Domatic. B.Sc. Thesis. Vergelijking van implementaties van low-power draadloze protocollen. Rene van der Meij & Maarten Kastelein

Mekelweg 4, 2628 CD Delft The Netherlands http://www.tudelft.nl/

B.Sc. Thesis Vergelijking van implementaties van low-power draadloze protocollen Ren´ e van der Meij & Maarten Kastelein

Domatic

Vergelijking van implementaties van low-power draadloze protocollen voor gebruik in een home automation-systeem

Thesis

Ten behoeve van het afstuderen voor het diploma

Bachelor of Science in Electrical Engineering door Ren´e van der Meij & Maarten Kastelein 1227874 1265008

Begeleiders:

Ir. A.C. de Graaf Prof.dr.ir. A.J. van der Veen

c 2010 Domatic Copyright All rights reserved.

Voorwoord Ter afronding van onze bachelor Electrical Engineering aan de TU Delft hebben wij een afstudeerproject gedaan. Deze thesis is hier een onderdeel van. Voorafgaand aan het onderzoek voor deze thesis hebben wij met zes mensen een businessplan geschreven voor ons bedrijf Domatic dat een home automation-systeem op de markt gaat brengen. Daarna zijn we met het ontwerp van het systeem begonnen. We hebben het ontwerp onderverdeeld in drie onderdelen die uiteindelijk weer aan elkaar gekoppeld worden. E´en onderdeel was het programmeren van de user interface en het onderzoeken welke programmeertaal daarvoor het meest geschikt is. Een ander onderdeel was het onderzoeken welke hardware nodig is om het systeem te realiseren. Ons onderdeel was het onderzoeken welk draadloos protocol het beste in ons product gebruikt kan worden. Het resultaat van dat onderzoek vindt u in deze thesis. Lezers die ge¨ıntereseerd zijn in de metingen die zijn uitgevoerd, kunnen dit vinden in de hoofdstukken 5, 6 en 7. Lezers die alleen ge¨ınteresseerd zijn in de conclusies worden verwezen naar hoofdstuk 9. Lezers die ge¨ınteresseerd zijn in hoe de keuze tot stand is gekomen, kunnen terecht in hoofdstuk 8. Graag willen wij de volgende mensen bedanken: • Alexander de Graaf, voor de technische adviezen die hij gegeven heeft gedurende dit project. • Karen van Oyen, voor het begeleiden van de totstandkoming van deze thesis. • Maaike Kaasenbrood, Robbert Lodder, Vinay Niddha en Erik Roeling voor de fijne samenwerking bij het bachelor afstudeer project.

Maarten Kastelein & Ren´ e van der Meij Delft, 11 juni 2010.

iii

iv

Samenvatting Voor een home automation-systeem zijn vele draadloze implementaties beschikbaar. In deze thesis wordt onderzocht welke van de meestgebruikte implementaties van low-power draadloze protocollen het beste geschikt is voor de draadloze communicatie in een home automationsysteem. De implementaties die met elkaar worden vergeleken zijn Bluetooth, ZigBee en Z-Wave. Dit is van belang voor het bedrijf Domatic die aan de hand van deze thesis een keuze gaat maken voor een low-power draadloze implementatie.

Aanpak Allereerst baseren wij ons op een literatuurstudie naar de relevante eigenschappen voor een dergelijk systeem. Hieruit blijkt dat Bluetooth het snelste informatie kan overzenden, het bereik van Bluetooth en ZigBee het beste is en dat ZigBee het meest energiezuinig is. Vervolgens zijn metingen verricht om de prestaties van de implementaties in de praktijk met elkaar te kunnen vergelijken. Hieruit blijkt dat het bereik en de stabiliteit van ZigBee het beste is en dat de sneheid van Bluetooth het beste is. Het is niet mogelijk gebleken om metingen uit te voeren voor Z-Wave. Vervolgens worden de resultaten van deze metingen ge¨ınterpreteerd en op basis van de literatuurstudie en deze interpretatie een keuze gemaakt voor welke implementatie het beste geschikt is.

