Z-wave

433 MHz-fjernstrømbrytersystem er i bunn og grunn ment for enkel fjernstyring og ikke for store hjemmeautomatiseringssystemer. Takket være innovative løsninger har bransjen lykkes med å videreutvikle 433 MHz-fjernstrømbrytersystemer slik at de har blitt mye mer funksjonsrike enn ideen var fra begynnelsen. Men de heftes fortsatt med problemer som forårsakes av grunnleggende begrensninger i teknologien. Kommunikasjonen i 433 MHz-systemer går kun én vei og trafikken sendes ukryptert. For brukere som ønsker å lage et skikkelig godt fjernstyringssystem er derfor Z-wave-teknologien bedre egnet.

I skrivende stund ser Z-wave ut til å bli vinneren i kampen om hvilken løsning som kommer til å vøre dominerende innen hjemmeautomatisering. Z-wave er opprinnelig en dansk oppfinnelse. Den utvikles nå av Sigma sammen med en sammenslutning av mer enn 300 foretak som kalles Z-wave Alliance. Z-wave-standarden er utformet for ulike selskaper skal kunne utvikle hjemmeautomatiseringsprodukter som fungerer med hverandre. I skrivende stund finnes det over 1350 forskjellige sertifiserte produkter som bruker Z-wave¹. Teknologien brukes i alt fra husholdningsapparater og garasjedører til alarm- og overvåkningssystemer.

All Z-wave-kommunikasjon sendes trådløst etter faste regler. I teorien gjør det at alle Z-wave-produkter fungerer med hverandre. Men på grunn av forskjellige frekvensplaner brukes forskjellige og ukompatible kommunikasjonsfrekvenser i forskjellige markeder. Det gjør at amerikansk Z-wave-utstyr ikke kan brukes hos oss i Norden. I EU og Norge brukes 868 MHz til Z-wave-kommunikasjon, som er den samme frekvensen som brukes for mange trådløse alarmsystemer. Les mer om kompatibilitet senere i dette kapitlet.

Oppbyggingen til et Z-wave-nettverk er veldig likt et datanettverk. Fjernstrømbrytere, fjernkontroller, detektorer og sensorer fungerer som noder. Selv om de kan kommunisere direkte med hverandre, kommuniserer de vanligvis gjennom hjertet i systemet. Hjertet kalles kontroller og er en liten datamaskin som administratoren konfigurerer systemet fra. Det er også kontrolleren som håndterer automatiseringen og får rett ting til å skje ved rett tilfelle.

Kommunikasjonen i et Z-wave-nettverk går via kontrolleren.

Kommunikasjonen i et Z-wave-nettverk er toveis. Det gjør at en fjernstrømbryter kan kvittere at den sendte kommandoen har nådd frem. Kontrolleren vet dermed med sikkerhet at en fjernstrømbryter er slått av eller på. En Z-wave-fjernstrømbytter rapportere også statusen sin til kontrolleren. Dette gjør at kontrolleren får vite når en fjernstrømbryter slås på også hvis brukeren gjør dette uten å bruke en Z-wave-sender. Fjernstrømbrytere som settes i en stikkontakt, har vanligvis en knapp som tillater brukere å slå på den tilkoblede enheten direkte på fjernstrømbryteren.

Kommunikasjonen i Z-wave-systemer er toveis.

Toveiskommunikasjon kan også brukes av Z-wave-tilbehør til å sende informasjon som for eksempel belastning og temperatur til kontrolleren.

En fjernstrømbryter med energimåler kan rapportere belastningen til kontrolleren

Rekkevidden mellom kontrolleren og en Z-wave-node er opptil 30 m innendørs. Signalet kan gå gjennom vegger, men jo flere hindre som finns på veien desto kortere bli rekkevidden. Selv om rekkevidden er den samme som 433 MHz-systemer kan Z-wave-nettverk dekke betydelig større hus. Dette kommer av at Z-wave-nettverk bygges opp i såkalte mesh-nettverk. Dette betyr at kontrolleren ikke trenger å snakke direkte med noden som den ønsker å nå frem til, men at nodene kan repetere signalet til hverandre. Kommandoen kan repeteres opptil fire ganger, noe som gjør at det trådløse signalet både kan ta seg forbi hindringer som er vanskelige å trenge igjennom, og nå frem over 100 meter.

