EE World 與 Z-Wave 聯(lián)盟主席 Avi Rosenthal 討論了物聯(lián)網(wǎng)無線協(xié)議的進(jìn)步及其使用地點(diǎn)。

Z-Wave 是工程師可以設(shè)計(jì)到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的眾多無線協(xié)議之一。Z-Wave 的工作頻率范圍為 865 MHz 至 921 MHz，具體取決于國家或地區(qū)，它同時(shí)使用網(wǎng)狀和星形拓?fù)洌O(shè)備通過集線器進(jìn)行通信。標(biāo)準(zhǔn)范圍為每跳 100 m，Z-Wave Long Range 可達(dá) 1.6 km。隨著信號(hào)強(qiáng)度的降低，數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到 100 Mb/秒，速度會(huì)降低。

Z-Wave 協(xié)議主要用于家庭自動(dòng)化，與其他協(xié)議競(jìng)爭(zhēng)并與其他協(xié)議（包括 Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee 和 LoRaWAN）配合使用。其三層協(xié)議棧由物理層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。Z-Wave 聯(lián)盟定義了協(xié)議棧和

EE：Avi，感謝您抽出寶貴時(shí)間與 EE World 聊天。請(qǐng)向 EE World 讀者概述 Z-Wave 和 Z-Wave 聯(lián)盟，以及它與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中使用的其他無線協(xié)議的比較。

羅森塔爾： 在 Z-Wave，我們的目標(biāo)是與為物聯(lián)網(wǎng)提出偉大創(chuàng)意的工程師進(jìn)行交流。我們希望他們了解 Z-Wave 協(xié)議的強(qiáng)大功能并將其設(shè)計(jì)到他們的產(chǎn)品中。我們有一些公司來找我們說：“我構(gòu)建了這個(gè)非?？岬男滦〔考?，但我使用 Wi-Fi，它確實(shí)沒有兌現(xiàn)它的承諾，因?yàn)?Wi-Fi 有特定的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，而我的產(chǎn)品無法利用它們。當(dāng)我們描述 Z-Wave 的功能時(shí)，他們會(huì)問：“我該如何轉(zhuǎn)換？

我們有工程合作伙伴幫助工程師將他們的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為 Z-Wave，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候 Z-Wave 是正確的方法。不幸的是，在想法層面上，橡膠與道路的交匯點(diǎn)并沒有得到足夠的討論，因?yàn)楫?dāng)你開發(fā)一個(gè)互聯(lián)設(shè)備時(shí)，就是在為它制定標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候。依靠藍(lán)牙和 Wi-Fi 非常容易，因?yàn)槊總€(gè)人都帶著裝有它們的蜂窩設(shè)備四處走動(dòng)。他們認(rèn)為這就是要走的路。

還有很多其他標(biāo)準(zhǔn)：LoRa、Matter、ZigBee、Z-wave 等。有數(shù)十種射頻協(xié)議，根據(jù)您正在開發(fā)的產(chǎn)品，您的產(chǎn)品需要符合或使用其中一種協(xié)議。長(zhǎng)期沒有使用這些射頻協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)的人不一定接觸過其中一些協(xié)議。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)這些協(xié)議存在時(shí)，他們已經(jīng)花時(shí)間解決了問題。現(xiàn)在他們必須重新開始。我很高興有機(jī)會(huì)與工程師進(jìn)行這些對(duì)話，研究想法的人，因?yàn)檫@才是 Z-Wave 的真正意義所在。

