بررسی تخصصی جامع پروتکل Z-Wave

بررسی تخصصی جامع پروتکل Z-Wave یک پروتکل ارتباطی بی‌سیم است.

عمدتاً در شبکه‌های خانه هوشمند استفاده می‌شود.

به دستگاه‌های هوشمند امکان اتصال و تبادل دستورات و داده‌های کنترلی با یکدیگر را می‌دهد.

پروتکل Z-Wave با ارتباط دو طرفه از طریق شبکه مش و تأیید پیام،

به کاهش مشکلات برق کمک می کند و اتصال بی سیم کم هزینه را به اتوماسیون خانه می آورد.

جایگزینی کم مصرف برای Wi-Fi و جایگزینی با برد بلندتر برای بلوتوث می کند. .

Z-Wave چگونه کار می کند

شبکه Z-Wave شامل دستگاه های اینترنت اشیا (IoT) و یک کنترل کننده اولیه است.

به عنوان هاب خانه هوشمند نیز شناخته می شود، که تنها دستگاه در شبکه Z-Wave است.

معمولاً به اینترنت متصل است. هنگامی که یک هاب Z-Wave دستوری را از یک برنامه خانه هوشمند در تلفن هوشمند،

تبلت یا رایانه کاربر دریافت می کند، فرمان را به دستگاه مقصد،

خود در شبکه های حداکثر 232 دستگاه – از جمله هاب – هدایت می کند.

با استفاده از فناوری شبکه مش مسیریابی منبع، سیگنال های Z-Wave می توانند،

از طریق دیگر دستگاه های Z-Wave به دستگاهی که کاربر قصد کنترل آن را دارد برسند.

هر شبکه Z-Wave حداکثر چهار جهش را در خود جای می دهد.

پروتکل Z-Wave بر روی باند فرکانس پایین 908.42 در ایالات متحده و باند 868.42 مگاهرتز در اروپا کار می کند.

اگرچه تداخل با سایر لوازم الکترونیکی خانگی، مانند تلفن های بی سیم، امکان پذیر است،

این پروتکل از تداخل با باند 2.4 گیگاهرتز که در آن Wi-Fi و بلوتوث کار می کنند جلوگیری می کند.

Z-Wave نرخ های انتقال بسته های داده کوچک

با استفاده از نرخ های توان عملیاتی 9.6 کیلوبیت بر ثانیه، 40 کیلوبیت بر ثانیه یا 100 کیلوبیت بر ثانیه ارائه می دهد.

لایه های Z-Wave PHY و MAC بر اساس استاندارد جهانی رادیویی ITU-T G.9959 هستند.

پروتکل از مدولاسیون GFSK و رمزگذاری منچستر استفاده می کند.

همچنین شامل رمزگذاری AES 128، IPv6 و عملیات چند کاناله است.

از نظر شناسایی و مجوز، هر شبکه Z-Wave با شناسه شبکه و هر دستگاه پایانی با شناسه گره شناسایی می شود.

یک خانه مجهز به Z-Wave را از کنترل دستگاه ها در یک خانه مشابه دیگر جلوگیری می کند.

ارتباط بین دستگاه ها از 98 تا 328 فوت متغیر است. برد سری 500 130 فوت و سری 700 328 فوت است.

از آنجایی که دیوارها و سایر مصالح ساختمانی متراکم برد را محدود می کنند،

بهترین روش عمومی برای استقرار این است که دستگاه های Z-Wave،

در فاصله 50 فوتی یا کمتر از هم برای حداکثر قدرت سیگنال قرار دهید.

استفاده از یک تکرار کننده Z-Wave

یک دستگاه Z-Wave اضافی بین دستگاه های دیگر — یا استفاده،

دستگاه های خطی — نه با باتری — در شبکه می تواند سیگنال را تقویت کرده.

به آن کمک کند تا به مقصد برسد. حداکثر برد با چهار پرش 600 فوت تخمین زده می شود.

از نظر عمر باتری، برخی از دستگاه‌های سری 700 Z-Wave می‌توانند تا 10 سال با باتری سکه‌ای دوام بیاورند،

در حالی که بسیاری از دستگاه‌های باتری‌دار دیگر یک سال یا بیشتر عمر می‌کنند.

بررسی تخصصی جامع پروتکل Z-Wave تمام فناوری Z-Wave سازگار با عقب است.

برای تحمل برند Z-Wave، محصولات خانه هوشمند باید گواهی Z-Wave را دریافت کنند.

این شامل برآوردن تعدادی از الزامات و مهمتر از همه،

قابلیت همکاری با سایر دستگاه های دارای گواهی Z-Wave است.

