اخبار تکنولوژیاینترنت اشیاء

پروتکل Z-Wave چیست و چه کاربردی دارد ؟

معرفی پروتکل Z-Wave :

Z-Wave یک پروتکل ارتباطی بی سیم است که عمدتا در شبکه های خانگی هوشمند مورد استفاده قرار می گیرد، به دستگاه های هوشمند اجازه می دهد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و دستورات و داده های کنترل را تغییر دهند.این شبکه با استفاده از امواج رادیویی کم انرژی برای برقراری ارتباط از لوازم خانگی به دستگاه است، اجازه را برای کنترل بی سیم از لوازم خانگی و سایر دستگاه های مانند کنترل روشنایی، سیستم های امنیتی، ترموستات، ویندوز، قفل، استخر و گاراژ درب بازکن می دهد . مانند دیگر پروتکل ها و سیستم هایی که در بازار اتوماسیون خانگی و اداری وجود دارد، یک سیستم Z-Wave را می توان از طریق تلفن هوشمند، رایانه لوحی یا رایانه ای از طریق یک بلندگو هوشمند، صفحه کلید بی سیم یا پانل دیواری یک دروازه Z-Wave یا یک سیستم کنترل مرکزی که به عنوان کنترل کننده توپی و پورتال به خارج عمل می کند با برقراری ارتباط دو جانبه از طریق  شبکه توده ای  و تایید پیام،این پروتکل به کاهش مسائل مربوط به برق کمک می کند و اتصال بی سیم کم هزینه به اتوماسیون خانگی را ارائه می دهد، جایگزینی کمتری برای Wi-Fi و در مقایسه با بلوتوث جایگزینی با برد بیشتری را دارد.

 

قابلیت همکاری Z-Wave :

قابلیت همکاری این پروتکل در لایه کاربردی تضمین می کند که دستگاه ها می توانند اطلاعات را به اشتراک بگذارند و تمام سخت افزار و نرم افزار ها با یکدیگر همکاری کنند. تکنولوژی شبکه شبکه بیسیم هر گره را قادر می سازد به طور مستقیم یا غیر مستقیم با گره های مجاور صحبت کند، کنترل هر گره اضافی انجام میدهد. گره های موجود در محدوده ارتباط مستقیم با یکدیگر دارند. اگر آنها در محدوده قرار نگرفته باشند، می توانند با یک گره دیگر که در محدوده هر دو برای دسترسی و تبادل اطلاعات ارتباط دارد ارتباط برقرار کنند. در سپتامبر 2016 بخشهای خاصی از تکنولوژی Z-Wave به طور عمومی در دسترس قرار گرفت، زمانی که Sigma Designs پس از آن که مالک یک نسخه عمومی از لایه قابلیت همکاری Z-Wave شد و این نرم افزار به کتابخانه منبع باز Z-Wave افزوده شد. در دسترس بودن منبع به توسعه دهندگان نرم افزار اجازه می دهد تا Z-Wave را به دستگاه هایی با محدودیت کمتر محدود سازد. امنیت Z-Wave S2، Z / IP برای حمل سیگنال های این پروتکل از طریق شبکه های آی پی و بین افزار Z-Ware همه منبع باز از سال 2016 صورت گرفت.

 

استانداردها و اتحاد پروتکل Z-Wave :

