird, müssen zertifiziert werden, damit sie das in Abbildung 5 gezeigte Z-Wave Logo tragen dürfen. Die Zertifizierung stellt sicher, dass das getestete Gerät die Anforderungen der ausgewählten Geräteklassen erfüllt und dass alle Befehlsklassen so implementiert sind, dass sie der Z-Wave Spezifikation vollständig entsprechen. Zusätzlich wird das Funkverhalten getestet, um sicherzustellen, dass das Gerät mindestens eine Reichweite von etwa 25 Metern fehlerfrei erreicht. Das Handbuch und die gesamte Dokumentation werden ebenfalls geprüft, um sicherzustellen, dass die Hauptmerkmale von Z-Wave hinreichend dokumentiert sind:

  • Zwei-Wege-Kommunikation
  • Vermaschung (Meshing)
  • Inclusion, Exclusion und Association
  • Kompatibilität von Geräten unterschiedlicher Hersteller

im Handbuch korrekt erwähnt und beschrieben werden.

Der Zertifizierungsprozess ist sehr transparent. Alle Testfälle sind gut definiert und das von der Zertifizierungsstelle verwendete Test-Tool steht den Herstellern zur Verfügung, damit ein Vortest durchgeführt werden kann. Die Zertifizierungstests werden von zwei unabhängigen Prüfstellen, Pepper One [PepperOne] in Deutschland und Bulogics [Bulogics] in den USA, durchgeführt. Die Testergebnisse der Prüfstellen werden an den Zertifizierungsmanager der Z-Wave Allianz weitergeleitet, der über den Zertifizierungsfall entscheidet und eine Zertifizierungsnummer vergibt. Die Zertifizierungskosten betragen unabhängig von der Komplexität des Gerätes 2000 USD, einschließlich der Prüfung des Handbuchs.

Die Z-Wave Alliance

Die Z-Wave Alliance ist ein Konsortium namhafter Unternehmen, die den Z-Wave Protokoll-Standard nutzen und unterstützen. Zusätzlich zu bestimmten Marketing- und Förderaktivitäten unterstützt die Alliance die Entwickler auf unterschiedliche Weise:

  • Die Alliance organisiert sogenannte Un-Plug Fests. Hier können die Entwickler ihre Produkte ‒ ob fertig oder noch im Entwicklungsprozess befindlich‒ mit den Produkten anderer Anbieter testen.
  • Ein- und zweitägige Schulungsveranstaltungen erleichtern den Einstieg in das Arbeiten mit Z-Wave als Technologie und beschleunigen den Entwicklungsprozess.
  • Die Alliance unterhält ein Kompatibilitätslabor in New Jersey (USA), das gebucht werden kann, um erweiterte Produkttests durchzuführen.
  • Die Alliance bietet das Z-Wave Compliance Test-Tool an, um eigene Produkte auf die Z-Wave Protokoll-Spezifizierung zu prüfen.
  • Die Entwickler können sich auch Arbeitsgruppen innerhalb der Alliance anschließen, die neue Befehls- und Geräteklassen definieren. Dies ist besonders hilfreich, wenn neue zu entwickelnde Projekte brandneue Funktionen anbieten, die in Z-Wave noch nicht definiert sind. Die Zusammenarbeit bei der Weiterentwicklung von Z-Wave ist nicht nur erlaubt, sondern sehr erwünscht.

Weitere Informationen über diese Aktivitäten finden Sie auf der Website der Z-Wave Alliance: www.z-wavealliance.org.

Fazit

Die Integration von Z-Wave-Hardware in eigene Projekte ist relativ einfach, und es sind nur wenige zusätzliche Komponenten erforderlich, um ein Produkt zu gestalten. In den meisten Fällen kann das Z-Wave-Modul auch gleich für die Anwendungsfunktionen genutzt werden. Für die Entwicklung der Z-Wave Firmware auf dem Chip sind Dokumente, Beispiel-Quellcodes und Softwarebibliotheken als SDK im Rahmen einer Vertraulichkeitsvereinbarung erhältlich. Die Zertifizierung von Z-Wave Geräten gewährleistet die Kompatibilität durch Implementierungstests und verschiedene Aspekte auf Anwendungsebene.

Literatur

  • Pressemitteilung [Mitsumi2012] Mitsumi Electric Co, Ltd: Mitsumi concluded Z-Wave Module Supply Agreement with Sigma Designs, Inc. in USA (Mitsumi hat eine Vereinbarung zur Bereitstellung von Z-Wave-Modulen mit Sigma Designs, Inc. in den USA abgeschlossen), 23. Mai 2011,  www.mitsumi.co.jp/pdf/20110523_e.pdf
  • [Sigma300] Sigma Designs, Ltd ZM3102 Z-Wave Module, Data Sheet (Datenblatt Z-Wave-Modul), Oktober 2007, http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Zensys%20PDFs/ZM3102N.pdf
  • [ITU2012] ITU-T G.9959: Short range narrowband digital radio communication transceivers - PHY & MAC layer specification (Digitaler Schmalband-Funkkommunikations-Sender-Empfänger - Spezifizierung von PHY- und MAC-Layer), International Telecommunication Union, 02/2012
  • [Z-Wave.Me] Homepage: www.zwave.me
  • [ZSTICK] www.zwaveeurope.com/PC-Adapters.23.0.html
  • [OpenZWave] Open Source Z-Wave Implementation in C, code.google.com/p/open-zwave/
  • [PepperOne] Homepage: www.pepper-one.de
  • [Bulogics] Homepage:www.bulogics.com
  • [KEIL] Homepage: www.keil.com

 

Über den Autor
Autorenbild
Prof. Dr. Christian Pätz

TU Chemnitz

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