Z-wave-noder kan repetere signalet til hverandre.

Det er ikke alle Z-wave-noder som støtter repetering av signalet. Tommelfingerregelen er at batteridrevne noder ikke har støtte mens strømdrevne noder har støtte.

I Z-wave-nettverk finnes det minst én kontroller. Den kalles primærkontrolleren og er vanligvis den eneste kontrolleren. Hvis Z-wave-nettverket, til tross for repetering, ikke dekker hele huset, kan flere kontroller-enheter brukes. De ekstra kontroller-enhetene kalles da sekundære og kopierer informasjonen fra den primære kontrolleren.

Prosessen for å legge til Z-wave-produkter i et Z-wave-nettverk kalles inkludering. For å for eksempel inkludere en fjernstrømbryter begynner administratoren med å sette kontrolleren i inkluderingsmodus. Deretter trykker han eller hun på en knapp på fjernstrømbryteren, slik at den og kontrolleren finner hverandre (noen ganger er det tilstrekkelig at fjernstrømbryteren settes inn i en stikkontakt). Totalt kan opptil 232 produkter inngå i et Z-wave-nettverk.

Når en fjernstrømbryter eller et annet Z-wave-produkt er inkludert i et Z-wave-nettverk, kan den ikke inkluderes i noe annet sådant. Det er derfor at ytterligere kontrollere må konfigureres som sekundære. For å kunne inkludere et allerede inkludert Z-wave-produkt i et annet Z-wave-nettverk må produktet først ekskluderes. Dette er viktig av sikkerhetshensyn, og det er en stor fordel sammenlignet med 433 MHz-fjernstrømbrytersystemer. I et 433 MHz-fjernstrømbrytersystem kan en ondsinnet person avlytte trafikken som sendes og deretter sende egne kommandoer til de involverte komponentene. I et moderne Z-wave-nettverk er trafikken kryptert, slik at det ikke er mulig å avlytte den. En ondsinnet person kan ikke sende egne kommandoer til komponenter i et Z-wave-nettverk i og med at de bare kan styres av noe som befinner seg i samme Z-wave-nettverk.

Z-wave-fjernstrømbrytere skiller seg fra hverandre når det gjelder maksbelastning og funksjoner. Enklere fjernstrømbrytere kan ofte belastes med maks. 1000 W, noe som betyr at de ikke kan brukes til for eksempel kaffetraktere, som normalt trekker mer strøm. Mer avanserte modeller kan håndtere mellom 2300 og 3500 W.

De enkleste fjernstrømbryterne har kun støtte for av- og påslåing av strøm. De mer avanserte modellene har flere innebygde funksjoner som for eksempel strømmåler. Med en innebygd strømmåler kan kontrolleren logge hvor mye strøm et tilkoblet apparat trekker og regne det om til elektrisitetskostnader. Mange kontrollerenheter kan også summere strømforbruk for et helt rom. I eksempelet nedenfor viser Fibaros Home Center-kontrolleren strømforbruket på kjøkkenet i løpet av en dag. Det vises to tydelige topper for når kaffetrakteren brukes.

Strømforbruket i kjøkkenet går fra 4 W til nesten 2 kW når kaffetrakteren starter.

Z-wave-produkter må sertifiseres. Sertifiseringsprosessen sikrer kompatibilitet, slik at sluttbrukerne kan stole på at Z-wave-produkter fra forskjellige produsenter er kompatible med hverandre. Det er imidlertid noen fallgruver som er viktig å kjenne til.

Sertifiserte Z-wave-produkter bærer den offisielle logoen

Selv om alle Z-wave-produkter i hovedsak er kompatible, er det ikke alle kontroller-enheter som fungerer med alt tilbehør. Kontrolleren må ha støtte for den aktuelle typen tilbehør for at alt skal fungere. Z-wave kan brukes i nesten uendelig mange sammenhenger, og selv om kontrolleren kan registrere alle Z-wave-kommandoer, er det ikke sikkert at kontrolleren kan forstå hva den skal gjøre med informasjonen.