Eigenschappen draadloze implementaties Bluetooth blijkt vooral goed te presteren op korte afstanden en met weinig obstakels tussen zender en ontvanger. Zodra er een betonmuur of een verdieping tussen zit, wordt het onmogelijk een verbinding op te zetten. De doorvoersnelheid van data is hoog, maar dit gaat ten koste van bereik en energieverbruik. Aangezien bij een home automation-netwerk met name stabiliteit, een groot bereik en laag energieverbruik van belang zijn, is Bluetooth hier niet goed voor geschikt. ZigBee heeft veel van de nadelen van Bluetooth niet. Het kan goed omgaan met obstakels tussen zender en ontvanger en kan makkelijk verbindingen opzetten als de zender en ontvanger zich op verschillende verdiepingen bevinden. Bovendien is het bereik makkelijk uit te breiden door het toevoegen van eenheden die data kunnen doorsturen. Het heeft een vrij lage datasnelheid, maar daarmee wint het terrein op energieverbruik en is het mogelijk om meer apparaten binnen een netwerk te ondersteunen. Z-Wave is geschikt voor een home automation-systeem, maar er zitten enkele nadelen aan. Zo is de latency groot ten opzichte van ZigBee waardoor het langer duurt om opnieuw een verbinding op te zetten. Z-Wave is standaard niet beveiligd, waardoor eventueel kwaadwillende personen makkelijk toegang kunnen krijgen tot het netwerk. Het bereik van Z-Wave is ruim voldoende voor een home automation systeem en de hoeveelheid apparaten die aangesloten kunnen worden is ook ruim voldoende. Tenslotte is Z-Wave een gesloten standaard die wordt beheerd door het bedrijf Zensys. Alleen tegen betaling is inzicht mogelijk in de standaard. Dit zorgt voor hogere kosten en maakt een product dat gebruik maakt van Z-Wave afhankelijk van de keuzes van Zensys. v

Conclusie Omdat ZigBee op alle punten beter dan of gelijkwaardig presteert aan Z-Wave, is ZigBee de beste keuze voor een home automation-systeem. Bluetooth presteert niet goed genoeg om in aanmerking te komen voor gebruik in een dergelijk systeem. Domatic kan dus ook het beste voor ZigBee kiezen.

vi

Inhoudsopgave

Voorwoord

iii

Samenvatting

v

1 Inleiding

1

2 Probleembeschrijving

3

3 Programma van eisen

5

4 Vergelijking implementaties low-power draadloze 4.1 Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Technische specificaties . . . . . . . . . . . 4.1.2 Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.3 Energieverbruik . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.4 Verbinding maken . . . . . . . . . . . . . . 4.1.5 Netwerkstructuren . . . . . . . . . . . . . . 4.1.6 Implementatie . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.7 Beveiliging . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 ZigBee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Technische specificaties . . . . . . . . . . . 4.2.2 Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3 Energieverbruik . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4 Verbinding maken . . . . . . . . . . . . . . 4.2.5 Netwerkstructuren . . . . . . . . . . . . . . 4.2.6 Implementatie . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.7 Beveiliging . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Z-Wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Technische specificaties . . . . . . . . . . . 4.3.2 Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.3 Energieverbruik . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.4 Verbinding maken . . . . . . . . . . . . . . 4.3.5 Netwerkstructuren . . . . . . . . . . . . . . 4.3.6 Implementatie . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.7 Beveiliging . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Meten van de implementaties van 5.1 Meetopstelling . . . . . . . . . . 5.2 Verwachtingen . . . . . . . . . . 5.3 Opgetreden meetproblemen . . .

low-power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii

protocollen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 7 7 8 9 10 10 10 10 11 11 11 14 15 15 15 16 16 16 17 18 18 18 19 19

draadloze protocollen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 21 22 22

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 Resultaten van de metingen 6.1 Resultaten Bluetooth . . . . 6.1.1 Afstandsmetingen . 6.1.2 Obstakels . . . . . . 6.2 Resultaten ZigBee . . . . . 6.2.1 Afstandsmetingen . 6.2.2 Obstakels . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

25 25 25 26 26 27 28

7 Interpretatie van de meetresultaten 7.1 Interpretatie Bluetooth . . . . . . . . 7.1.1 Afstandsmetingen . . . . . . 7.1.2 Obstakels . . . . . . . . . . . 7.2 Interpretatie ZigBee . . . . . . . . . 7.2.1 Stabiliteit . . . . . . . . . . . 7.2.2 Bereik . . . . . . . . . . . . . 7.2.3 Data throughput . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

29 29 29 30 30 30 30 30

8 Afweging van de implementaties 8.1 Criteria voor het home automation-systeem . . 8.2 Multicriteria-tabel . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Motivatie toegekende cijfers multicriteria-tabel 8.4 Definitieve keuze draadloze implementatie . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

31 31 32 33 34

. . . . . .