EE世界： 什么是 Z-Wave？如果我們擁有所有這些其他東西，為什么還需要 Z-Wave？它做了什么其他人沒有做的？

Z-Wave 協(xié)議棧涵蓋了從物理層到應(yīng)用層。（圖片來源：Z-Wave聯(lián)盟）

羅森塔爾： 與其他射頻協(xié)議一樣，Z-Wave 以特定方式執(zhí)行特定任務(wù)以滿足特定需求。例如，Wi-Fi 試圖為所有人提供一切。它是一根大而巨大的管道，射程合理，它是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。如果您需要從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)獲取信息，除非您需要電池，否則您將使用 Wi-Fi。如果你需要電池，那么你真的應(yīng)該使用藍(lán)牙。如果您需要非常好的加密，并且想要長(zhǎng)距離并且想要電池壽命，那么您就不能使用 Wi-Fi 或藍(lán)牙。所以現(xiàn)在你需要?jiǎng)e的東西。我有解決方案：Z-Wave 和 Z-Wave Long Range。

Z-Wave 有兩種風(fēng)格，經(jīng)典和遠(yuǎn)程。它們是完全加密的。它們完全兼容，因?yàn)槊總€(gè)產(chǎn)品都經(jīng)過認(rèn)證，確保每個(gè) Z-Wave 產(chǎn)品都能與其類別中的所有其他 Z-Wave 產(chǎn)品交互。Z-Wave Long Range 在電池供電的設(shè)備上可以行駛一英里半。我不是在談?wù)撈囯姵亍Ｎ艺f的是硬幣大小的小鋰電池。Z-Wave Classic 是一個(gè)巨大的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。它有中繼器。它的性能就像一個(gè)大型基礎(chǔ)設(shè)施。這些協(xié)議為希望以開放標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)連接設(shè)備的公司提供了巨大的機(jī)會(huì)，但使他們能夠與整個(gè)產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)互作的遠(yuǎn)程、完全加密、電池供電和電源供電設(shè)備。很難找到像 Z-Wave 這樣具有如此廣泛和深度的對(duì)比協(xié)議。

EE世界：在芯片、模塊和 IP 支持方面有哪些可用？生態(tài)系統(tǒng)是什么樣的？

羅森塔爾： 這是一個(gè)開放平臺(tái)。您唯一需要做的就是加入 Z-Wave 聯(lián)盟。加入聯(lián)盟后，您幾乎可以訪問所有內(nèi)容，一直到源代碼。你可以做你自己的事情。現(xiàn)在有一些芯片供應(yīng)商正在他們的 FPGA 上加載我們的軟件。

Semtech 正在將 Z-Wave 協(xié)議棧移植到其 LoRa 芯片上。他們希望使用 Z-wave 作為其無線電芯片的命令和控制軟件。TI 已經(jīng)研究過它。我們有多家供應(yīng)商，例如 Si-Labs 和 Trident IoT，他們生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) Z-Wave 設(shè)備：芯片、模塊、控制器平臺(tái)、軟件開發(fā)工具和測(cè)試設(shè)備。設(shè)計(jì)和開發(fā)所需的一切都可以通過聯(lián)盟或我們的芯片供應(yīng)商之一獲得。

EE世界： 聯(lián)盟是否有有限且免費(fèi)的注冊(cè)，足以讓您看看那里有什么？

羅森塔爾： 有一個(gè) GitHub，幾乎任何人都可以使用。你不能做的是許可軟件。你不能看源頭;您必須簽署文件以保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。一旦你進(jìn)去了，你就進(jìn)去了。如果您有 .edu 電子郵件，我們每年 100 美元的學(xué)術(shù)會(huì)員資格。

EE世界：公司如何獲得 Z-Wave 認(rèn)證？

羅森塔爾： Z-Wave 世界的認(rèn)證意味著互作性。如果你想和其他人一起在沙盒中玩，你必須留在主干道上并認(rèn)證你的產(chǎn)品。但是，沒有要求這樣做。我們確實(shí)有公司決定不使用 Z-Wave 徽標(biāo)。他們不稱其為 Z-Wave，但他們利用 Z-Wave 協(xié)議、Z-Wave 堆棧和源代碼，因?yàn)槲覀儠?huì)定期進(jìn)行修改和安全更新。他們得到了所有這些，但他們只是沒有給它打上 Z-Wave 的標(biāo)簽。我希望每個(gè)人都能為他們的產(chǎn)品打上 Z-Wave 的烙印嗎？是的，但我們成為 SDO（標(biāo)準(zhǔn)制定組織）的一部分是，世界上將有人接受它并使用它。