En fjernstrømbryter med av- og påslåingsfunksjon er fra et kompatibilitetsperspektiv den mest grunnleggende typen Z-wave-tilbehør. Alle vanlige Z-wave-fjernstrømbrytere fungerer derfor med alle kontrollermodeller. En varmeovnstermostat er en litt mindre vanlige type tilbehør. Hvis produsenten av Z-wave-kontrolleren ikke har lagt til støtte for varmeovnstermostater, kan ikke kontrolleren styre den. Den eksakte systemkompatibiliteten bør derfor undersøkes før kjøp av Z-wave-produkter.

Mye Z-wave-tilbehør har ikke bare en funksjon. En detektor for dører og vinduer kan for eksempel inneholde en magnetkontakt, en lyssensor og en temperatursensor. En kontroller som er fullstendig kompatible med den aktuelle detektoren kan motta og tolke alle de tre signalene (åpning av dør, lysnivå og temperatur). En annen kontroller som bare er delvis kompatibel med den aktuelle detektoren kan bare forstå informasjon om åpning av dør.

De nyeste Z-wave-produktene er av typen Z-wave Plus. Det er en videreutvikling av standarden som forbedrer batterilevetiden med 50 %, rekkevidden med 67 % og båndbredden med 250 %². Z-wave Plus forbedrer også noen punkter i standarden for å løse problemer som enten har oppstått eller blitt kjent i løpet av det tiåret som Z-wave er blitt brukt i virkelige situasjoner. For det første standardiserer Z-wave Plus hvordan programvaren skal oppdateres i Z-wave-tilbehør. For det andre forbedrer Z-wave Plus definisjonene for hvordan Z-wave-produkter skal oppføre seg, noe som gjør det enklere for sluttbrukerne.

Logo for Z-wave Plus

Z-wave Plus-standarden er fullstendig bakoverkompatibel. Dette gjør det mulig å blande Z-wave- og Z-wave Pluss-produkter med hverandre (selv om det da ikke er mulig å dra nytte av alle fordelene til Plus-versjonen gir).

En vanlig feil i konfigureringen av et smart hjem er å gjøre hjemmet automatisert på bekostning av smidigheten. Visst er det praktisk å kunne slå lamper på med mobil­telefonen, men det er unektelig også praktisk å kunne slå dem på med strømbryterne på veggene. Det er derfor lurt å bruke de eksisterende strømbryterne som fjernkontroller.

Ved hjelp av en Z-wave-modul kan en vanlig strømbryter integreres i et Z-wave-system. Dette er for eksempel praktisk med en taklampe som styres med en eksisterende veggmontert strømbryter. Ved å montere en Z-wave-modul i boksen bak strømbryteren kan taklampen slås av og på via Z-wave-kontrolleren (og dermed også med f.eks en mobiltelefon eller en bevegelsesdetektor). Strømbryteren opprettholder sin opprinnelige funksjon, slik at taklampen kan slås av og på akkurat som før. Resten av Z-wave-systemet kan også dra nytte av strømbryteren. Ved hjelp av en såkalt scene (som konfigureres på kontrolleren) kan én eller flere stikkontakttilkoblede fjernstrømbrytere slås av og på sammen med taklampen. Funksjonen kan også inverteres slik at en liten nattlampe slås på når taklampen slås av og omvendt.

Z-wave-moduler gjør at vanlige strømbrytere kan brukes som fjernkontroller.

Det finnes Z-wave-moduler for både enknappsstrømbrytere og strømbrytere med to knapper. Via kontrolleren kan også de fleste moduler tilpasses for hvorvidt de er bak en fjærbelastet eller ikke-fjærbelastet strømbryter.

For å kunne koble til en Z-wave-modul bak en strømbryter, må nøytrallederen (null) være trukket fram. Dessverre er den ikke alltid det. Ettersom Z-wave-modulen skal kunne sende og motta kommandoer må den få strøm fra et sted, og da kreves både fase- og nøytrallederen. Oppe ved selve taklampen finnes det en nøytralleder, så det går an å trekke frem en nøytralleder etterpå.