37 37 37 37 38 38 38

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

9 Conclusies en aanbevelingen 9.1 Conclusies . . . . . . . . . . . . . . 9.1.1 Beantwoording hoofdvraag 9.1.2 Bluetooth . . . . . . . . . . 9.1.3 ZigBee . . . . . . . . . . . . 9.1.4 Z-Wave . . . . . . . . . . . 9.2 Aanbevelingen . . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

Bibliografie

41

BIJLAGE A: Verklarende woordenlijst

43

BIJLAGE B: Lijst van figuren

46

BIJLAGE C: Lijst van tabellen

47

viii

1

Inleiding

Het bedrijf Domatic ontwikkelt een home automation-systeem. Voor dit systeem moet onderzocht worden hoe de draadloze verbinding tussen verschillende apparaten in huis gemaakt kan worden. Dit gaat dan om bijvoorbeeld lichtschakelaars, sensoren en thermostaten. Er zijn veel implementaties van low-power draadloze protocollen beschikbaar. Aan ons de taak om een goed advies te geven over welke implementatie het beste is. Het doel van deze thesis is om het bedrijf Domatic te adviseren welk draadloze technologie - kiezende uit Bluetooth, ZigBee en Z-Wave - het best geschikt is voor hun home automationproduct. Hierbij voeren we verschillende metingen uit met betrekking tot stabiliteit, bereik en overdrachtssnelheid. Omdat obstakels tussen zender en ontvanger van invloed kunnen zijn op de prestaties nemen we hierin mee wat de effecten van verschillende soorten obstakels zijn. De opbouw van de thesis is als volgt. In hoofdstuk 2 komt de probleembeschrijving aan bod. In hoofdstuk 3 wordt een programma van eisen opgesteld. Verder wordt in hoofdstuk 4 een vergelijking gemaakt tussen de implementaties van low-power draadloze protocollen op basis van literatuur. Vervolgens behandelen we de meetopstellingen en verwachtingen in hoofdstuk 5. In hoofdstuk 6 zullen alle meetresultaten getoond worden om vervolgens in hoofdstuk 7 de meetresultaten te interpreteren. In hoofdstuk 9 worden de conclusies behandeld en zullen er aanbevelingen gedaan worden voor vervolgonderzoek. Tenslotte zijn er nog drie bijlagen toegevoegd. Bijlage A bevat een verklarende woordelijst, bijlage B een lijst van figuren en bijlage C een lijst van tabellen.

1

2

2

Probleembeschrijving

Een home automation-systeem is bedoeld om mensen dagelijkse taken in huis uit handen te nemen of te vergemakkelijken. Bijvoorbeeld de verlichting, verwarming en de gordijnen kunnen dan op afstand worden bediend. Ook kan er geprogrammeerd worden om op bepaalde tijden het licht aan en uit te doen of de gordijnen open en dicht te doen. Bovendien kunnen sensoren aan het systeem worden toegevoegd, om op basis van lichtsterkte of beweging te bepalen of er moet worden geschakeld of dat er ter beveiliging van het huis een signaal moet worden doorgegeven. Op veel plaatsen in de moderne maatschappij zijn de meeste zaken geautomatiseerd. Hier zijn we ook al volledig aan gewend. Vreemd genoeg loopt ons eigen huis daarop zeer ver achter. Om hier verandering in te brengen en in te kunnen spelen op deze mogelijkheid in de markt, hebben wij onderzocht wat de redenen zijn dat home automation nog steeds niet is doorgebroken en niet standaard in alle huizen te vinden is. Daarbij bleek dat de systemen die op dit moment op de markt zijn, duur zijn en bovendien beperkt in de functionaliteit en uitbreidbaarheid. Daarop zijn we een systeem gaan ontwikkelen dat deze problemen oplost. Het ontwerp van dit systeem hebben we opgesplitst in drie deelproblemen. Dat zijn de interface, de koppeling van het systeem met sensoren en actuatoren, en de draadloze verbinding. Deze thesis behandelt de draadloze verbinding van het systeem. Om precies te zijn, is de omschrijving van het probleem als volgt: ”Welk van de meestgebruikte implementaties van low-power draadloze protocollen - Bluetooth, ZigBee en Z-Wave - is het beste geschikt voor de draadloze communicatie in een home automation-systeem?” Om te zien aan welke voorwaarden een dergelijke implementatie zal moeten voldoen, volgt in het volgende hoofdstuk het programma van eisen.