EE世界： 就認(rèn)證測(cè)試和測(cè)試軟件而言，您有哪些措施？你舉辦插電節(jié)嗎？

羅森塔爾： 我們稱之為不插電的音樂節(jié)，因?yàn)楫?dāng)然，我們是一種無線技術(shù)。

安全面板在智能家居中使用 Z-Wave。（圖片來源：Z-Wave聯(lián)盟）

我們有用于測(cè)試的軟件工具。我們擁有自我診斷工具和開發(fā)環(huán)境，因此您可以在自己的環(huán)境中運(yùn)行自己的測(cè)試工具，并在前往我們的三個(gè)認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室之一之前調(diào)整所有內(nèi)容。我們?cè)跉W洲、美洲和亞洲設(shè)有實(shí)驗(yàn)室，負(fù)責(zé)對(duì)文書工作進(jìn)行官方蓋章和官方測(cè)試。

絕大多數(shù)公司使用自己的工具，因?yàn)檫@些工具是免費(fèi)提供的。因此，他們使用內(nèi)部工具，這樣他們就知道自己會(huì)通過，這樣當(dāng)他們到達(dá)認(rèn)證機(jī)構(gòu)時(shí)，一勞永逸。嗯，嗯，對(duì)吧？他們經(jīng)歷這個(gè)過程，你知道，如果有一點(diǎn)異常，他們就會(huì)修復(fù)它，然后他們就失去了認(rèn)證。因此，認(rèn)證通常需要四到六周的時(shí)間。這相當(dāng)快。他們非常有效地運(yùn)行實(shí)驗(yàn)室，所以他們可以轉(zhuǎn)動(dòng)和燃燒，對(duì)吧？所以我們不想要，我們不想要聯(lián)盟。我們不想成為發(fā)展的障礙，對(duì)吧？我們不想成為創(chuàng)新的阻礙。因此，我們讓人們盡可能輕松地完成測(cè)試過程，以便他們做到，因?yàn)槿绻阕屗兊锰щy。他們只會(huì)忽略它，他們不會(huì)這樣做。B，我們希望它非常高效。

EE世界： 認(rèn)證和互作性之間存在差異。您可以通過每項(xiàng)認(rèn)證測(cè)試，但仍然擁有與其他人的產(chǎn)品不對(duì)話的產(chǎn)品。你們?nèi)绾翁幚砘プ餍詼y(cè)試？

羅森塔爾： 我們舉辦一周名為“不插電節(jié)”，但是，是的，我們舉辦插電節(jié)，每個(gè)大陸每年至少舉辦一次。美國峰會(huì)，10月底，第一天是不插電節(jié)。通常，我們會(huì)收到幾百家公司推出他們的產(chǎn)品。

Z-Wave 聯(lián)盟將于 2025 年 10 月舉辦“拔掉插頭節(jié)”

我們還在建立一個(gè)互作性實(shí)驗(yàn)室。我們的一位董事會(huì)成員提出利用他們的空間，因?yàn)樗麄冏隽撕芏?Z-Wave 工作，因此我們將在費(fèi)城以外的實(shí)驗(yàn)室全年提供互作性。就在我們說話的時(shí)候，它正在建設(shè)中。一年前，我們被一家制造商所有，然后我們成為標(biāo)準(zhǔn)制定組織 （SDO）。當(dāng)然，制造商不再想托管這個(gè)，因?yàn)楝F(xiàn)在聯(lián)盟是一個(gè) SDO。我們現(xiàn)在有足夠的成員來支持組建另一個(gè)互作性實(shí)驗(yàn)室，并且那里將有每種類型設(shè)備的示例。