پروتکل z-wave
z-wave plus

اتحاد Z-Wave در سال 2005 به عنوان اتحادیه ای از شرکت هایی که دستگاه های متصل شده را از طریق برنامه ها بر روی گوشی های هوشمند، رایانه های لوحی و یا رایانه های با تکنولوژی شبکه بی سیم Z-Wave کنترل می کنند، تاسیس شد. این اتحاد رسمی که متمرکز بر گسترش این پروتکل و قابلیت همکاری هر دستگاهی است که از این پروتکل استفاده می کند.در اکتبر 2013، یک پروتکل مجوز جدید و برنامه صدور گواهینامه تلفیقی به نام Z-Wave Plus اعلام شد، بر اساس ویژگی های جدید و استانداردهای هماهنگی بالاتر همراه با هم و مورد نیاز برای سیستم 500 سری در تراشه (SoC)، و از جمله برخی از ویژگی های که از سال 2012 برای SoCs سری 300/400 در دسترس است. در ماه فوریه سال 2014 اولین محصول توسط Z-Wave Plus تایید شد. این اتحاد با هدف ایجاد شبکه هوشمند ایمن برای خانه های هوشمند که در سراسر سیستم عامل های مختلف کار می کند،ایجاد شد.Z-Wave طراحی شده است تا ارتباطات و عملیات بین دستگاه ها و اشیاء فعال شده با سنسور از تولید کنندگان مختلف در اتحاد Z-Wave، که شامل بیش از 700 عضو است، طراحی شده است. اعضای اصلی اتحاد شامل ADT Corporation، Alarm.com، Assa Abloy ، Fibaro، Huawei، Ingersoll Rand، Jasco، Leedarson، LG Uplus، Nortek Security & Control، Silicon Labs و SmartThings.

در سال 2016، اتحاد یک برنامه آموزشی Installer CertifiedZ- Wave را راه اندازی کرد تا سازندگان، سازندگان و فروشندگان ابزارهایی را برای استفاده از شبکه ها و دستگاه های Z-Wave در شغل های مسکونی و تجاری خود بسازند. در آن سال، اتحادیه اعلام کرد Z-CIT، ابزار تشخیصی و عیبیابی Z-Wave Certified Installer Toolkit که می تواند در طول نصب و راه اندازی شبکه و دستگاه مورد استفاده قرار گیرد و همچنین می تواند به عنوان یک ابزار تشخیص از راه دور عمل کند.
Z-Wave Alliance برنامه صدور گواهینامه پروتکل را حفظ می کند. دو جزء برای صدور گواهینامه وجود دارد: صدور گواهینامه فنی، مدیریت توسط آزمایشگاه سیلیکون و صدور گواهینامه بازار، مدیریت شده از طریق اتحاد Z-Wave می باشد.

 

سخت افزار Z-Wave :

تراشه برای گره های Z-Wave ZW0500 است که در اطراف یک میکروکنترلر Intel MCS-51 با یک سیستم داخلی 32 مگاهرتز ساخته شده است. بخش RF از تراشه شامل یک گیرنده GisFSK برای فرکانس انتخابی نرم افزاری است. با یک منبع تغذیه 2.2 تا 3.6 ولت، در حالت انتقال 23mA مصرف می کند. ویژگی های آن شامل رمزگذاری AES-128، کانال بی سیم 100kbps، گوش دادن همزمان در چند کانال و پشتیبانی USB VCP است.

 

چگونه پروتکل Z-Wave کار می کند :

یک شبکه Z-Wave شامل دستگاههای اینترنت (IoT) و یک کنترل کننده اصلی است که همچنین به عنوان یک مرکز خرید هوشمند شناخته می شود، که تنها دستگاه در شبکه Z-Wave است که معمولا به اینترنت متصل است. هنگامی که یک هاب Z-Wave از برنامه خانگی هوشمند بر روی گوشی هوشمند، رایانه لوحی یا رایانه کاربر فرمان دریافت می کند، فرمان را به دستگاه مقصد خود در سراسر شبکه های تا 232 دستگاه – از جمله هاب – هدایت می کند.

با استفاده از تکنولوژی منبع موجوده شبکۀ توده ای ، سیگنال های Z-Wave می توانند از طریق دیگر دستگاه های Z-Wave از طریق دستگاه های دیگری که قصد کنترل آن را دارند، حرکت کنند. هر شبکه Z-Wave حداکثر چهار آپارتمان را اداره می کند.