3

4

3

Programma van eisen

Zoals beschreven in de hoofdstukken 1 en 2 ontwikkelen wij een home automation-systeem voor de consumentenmarkt waarbij wij een advies uitbrengen over de te gebruiken draadloze technologie. Hierbij is het belangrijk om bepaalde eisen te stellen aan die technologie. Deze eisen zijn hieronder in categorie¨en weergegeven in het programma van eisen.

Eisen vanuit het beoogde gebruik [1.1] Een apparaat moet makkelijk door de gebruiker kunnen worden toegevoegd aan het netwerk. [1.2] Het systeem moet een reactietijd hebben van minder dan 0,2 seconde. [1.3] Het systeem moet duidelijk en overzichtelijk sensorinformatie weergeven.

Eisen vanuit de ecologische situering van het systeem in de omgeving [2.1] Het systeem mag niet de uitgezonden stalingsnormen van de FCC overschrijden.

Eisen met betrekking tot het te ontwerpen systeem zelf Sectie 1: Gebruikskenmerken [3.1.1] De batterij van het systeem moet minimaal 1,5 jaar meegaan. [3.1.2] De hardware moet afgeschermd zijn voor de gebruiker. [3.1.3] De leverancier moet tot minmaal tien jaar na aankoop onderhoud kunnen leveren. [3.1.4] Het systeem moet niet door anderen benaderd kunnen worden.

Sectie 2: Productiekenmerken [3.2.1] Het systeem moet direct in gebruik genomen kunnen worden door de gebruiker. [3.2.2] Het apparaat moet direct kunnen worden toegevoegd door de gebruiker. Sectie 3: Liquidatiekenmerken [3.3.1] De hardware moet zo min mogelijk milieubelastend zijn. 5

Eisen met betrekking tot het eventueel te ontwikkelen productiesysteem [4.1] De zend- en ontvangmodule moet makkelijk implementeerbaar zijn in de schakelen sensormodules.

Eisen met betrekking tot het te ontwikkelen liquidatiesysteem [5.1] De hardware moet conform de regels voor klein huishoudelijke elektronica kunnen worden verwerkt.

Eisen vanuit bedrijfsstrategische, marketing- en verkooptechnische omstandigheden [6.1] De hardware moet binnen een week beschikbaar zijn om te implementeren in ons systeem.

6

Vergelijking implementaties low-power draadloze protocollen

4

In dit hoofdstuk gaan we bekijken wat er al bekend is over de drie verschillende implementaties van low-power draadloze protocollen, namelijk Bluetooth, ZigBee en Z-Wave. Deze informatie gebruiken we om in paragraaf 5.2 de verwachtingen van de meetresultaten te bepalen, in hoofdstuk 7 de meetresultaten te kunnen verklaren en in hoofdstuk 9 onze conclusies te trekken en aanbevelingen te doen. Achter elkaar zullen de implementaties worden besproken. Bluetooth in paragraaf 4.1, vervolgens ZigBee in paragraaf 4.2 en tenslotte Z-Wave in paragraaf 4.3. We bekijken per implementatie wat de technische specificaties zijn, hoe de protocollen in elkaar zitten, wat het energieverbruik is, hoe een verbinding kan worden opgezet, wat de verschillende netwerkstructuren zijn, iets over de implementatie en hoe de beveiliging werkt.