Akkurat som det finnes strømbrytermoduler for fast installasjon finnes det også dimmemoduler. For å få dimmefunksjonalitet kreves det imidlertid en viss modifisering av installasjonen. En dimmemodul kan nemlig ikke styres med en vanlig vridimmer. Den eksisterende dimmeren må derfor erstattes med en tradisjonell av/på-strømbryter. Det anbefales en fjærbelastet strømbryter.

Obs! Installasjon av moduler bak strømbrytere regnes som fast installasjon og må utføres av en kvalifisert elektriker. Hvis nøytrallederen er trukket frem, er det en rask og enkel jobb for elektrikeren. Hvis nøytrallederen mangler tar installasjonen lenger tid.

Måten som brukes til å automatisere Z-wave-systemer kalles scener. Scener beskriver hva som skal skje ved blant annet bestemte tidspunkter og detektorstatuser. En scene kan for eksempel være hva som skal skje på morgenen. I stedet for at bare vekkerklokken ringer, kan en hel scene avspilles. Scenen kan bestå av flere delmomenter, for eksempel de som beskrives i innledningen til denne delen av boken: Radiovekkerklokken slås på, kaffetrakteren begynner å lage kaffe, taklampen begynner å lyse, og gardinene åpnes.

Hvordan scener konfigureres varierer mellom forskjellige kontrollermodeller. Men det grunnleggende prinsippet er det samme: Hvis en rekke betingelser er oppfylt, skal en rekke handlinger utføres. Det er det samme «if-then-prinsippet» som brukes i programmering.

Følgende scene er et enkelt og tydelig sceneeksempel som tenner entrébelysningen når entrédøren åpnes. Betingelsen er at entrédøren er åpen. Handlingen er å slå på entré­belysningen.

hvis (ENTRÉDØR er ÅPEN) skal {
(ENTRÉBELYSNING være PÅ)
}

Kodesnutten ovenfor er ikke ordentlig programmeringskode og er bare en annen måte å formulere scenen på med ord. Morgenscenen ovenfor kan også skrives på denne måten:

hvis (KLOKKEN er 06.00) skal {
(RADIOVEKKERKLOKKE være PÅ) og
(KAFFETRAKTEREN være PÅ) og
(SOVEROMSTAKLAMPEN være PÅ) og
(SOVEROMSGARDINER være ÅPNE)
}

I funksjonsrike kontrollerenheter er det mulig å konfigurere scener som er langt mer avanserte enn de som er beskrevet ovenfor. Ved hjelp av flere såkalte logiske operatorer er det mulig å skrive en scene som slår på kaffetrakteren hver ukedag klokken seks unntatt på fredager, når den slås på en time senere. Prinsippkoden for en slik scene ser slik ut:

hvis ((KLOKKEN er 06.00) og ((DAG er MANDAG) eller (DAG er TIRSDAG) eller (DAG er ONSDAG) eller (DAG er TORSDAG))) eller ((KLOKKEN er 07.00) og (DAG er FREDAG)) skal {
(KAFFETRAKTER være PÅ)
}

I Smarte hjem 5 vises det hvordan scener som disse kan konfigureres på en kontroller fra Fibaro.

Obs! Ikke alle kaffetraktere er egnet til å automatiseres. Av brannsikkerhetshensyn må kaffetrakteren være utstyrt med en sikkerhetsfunksjon som forhindrer at den starter uten at det finnes vann i den. Hvis ikke er det en risiko for at brukeren en kveld glemmer å gjøre klar kaffetrakteren med vann og bønner, som uten ovennevnte beskyttelsesfunksjon kan føre til brann når systemet slår på kaffetrakteren.

1. Z-wave Alliance (2015). Z-Wave Sees Further Acceleration, Announces Mid-Year Milestones. Pressemelding.

2. Z-wave Alliance (2015). Z-wave Plus Certification. Informasjonsside hentet 2015-07-08.
z-wavealliance.org/z-wave_plus_certification