Z-Wave-Geräte für die Haus-Automation entwickeln

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Heitec AG

ISH Ingenieursozietät GmbH

RECOM Power GmbH

Gestalten kompatibler Z-Wave-Produkte

• 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, 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 Geräteklassen beschrieben. Der Hersteller muss genau eine Geräteklasse auswählen, die der Produktgrundfunktion entspricht. Dadurch werden bereits einige Kommunikationsfunktionen und Dienste definiert, die dieses Gerät unterstützen muss.

Die Funkfunktionen und Dienste eines Geräts werden in den Befehlsklassen beschrieben. Befehlsklassen sind Gruppen von Funkbefehlen, die bestimmte Aspekte eines Geräts steuern oder Daten in Bezug auf diesen Aspekt ausgeben. Im Z-Wave-Standard werden mehr als 20 Geräteklassen und 100 Befehlsklassen beschrieben.

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 Node Information Frame – einem speziellen Datenpaket mit der Geräteklasse, den unterstützten Kommandoklassen und weiteren gerätespezifischen Informationen – bekanntgegeben werden. Desweiteren ist die Befehlsklasse vollständig und entsprechend der Spezifikation der Z-Wave-Befehlsklasse zu implementieren. 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.

Die Hersteller von USB- oder seriellen Geräten können für diese Schnittstelle ihr eigenes Kommunikationsprotokoll definieren. Das SDK bietet aber auch eine Spezifikation, die bestimmte Funktionen der Z-Wave-Library mit einem seriellen Interface-Protokoll verknüpft und den Datenaustausch über die serielle Schnittstelle definiert.

Das SDK enthält zudem vorkompilierte Firmware, die das serielle Interface-Protokoll implementieren (Sigma Designs Serial API). 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 komplex.

Der Kommunikationsstack 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 Beispiel-Quellcodes an. Im Internet gibt es mehrere Open-Source-Projekte wie OpenZWave, die die serielle API von Sigma Designs implementieren.

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 oder unkorrekt. Es gibt auch kommerzielle Implementierungen von Z-Wave-Stacks für die PC-Seite mit professionellem Support für Projekte, bei denen der Support für die Z-Wave-Serial-API nicht von Grund auf neu implementiert werden soll.

Zertifizierung, der letzte Schritt des Entwicklungsprozesses

Alle Geräte mit implementiertem Z-Wave-Standard müssen zertifiziert werden, damit sie das 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 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

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 in Deutschland und Bulogics in den USA, durchgeführt.

* * Prof. Dr.-Ing. Christian Paetz... ist europäischer Sprecher der Z-Wave-Allianz

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