4.1

Bluetooth

De meest bekende vorm van low-power draadloze communicatie is Bluetooth. Bluetooth is tegenwoordig in de meerderheid van de telefoons ge¨ımplementeerd, computers zijn met Bluetooth uitgerust en er zijn veel carkits met Bluetooth verkrijgbaar.

4.1.1

Technische specificaties

In tabel 4.1 zijn de technische specificaties opgesomd van het Bluetooth-protocol. Een aantal van de gegevens worden verder toegelicht in de hierop volgende paragrafen. Tabel 4.1: Overzicht van de technische specificaties van Bluetooth [1]. Eigenschap IEEE-standaard Radio frequentie Max. datasnelheid Max. bereik Benodigd zendvermogen Aantal RF-kanalen Bandbreedte kanaal Modulatie Spreiding Separatie Standaard netwerkvorm Uitbreiding netwerkvorm Max. aantal apparaten Encryptie Authenticatie Databeveiliging

Bluetooth 802.15.1 2,4 GHz 1 Mb/s 10m 0 - 10 dBm 79 1 MHz GFSK FHSS Adaptieve frequentie hopping Piconet Scatternet 8 E0 Gedeelde sleutel 16-bits CRC

7

4.1.2

Protocol

Door het gebruik van protocollen kunnen verschillende apparaten met elkaar communiceren. In een protocol staat precies beschreven wat de layout van een pakket is, inclusief welk stuk gereserveerd is voor het adres, de error bits en de user data [2]. Bij bluetooth worden verschillende protocollen gebruikt. Twee daarvan worden hierna beschreven. RFCOMM Het bekendste en meestgebruikte protocol is RFCOMM wat staat voor Radio Frequency Communication. Dit protocol is in leven geroepen zodat fabrikanten makkelijk Bluetooth kunnen implementeren in hun apparaten. Het is zo gemaakt dat het een RS-232 seri¨ele poort emuleert, de industrie werkt al jaren met deze poort. RFCOMM kan in totaal 30 open poorten benaderen [3]. L2CAP Een ander veelgebruikt protocol is de Logical Link Control and Adaption Protocol (L2CAP). Dit is een pakket-gebaseerd protocol waarbij de volgorde van ontvangen altijd hetzelfde is als de volgorde van verzenden. Bij dit protocol kan de mate van betrouwbaarheid ingesteld worden. Bij het falen van het ontvangen van een bericht is er de keuze uit drie opties: • Nooit opnieuw versturen. • Altijd opnieuw versturen totdat er succes is of er een geen verbinding meer is. • Opnieuw versturen tot er een bevestiging van ontvangst is, als er na een vooraf gespecificeerde tijd niks terug komt, wordt er verder gegaan met het volgende pakket [3]. L2CAP is ook een transport protocol waar RFCOMM gebruik van maakt. Als je dus de waarden verandert van de mate van betrouwbaarheid van L2CAP, dan geldt dat ook voor RFCOMM [3]. Verbindingsvormen Er zijn twee verschillende soorten verbindingen mogelijk tussen Bluetooth-apparaten, dat zijn ACL en SCO. ACL Het Asynchronous Connection-oriented Logical transport protocol (ACL) is een fundamenteel protocol dat wordt gebruikt om hogere level protocol-pakketjes te versturen. ACL wordt niet gebruikt voor het rechtstreeks versturen van data. L2CAP wordt dan dus ook verstuurd via ACL en daardoor indirect RFCOMM ook [3]. Bij het protocol is er niet altijd een constante snelheid. De snelheid is afhankelijk van hoeveel andere apparaten willen communiceren met het Bluetooth-apparaat. 8

SCO Naast ACL bestaat er ook nog een Synchronous Connection-oriented logical transport protocol (SCO). Dit protocol wordt alleen gebruikt om stemgeluid te versturen, of geluid van stemkwaliteit. Dit wordt gedaan met een snelheid van 64 KB/s. Deze techniek wordt vooral gebruikt voor Bluetooth-headsets. Bij een SCO-verbinding zal een datapakket nooit twee keer verstuurd worden, daardoor is de betrouwbaarheid heel laag. Er wordt wel altijd voldaan aan de snelheid van de 64 KB/s verbinding, ook als andere programma’s of connecties een verbinding willen maken, zal SCO de voorkeur krijgen en de snelheid gewaarborgd blijven. Doordat deze verbinding een constante verbinding heeft, mag een Bluetooth apparaat maximaal drie actieve SCO-verbindingen hebben [3].