شرکت دانمارکی Zensys

پروتکل Z-Wave برای اولین بار توسط شرکت دانمارکی Zensys پیش بینی شد،

پروتکل Z-Wave به عنوان یک سیستم کنترل نور برای مصرف کنندگان شروع شد.

به یک پروتکل مش شبکه اتوماسیون خانگی تبدیل شد.

بر روی یک سیستم اختصاصی روی یک تراشه (SoC) پیاده سازی شد.

این شرکت قصد داشت جایگزینی ساده تر و ارزان تر برای پروتکل های خانه هوشمند موجود بسازد.

Zensys توسط Sigma Designs Inc در سال 2008 خریداری شد.

در سال 2001، چیپست سری 100 و به دنبال آن سری 200 در سال 2005 عرضه شد.

در سال 2013، سری 500 که با نام Z-Wave Plus نیز شناخته می شود،

عرضه شد که 50٪ بهبود عمر باتری، 67٪ بهبود در برد را ارائه داد. و 250 درصد پهنای باند بیشتر،

همچنین قابلیت‌های plug-and-play و به‌روزرسانی‌های استاندارد شده از طریق هوا.

فناوری Z-Wave منبع باز ساخته شد

Sigma Designs یک لایه قابلیت همکاری به کتابخانه منبع باز Z-Wave اضافه کرد تا به توسعه دهندگان نرم افزار،

تولیدکنندگان، علاقمندان و دانشگاهیان، از جمله، توانایی خواندن،

استفاده و اظهار نظر در مورد نحوه عملکرد Z-Wave بدون پیوستن به Z- را بدهد.

Wave Alliance یا خرید کیت توسعه Z-Wave. قبل از این، توافق‌نامه‌های عدم افشا مورد نیاز بود.

مشخصات فقط برای اعضای Z-Wave Alliance و دارندگان کیت توسعه Z-Wave در دسترس بود.

Sigma Designs همچنین مشخصات امنیتی Z-Wave S2،

Z-Wave over IP Specification برای انتقال سیگنال های Z-Wave،

طریق شبکه های IP و میان افزار Z-Ware را در سال 2016 منتشر کرد.

سیگما دیزاینز Z-Wave SmartStart

در سال 2017، سیگما دیزاینز Z-Wave SmartStart را معرفی کرد،

ترکیبی از پروتکل Z-Wave و لایه های نرم افزار دروازه Z-Wave،

که امکان تنظیمات اولیه و حذف نیاز به اضافه کردن دستی دستگاه ها به شبکه خانگی Z-Wave را فراهم می کند،

زیرا آنها می توانند به طور خودکار هنگام روشن شدن وصل شوید

سری 700 در نمایشگاه 2018 Consumer Electronics معرفی شد و در اواخر سال در دسترس خواهد بود.

این تکرار محدوده دستگاه به دستگاه بیش از 328 فوت و محدوده مش بیش از 1312 فوت را ارائه می دهد.

همچنین برخلاف نسخه های قبلی که از پایه سازگار با فناوری 8 بیتی Intel MCS-51/8051 استفاده می کردند،

از SoC 32 بیتی Arm Cortex استفاده می کند.

پذیرش و محبوبیت Z-Wave

سال 2002، شش دستگاه دارای گواهی Z-Wave در بازار موجود بودند.

سال 2012، این تعداد به 1000 افزایش یافت. در حال حاضر، در سال 2018،

بیش از 2400 دستگاه دارای گواهی Z-Wave از بیش از 700 عضو اتحادیه Z-Wave در دسترس است.

وب‌سایت Z-Wave ادعا می‌کند که دارای بزرگترین انتخاب محصولات هوشمند،

در بین برندهای شناخته شده است و بیش از 100 میلیون،

پروتکل Z-Wave برای خانه‌های هوشمند در سراسر جهان فروخته شده است.

امروزه دستگاه‌های دارای گواهی Z-Wave برای کنترل و مدیریت،

از راه دور در انواع دستگاه‌ها و برنامه‌های کاربردی خانه هوشمند و اینترنت اشیا،

از جمله ترموستات‌های هوشمند، قفل‌های هوشمند، روشنایی هوشمند،

سنسورهای هوشمند، دوشاخه‌ها و پریزهای هوشمند و هاب خانه هوشمند استفاده می‌شوند.

امنیت Z-Wave

در اوایل، Z-Wave شهرت امنیتی بدی داشت. در حالی که رمزگذاری AES را ارائه می‌کرد،

تعدادی از حوادث امنیتی مربوط به Z-Wave عمدتاً به دلیل خطاهای پیاده‌سازی،

توسط سازندگان یا سازندگانی بود که از امنیت توصیه‌شده در وهله اول استفاده نمی‌کردند.