پروتکل Z-Wave در فرکانس پایین 908.42 باند در ایالات متحده و باند 868.42 مگاهرتز در اروپا عمل می کند. اگرچه تداخل با دیگر لوازم خانگی مانند تلفن های بی سیم امکان پذیر است، پروتکل از تداخل با Band 2.4 GHz که در آن Wi-Fi و بلوتوث کار می کند، اجتناب می شود.این پروتکل نرخ انتقال بسته های کوچک داده را با استفاده از نرخ های 9.6 kbps، 40 kbps یا 100 kbps ارائه می دهد. لایه های PHY و MAC Z-Wave بر اساس استاندارد رادیویی جهانی ITU-T G.9959 است و پروتکل از مدولاسیون GFSK و رمزگذاری منچستر استفاده می کند. همچنین شامل رمزگذاری AES 128، IPv6 و عملیات چند کاناله است.از لحاظ شناسایی و مجوز، هر شبکه Z-Wave با یک شناسه شبکه مشخص می شود و هر دستگاه پایان با شناسه گره شناسایی می شود.

ارتباط بین دستگاه ها بین 98 تا 328 فوت است؛ سری 500 دارای 130 فوت و 700 فوت و 328 فوت است. از آنجایی که دیوارها و مصالح ساختمانی دیگر، محدوده را محدود می کنند، بهترین روش استقرار عموم این است که دستگاه های Z-Wave را 50 پا یا کمتر برای حداکثر قدرت سیگنال قرار دهید.با استفاده از یک تکرارگر Z-Wave – یک دستگاه اضافی Z-Wave بین دستگاه های دیگر – و یا استفاده از خطوط – بدون باتری – دستگاه در شبکه همچنین می توانید سیگنال را تقویت و برای رسیدن به مقصد خود می باشند. حداکثر محدوده با چهار hop به 600 فوت برآورد شده است.
با توجه به عمر باتری، حدود 700 دستگاه سری Z-Wave می توانند تا 10 سال در یک باتری سلول سکه باقی بمانند، در حالی که بسیاری از دستگاه های باتری دیگر با یک سال یا بیشتر ادامه می یابند.

 

پذیرش و محبوبیت پروتکل Z-Wave :

در سال 2002، 6 دستگاه Z-Wave تایید شده در بازار موجود بود. در سال 2012، این تعداد به 1000 افزایش یافت. در حال حاضر، در سال 2018، بیش از 2400 دستگاه Z-Wave-certified از بیش از 700 عضو Z-Wave Alliance در دسترس هستند.

وب سایت پروتکل مورد نظر ادعا می کند که دارای بیشترین انتخاب محصولات هوشمند در سراسر مارک های شناخته شده است و بیش از 100 میلیون پروتکل Z-Wave برای خانه های هوشمند در سراسر جهان فروخته شده است.

امروزه دستگاه های Certified Z-Wave برای کنترل و مدیریت از راه دور در انواع دستگاه های هوشمند و دستگاه های IoT و برنامه های کاربردی از جمله ترموستات هوشمند، قفل هوشمند، روشنایی هوشمند، سنسورهای هوشمند، شاخه های هوشمند و خروجی های هوشمند و هاب های خانگی هوشمند استفاده می شود.

پروتکل z-wave
Z-wave

محصولات Z-Wave تایید شده از مارک های ADT، GE، Honeywell، Kwikset، Schlage و SmartThings در دسترس هستند.

 

امنیت Z-Wave :