4.1.3

Energieverbruik

Bluetooth heeft drie verschillende vermogensklassen. Een apparaat heeft een van deze klassen en kan dus niet wisselen tussen de verschillende vermogens. In tabel 4.2 staan de verschillende klassen opgesomd. Omdat het vermogen van een klasse 1-apparaat hoog is, moet er een vermorgenscontroller geplaatst worden om het vermogen op 0 dBm te brengen [4]. Tabel 4.2: Bluetooth vermogensklassen Vermogensklasse 1 2 3

Maximale output 100 mW 2,5 mW 1,0 mW

Vermogen -20dBm -4dBm 0dBm

Naast de verschillende vermogensklassen van de Bluetooth-apparaten kan een apparaat ook een bepaalde vermogensmodus hebben (Power Operating Mode). Er zijn drie verschillende lage vermogensmodi mogelijk. In volgorde van meest naar minst vermogenintensief zijn dat: • sniff modus • hold modus • park modus In de sniff modus luistert het apparaat of er iets in de buurt is dat contact wil maken, alleen doet het apparaat dit dan op een minder frequente basis dan in de actieve modus. In de hold modus loopt het kloksignaal door en blijft het apparaat gesynchroniseerd met het masterapparaat. Het apparaat behoudt zijn netwerkadres in deze modus wel, maar is niet actief in het netwerk. De park modus werkt op dezelfde manier als de hold modus, met als verschil dat deze zijn netwerkadres niet behoudt. Doordat in sniff modus constant wordt gekeken of er een apparaat is die wil communiceren en in hold modus dat minder frequent gebeurt, zal de tijd van reageren in het geval van sniff modus sneller zijn dan bij hold modus. Omdat park modus geen netwerkadres behoudt en hold modus wel, zal een apparaat in park modus langzamer reageren dan in hold modus. De volgorde van de vermogensmodi is dus hetzelfde als van de snelheid van reageren op nieuwe verbindingen [4]. 9

4.1.4

Verbinding maken

Een verbinding maken loopt via verschillende stappen: • link manager protocol • link manager • link controller Om een verbinding te maken wordt er gebruikgemaakt van het Link Managment Protocol. Deze verstuurt data waarmee een link gemaakt kan worden, inclusief zaken als encryptie en authenticatie. Deze data komt binnen bij de Link Manager, een stuk software dat op een microprocessor draait die in het Bluetooth apparaat zit. De Link Manager praat weer met de Link Controller, waarin alle Bluetooth baseband-functies staan. Om een verbinding te maken moeten de apparaten gepaired worden. Hiervoor moeten beide apparaten een pincode invoeren, deze code mag de gebruiker zelf verzinnen zolang maar op allebei de apparaten dezelfde code ingevoerd wordt. Als deze overeenkomen wordt er een link key aangemaakt. Hierdoor kunnen apparaten daarna met elkaar communiceren[2].

4.1.5

Netwerkstructuren

De standaardvorm voor een Bluetooth-netwerk is een piconet. Dit is een point-to-point netwerk, waarbij er altijd een master- en een slave-apparaat is. Er kunnen maximaal zeven actieve slaves zijn en ´e´en master, dan is er sprake van een point-to-multipoint netwerk. Ook dit heet een Piconet. Alle apparaten in dit netwerk zenden dan op hetzelfde kanaal en frequentie uit. Naast de actieve slaves kunnen er in totaal 256 niet-actieve slaves zijn, deze kunnen als er wel een actieve verbinding nodig is snel in het netwerk worden opgenomen. Als er twee piconets dicht bij elkaar opereren, kan het voorkomen het bereik van de netwerken elkaar overlappen. Als dit het geval is dan is er sprake van een scatternet. Op dat moment gebruiken de piconets allebei hun eigen freqentie-hopping kanaal en synchroniseren niet in tijd- of freqentiedomein [4].