در ارائه Black Hat در سال 2013، هکرها نحوه استفاده از ابزار رهگیری،

تزریق بسته Z-Force را برای شناسایی یک آسیب پذیری اجرایی حیاتی در لایه امنیتی Z-Wave نشان دادند.

آنها نشان دادند که چگونه می توان قفل درب Z-Wave رمزگذاری شده با AES را به خطر انداخت،

که معلوم شد این نقصی نیست که توسط Z-Wave معرفی شده است،

بلکه توسط سازنده قفل درب معرفی شده است.

در پاسخ، Sigma Designs موارد تست امنیتی اضافی را به فرآیندهای صدور گواهینامه خود اضافه کرد.

ارائه ShmooCon در سال 2016

دو هکر نشان دادند که چگونه می‌توان از ابزار تست نفوذ EZ-Wave منبع،

باز برای از بین بردن نورها و آسیب فیزیکی دستگاه‌های دارای گواهی Z-Wave استفاده کرد.

در تحقیقات خود، هکرها دریافتند که از 33 دستگاهی که آزمایش کردند،

برای خرید مصحولات KNX در صورت نیاز مشاوره کافی است با کارشناسان KNX در ارتباط باشید.

تنها 9 دستگاه از AES پشتیبانی می‌کنند. به نوبه خود،

Z-Wave Alliance رمزگذاری AES 128 را برای دریافت گواهینامه یک دستگاه اجباری کرد.

اتحاد Z-Wave دستگاه‌های دارای گواهی Z-Wave را از چارچوب Security 2 (S2) که در آوریل 2017 آغاز شد، اجباری کرد.

این فرآیند از یک فرآیند سه مرحله‌ای در چارچوب S0 قبلی به یک فرآیند یک مرحله‌ای در S2 تغییر کرد.

در این حمله، یکی از دستگاه ها فریب خورده و گمان می کند.

بررسی تخصصی جامع پروتکل Z-Wave دیگری از چارچوب S2 Z-Wave پشتیبانی نمی کند،

بنابراین برای سازگاری، امنیت دستگاه را به چارچوب S0 تنزل می دهد.

از آنجایی که S0 از یک کلید رمزگذاری سخت افزاری استفاده می کند،

هکرها در محدوده می توانند به طور بالقوه ارتباطات،

کلیدهای قفل هوشمند را برای باز کردن قفل درهای خانه رهگیری کنند.

آزمایشگاه سیلیکون

توانایی حمله را رد کرد و ادعا کرد که این حمله نیاز به نزدیکی فیزیکی نزدیک،

دستگاه در طول فرآیند جفت شدن دارد که در هنگام نصب اولیه یا نصب مجدد انجام می شود.

این بدان معناست که کاربر باید در زمان حمله حضور داشته باشد و از دستگاهی که S0 را اجرا می کند آگاه شود.

این شرکت همچنین اعلام کرد که در حال به روز رسانی مشخصات است تا اطمینان حاصل شود.

کاربران هر زمان که دستگاهی به S0 کاهش می یابد، هشدار دریافت می کنند.

کاربر برای اجرای سیستم باید اخطار را تایید کرده و بپذیرد.

Z-Wave در مقابل Zigbee

Z-Wave و Zigbee دو تا از بزرگترین نام ها در پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند هستند.

هر دو از سیگنال های رادیویی با برد کوتاه و کم مصرف و فناوری های شبکه مش استفاده می کنند.

هر دو با استفاده از AES ایمن می شوند. با این حال، برخی از تفاوت های قابل توجه وجود دارد.

Z-Wave روی باند فرکانس پایین 908.42 کار می کند در حالی که پروتکل Zigbee در 2.4 گیگاهرتز کار می کند.

در حالی که فرکانس بالاتر به Zigbee اجازه می دهد تا داده های بیشتری را سریعتر منتقل کند.

40-250 کیلوبیت بر ثانیه به 9.6 تا 100 کیلوبیت بر ثانیه Z-Wave – برد سیگنال را کاهش می دهد.

Zigbee اغلب به دلیل پروتکل های متعدد آن پیچیده تر تلقی می شود. برای مثال، مشخصاتی را برای انرژی هوشمند،

مراقبت های بهداشتی، دروازه ها و موارد دیگر ارائه می دهد که از لحاظ تاریخی ارتباط خوبی با هم ندارند.

با این حال، انتشار Zigbee 3.0 با هدف رفع این مشکل و رفع پیچیدگی آن است.