我們還在 GitHub 上，那里有論壇供人們討論他們?nèi)绾螌?shí)施軟件，這樣當(dāng)他們通過認(rèn)證時(shí)，他們不僅按照聯(lián)盟希望的方式實(shí)施，而且遵循最佳實(shí)踐。這些最佳實(shí)踐來自成員，它們可能是提示和技巧，但它們位于 GitHub 上，而不僅僅是由聯(lián)盟決定

EE世界： 有許多公司制造的射頻模塊包括多個(gè)射頻芯片組和微控制器。工程師是否將 Z-Wave 與其他協(xié)議（例如 Wi-Fi 和藍(lán)牙）一起設(shè)計(jì)到他們的產(chǎn)品中？

羅森塔爾： 所有對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)起主作用的設(shè)備通常都是我們所說的無線電盒。他們有 Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee 和 Z-Wave，原因是用戶。我們希望為他們提供盡可能多的選擇，讓他們購買同類最佳產(chǎn)品來解決他們想要解決的問題。在模塊層面，我們看到硅供應(yīng)商推出了一些非常令人興奮的東西，因?yàn)楝F(xiàn)在他們開始在單個(gè)模塊上橋接各種協(xié)議和各種無線電芯片。使他們能夠做到這一點(diǎn)的是當(dāng)今可用的軟件定義天線。

Ignion 虛擬天線覆蓋多個(gè)頻段。（圖片來源：Ignion）

看看 Ignion 等公司;他們有一個(gè)非常酷的虛擬天線。你把它放在背板上，你可以在一個(gè)背板上完成 2.4 GHz、900 MHz、5.8 GHz 和蜂窩網(wǎng)絡(luò)。例如，Trident IoT 正在與 Ignion 合作開發(fā)多協(xié)議模塊。這將產(chǎn)生 Z-Wave 藍(lán)牙模塊、Z-Wave Wi Fi 模塊或 ZigBee 藍(lán)牙模塊?，F(xiàn)在在 ZigBee 世界中，它變得容易一些。有 2.4 GHz 藍(lán)牙和 Wi-Fi，因此每個(gè)人都使用 2.4 GHz。這使得構(gòu)建模塊變得容易，但不會(huì)使管理信道沖突變得更加困難，因?yàn)槊總€(gè)人都使用相同的頻率。Z-Wave 的美妙之處在于我們?cè)谳^低的 900 MHz 范圍內(nèi)處于一個(gè)受保護(hù)的頻段。在美國和世界其他地方，我們處于各種其他受保護(hù)的頻率，例如 868 MHz 和 941 MHz，具體取決于位置。在美國，它基本上運(yùn)行在 908 MHz 到 920 MHz 之間。

EE世界： 這些低頻提供了長(zhǎng)距離。

羅森塔爾： 這就是我們獲得卓越范圍的地方。然后我們使用一些頻率調(diào)制來擴(kuò)展該范圍以啟用全帶寬。因此，我們的一些協(xié)議會(huì)走得更遠(yuǎn)，但不是在全帶寬下。我們保證在給定范圍內(nèi)，您將獲得無線電堆棧中的全部帶寬可用性。

EE世界： 該帶寬是多少，您可以從該帶寬中獲得多少數(shù)據(jù)速率？

羅森塔爾：每秒 100 兆比特，

EE世界： 連續(xù)還是突發(fā)？

羅森塔爾： 連續(xù)但爆發(fā)。Z-Wave 不是為視頻或流媒體而設(shè)計(jì)的。

EE世界： 您提到了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。Z-Wave 用于哪些行業(yè)？