Z-Wave براساس یک طراحی اختصاصی است که Sigma Designs به عنوان اولین تولید کننده تراشه آن است. در سال 2014، Mitsumi به عنوان دومین مجوز برای تراشه های سری Z-Wave تبدیل شده است. اگر چه تحقیقات امنیتی علمی و عملی در سیستم های اتوماسیون خانگی مبتنی بر پروتکل های Zigbee و X10 انجام شده است، تحقیقات هنوز در مراحل ابتدایی خود برای تجزیه و تحلیل لایه های پشته این پروتکل  انجام شده است، و نیاز به طراحی یک دستگاه ضبط بسته های رادیویی و مرتبط با نرم افزار برای ردیابی ارتباطات Z-Wave دارد. آسیب پذیری اولیه در قفل های درب A-S رمز شده پروتکل کشف شد که می تواند از راه دور برای باز کردن قفل درب بدون شناخت کلیدهای رمزنگاری و به دلیل کلید های تغییر شده، پیام های شبکه بعدی در “درب باز است”، توسط کنترلر تاسیس شبکه نادیده گرفته می شود. آسیب پذیری به علت نقص در مشخصات پروتکل Z-Wave نبود، بلکه یک خطای اجرای توسط سازنده درب قفل بود.در تاریخ 17 نوامبر 2016، اتحاد Z-Wave اعلام کرد که استانداردهای امنیتی قویتری برای دستگاههایی که صدور گواهینامه Z-Wave را از تاریخ 2 آوریل 2017 اعلام کردند، شناخته شده به عنوان Security 2 (یا S2)، امنیت پیشرفته برای دستگاههای هوشمند خانه، دروازه ها و مراکز .این استانداردهای رمزنگاری برای انتقال بین گره ها را احاطه کرده و دستورالعمل های جدید جفت شدن برای هر دستگاه را با کد پین یا کدهای QR منحصر به فرد در هر دستگاه مشخص می کند. لایه جدید احراز هویت در نظر گرفته شده برای جلوگیری از دسترسی هکرها به دستگاه های نا امن یا ضعیف امن است. طبق اعلام Z-Wave Alliance، استاندارد امنیتی جدید پیشرفته ترین امنیت موجود در بازار دستگاه های هوشمند و کنترل کننده ها، دروازه ها و هاب ها است.

در اوایل سال جاری، Z-Wave دارای اعتبار امنیتی بد بود. در حالی که رمزگذاری AES ارائه شده بود، شماری از حوادث امنیتی به دلیل خطاهای پیاده سازی تولیدکنندگان یا تولید کنندگان که از امنیت توصیه شده استفاده نمی کردند، در وهله اول وجود داشت.

در ارائه 2013 Black Hat، هکرها نشان دادند که چگونه از ابزار جابجایی و تزریق بسته Z-Force برای شناسایی یک آسیب پذیری قابل اجرا در لایه امنیتی این پروتکل استفاده می کنند ، آنها نشان دادند که چگونه می توان یک قفل درب Z-Wave رمزگذاری شده با AES را به خطر انداخت، و این بدان معنا نبود که نقصی توسط پروتکل معرفی شده بود، بلکه توسط سازنده قفل درب باشد. در پاسخ، طرح های Sigma موارد اضافی امنیتی را به فرآیندهای صدور گواهینامه اضافه کرد.
در نمایشگاه ShmooCon 2016، دو هکر نشان داد که چگونه ابزار تست نفوذ EZ-Wave open source می تواند برای نابود کردن نور و استفاده از دستگاه های گواهی Z-Wave آسیب پذیر باشد. در تحقیقات خود، هکرها متوجه شدند که تنها 9 مورد از 33 دستگاه مورد آزمایش از AES پشتیبانی می کنند. به نوبه خود، اتحاد Z-Wave رمزگذاری AES 128 را برای یک دستگاه مجوز پذیرفته است.اتحاد Z-Wave مجوز دستگاه های گواهی این پروتکل را از فریم امنیتی 2 (S2) در آوریل 2017 دنبال می کند. این روند را از فرایند سه مرحله ای در چارچوب S0 قبلی به یک فرایند یک مرحله ای در S2 تغییر داد.
در تلاش برای مقابله با حملات منفی سرویس و حملات بیرحمانه در برابر دستگاههای Z-Wave، S2 از رمزنگاری Diffie-Hellman منحنی بیضوی استفاده می کند و نیاز به کد QR یا PIN در سطح دستگاه برای احراز هویت. S2 همچنین ارتباطات تقویت ابر را با تونل زدن تمام پروتکل مورد نظر از طریق تونل TLS با استفاده از ترافیک IP TLS پیاده سازی می کند.در ماه مه 2018، محققان Pen Tut Partners یک آسیب پذیری نرم افزاری پنج ساله را در این پروتکل به نام Z-Shave نشان دادند.

در حمله، یک دستگاه فریب اعتقاد بر این است که دیگر از چارچوب S2 پشتیبانی نمی کند، بنابراین امنیت دستگاه را به چارچوب S0 برای سازگاری کاهش می دهد. همانطور که S0 از یک کلید رمزنگاری سخت افزاری استفاده می کند، هکرها در محدوده می توانند به طور بالقوه ارتباطات و کلید های هوشمند هوشمند را برای باز کردن درب های خانه بازکنند.
آزمایشگاه سیلیکون توانایی حمله را رد کرد و ادعا کرد که در طول فرایند جفت شدن، که در طول نصب یا نصب مجدد اولیه انجام می شود، این حمله نیاز به نزدیک بودن نزدیک فیزیکی به دستگاه دارد. این به این معنی است که کاربر در زمان حمله باید حضور داشته باشد و از دستگاهی که S0 را در حال اجرا دارد مطلع شود. این شرکت همچنین اظهار داشت که به روزرسانی مشخصات را برای اطمینان از اینکه هر زمانی که یک دستگاه به S0 کاهش می یابد، هشدار دهد، هشدار می دهد. کاربر باید هشدار را برای اجرای سیستم اعلام کرده و قبول کند.

 

ملزومات فناوری Z-Wave :

  • فن آوری های ارتباطی کم سرعت RF که از شبکه های کامل مش بدون نیاز به یک گره هماهنگ کننده پشتیبانی می کند.
  • در گروه زیر 1GHz عمل می کند؛ عدم تداخل Wi-Fi و سایر فن آوری های بی سیم در محدوده 2.4 گیگاهرتز (بلوتوث، ZigBee و غیره).
  • طراحی شده به طور خاص برای برنامه های کنترل و وضعیت، پشتیبانی از نرخ داده ها تا 100kbps، با رمزگذاری AES128، IPV6، و چند کانال عملیات.
  • موقعیت مشابه در کاتالوگ استانداردهای NIST / SGIP همانند خانواده های IEEE 802.11 و 802.15 و 802.16 است.

 

آمار بازار پروتکل Z-Wave :

  • بیش از 2400 محصول همکاری در دسترس، 100 میلیون محصولات Z-Wave در سراسر جهان.
  • به طور گسترده در سیستم های مسکونی در سراسر طیف های متعدد کسب و کار، از جمله ADT، Alarm.com، AT & T، DSC، GE / Interlogics، Honeywell، Lowes، Verizon، Vivint و دیگر ارائه دهندگان خدمات برجسته در سراسر جهان استفاده می شود.
  • در هزاران هتل، کشتی های کروز و اجاره تعطیلات یافت می شود؛ از جمله 65،000 دستگاه در Wynn هتل پرچم دار در لاس وگاس، NV.
  • توسط بیش از 700 تولید کننده و ارائه دهندگان خدمات در سراسر جهان حمایت می شود.
  • طراحی شده به طور خاص برای کنترل، نظارت و عملیات وضعیت. هیچ تداخل از Wi-Fi یا سایر فناوری های بی سیم 2.4GHz در باند مشابهی وجود ندارد.

در نهایت میتوان به طور مختصر پروتکل  Z-Wave را یک فناوری ارتباطات مبتنی بر بی سیم، RF دانست که به طور خاص برای برنامه های کنترل، نظارت و خواندن وضعیت در محیط های تجاری و تجاری سبک طراحی شده است. این پروتکل با پیشرفت، اثبات شده و به طور گسترده ای (با بیش از 100 میلیون محصول در سراسر جهان فروخته می شود)، رهبر بازار جهانی در کنترل بی سیم و محصولاتی با قیمت ارزان، قابل اعتماد و آسان برای استفاده از “هوشمند” را به بسیاری از میلیون ها نفر در هر جنبه ای از زندگی روزمره می باشد.

برای بررسی دقیق تر تکنولوژی Z-Wave برای غیر تکنولوژیست ها و برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نقش این پروتکل به عنوان یکی از فن آوری های کلیدی برای اینترنت چیزها و اشیاء متصل شده، به www.z-wave.com مراجعه کنید.

ارسال پاسخ