Rosenthal：我們所做的絕大多數(shù)工作是住宅指揮和控制，但現(xiàn)在有了 Z-Wave 遠(yuǎn)程，我們正在突破企業(yè)和園區(qū)應(yīng)用，例如智慧城市和智能社區(qū)，因?yàn)槲覀兛梢宰龈h(yuǎn)的范圍。我們現(xiàn)在可以將網(wǎng)絡(luò)橋接在一起，這樣我們就可以擁有兩個(gè)經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)。您可以擁有一座充滿經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)的建筑，它是網(wǎng)狀的，非常堅(jiān)固。我們可以使用 Z-Wave 遠(yuǎn)程鏈接它們?，F(xiàn)在，您可以在校園周圍建立集群。我們正在進(jìn)入企業(yè)。他們?cè)谵r(nóng)業(yè)中使用我們進(jìn)行土壤測(cè)試和監(jiān)測(cè)等工作。長(zhǎng)距離電池供電設(shè)備不需要像其他一些傳感器那樣多的電力。

我們開始在工業(yè)應(yīng)用、限位開關(guān)和其他通常使用 ZigBee 的應(yīng)用中看到 Z-Wave，但它的 2.4 GHz 頻率給一些工業(yè)應(yīng)用帶來了問題，因?yàn)樗鼈兊教幎加?Wi-Fi 和藍(lán)牙。我們能夠進(jìn)來提供幫助。

我們還推出了我們的電池列表技術(shù)。這應(yīng)該在 2025 年底到來。我們將能夠通過一個(gè)小型設(shè)備進(jìn)行全棧 Z-Wave，該設(shè)備根據(jù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生壓電電，無需電池。我們正在與一家領(lǐng)先的公司合作來做到這一點(diǎn)。WePower 開發(fā)了一種非常小的磁中磁，可以在非常小的封裝中非常有效地發(fā)電，因此我們可以做限位開關(guān)之類的事情，而這些開關(guān)今天必須接線。即使限位開關(guān)使用 ZigBee，它們也必須接線供電。這真的很難。Z-Wave 將啟用無需電池的限位開關(guān)。您實(shí)際上將擁有一盒限位開關(guān)，只需將它們放置在工廠周圍需要的任何地方即可。

EE世界： 動(dòng)議從何而來？

羅森塔爾： 運(yùn)動(dòng)可能來自許多不同的地方，例如車內(nèi)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng) （TPMS） 的車輪振動(dòng)。輪子旋轉(zhuǎn)和彈跳，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)可能來自門把手的投擲。當(dāng)您轉(zhuǎn)動(dòng)門把手時(shí)，90 度的運(yùn)動(dòng)足以產(chǎn)生發(fā)送、接收和確認(rèn) Z-Wave 信號(hào)的電力。你可以從位于地面上的水傳感器獲得足夠的運(yùn)動(dòng)，一小塊紙帶放在那里，它可以在那里放置 10 年。當(dāng)水流過時(shí)，它會(huì)降解膠帶，并使彈簧爆裂。彈簧大約有 5 毫米，它會(huì)產(chǎn)生足夠的磁脈沖來產(chǎn)生能量，將信號(hào)發(fā)送到集線器并通知某人我們的漏水。您永遠(yuǎn)不必記住更換該設(shè)備的電池 10 年。

然后是電燈開關(guān)。你按下一個(gè)電燈開關(guān)。我相信你已經(jīng)看到了你推動(dòng)它的概念。但人們不喜歡一個(gè)概念的是，你必須把它推對(duì)？你真的必須依靠它，第一和第二，它是一種專有的射頻技術(shù)。你必須使用他們的技術(shù)。現(xiàn)在，當(dāng)然，我將高度談?wù)?Z-Wave，因?yàn)槲覀儗⒗眠@種電池列表技術(shù)進(jìn)行 Z-Wave。但事實(shí)證明，這種電池列表技術(shù)將產(chǎn)生足夠的能量來進(jìn)行藍(lán)牙、ZigBee、某些 LoRa 應(yīng)用以及 Z-Wave。我喜歡這樣一個(gè)事實(shí)，即當(dāng)我們首先實(shí)現(xiàn)堆棧時(shí)，它會(huì)執(zhí)行 Z-Wave，但這一切都在電池列表中，都在您創(chuàng)建的小脈沖中，以產(chǎn)生高效的火花，使這些射頻技術(shù)能夠以全功率進(jìn)行通信。