4.1.6

Implementatie

De stack van Bluetooth is ongeveer 250 KB. Dit is behoorlijk groot. Het gevolg hiervan is dat Bluetooth-modules vrij veel geheugenruimte nodig hebben. Hierdoor worden ze duurder. In principe zijn ook de mogelijkheden van Bluetooth groter, maar de grotere stack maakt het vooral ook lastiger om software te schrijven voor Bluetooth, omdat je niet snel de hele stack hebt doorgrond [5].

4.1.7

Beveiliging

De encryptie vindt plaats door middel van de stream chiper E0 encryptie. Deze bestaat uit een payload key generator, de key stream generator en het encryptie en decryptie gedeelte. Afhankelijk van of er een semi-permanente key of een master key gebruikt wordt, worden er verschillende encryptiemodi gebruikt. Bij een semi-permanente key is een algemeen uitgezonden signaal niet ge¨encrypt, maar signalen die uitgezonden worden naar een adres kunnen wel of niet ge¨encrypt zijn. Bij het gebruik van een master key zijn er drie mogelijkheden: 10

• modus 1: geen encryptie; • modus 2: algemeen uitgezonde signaal is niet ge¨encrypt, naar een adres uitgezonde signaal is ge¨encript met de master key; • modus 3: al de signalen zijn ge¨encrypt met de master key. De encryptie kan tussen de 8 tot 128 bits lang zijn. Hoe langer de encryptie hoe beter de beveiliging[6]. Bluetooth gebruikt een algoritme dat van een 128 bit platte tekst een 128 bit chiper key gebruik maakt[7]. Bluetooth kan op drie verschillende manieren beveiligd worden, modus 1, 2 en 3. Modus 1 heeft geen beveiliging, alles staat dan open. Service level enforced security is modus 2. Bij deze manier van beveiligen wordt er eerst een verbinding tot stand gemaakt tussen twee apparaten. Hierna pas is er een beveiliging. Bij modus 3 gaat de beveiliging wel voor op de verbinding, dit heet link-level enforcement security. Authenticatie tussen twee apparaten gaat via een PIN-code. De gebruikers van de apparaten moeten dezelfde PIN-code op allebei de apparaten ingeven. De apparaten worden op deze manier met elkaar geauthenticeerd en niet de gebruikers. Een authenticatie hoeft maar ´e´en keer plaats te vinden, daarna zulen de apparaten elke keer automatisch verbinding met elkaar maken [4].

4.2

ZigBee

ZigBee is een specificatie voor Wireless Personal Area Networks (WPAN), die gegevens over sturen op lage snelheid. De specificatie is opgesteld om simpele apparaten die zich op korte afstand van elkaar bevinden met elkaar te laten communiceren en daarbij zo min mogelijk energie te gebruiken. Bovendien moet de implementatie van ZigBee zo goedkoop mogelijk zijn. Voordat ZigBee was ontworpen, waren er al veel standaarden die gemiddelde of hoge datasnelheden ondersteunden in een draadloos netwerk. Deze netwerken waren bedoeld voor audio/video-toepassingen, of om computers met elkaar te verbinden. Voor de specifieke eisen die sensor- en bedieningstoepassingen stellen aan een netwerk, was echter nog geen standaard ontworpen. Dit type netwerken heeft namelijk geen hoge datasnelheid nodig, maar wel een lage latency en vooral een zeer laag energieverbruik. Dit is de belangrijkste reden geweest voor IEEE om, samen met de ZigBee Alliance, ZigBee te ontwerpen [8].

4.2.1

Technische specificaties

In tabel 4.3 zijn de technische specificaties opgesomd van het ZigBee protocol. De gegevens worden verder toegelicht in de paragrafen in dit hoofdstuk en worden verder gebruikt in hoofdstuk 5.2 om een verwachting van de meetresultaten te beredeneren, in hoofdstuk 7 de interpretatie van de meetresultaten te maken en in hoofdstuk 8 onze conclusies te trekken en aanbevelingen te doen.

4.2.2

Protocol

De specificatie van ZigBee is gebaseerd op de IEEE-standaard 802.15.4. Deze beschrijft de onderste twee lagen in een netwerk volgens het OSI-model, de fysieke laag (PHY) en de 11

Tabel 4.3: Overzicht van de technische specificaties van ZigBee [1]. Eigenschap IEEE-standaard Radio frequentie Max. datasnelheid Max. bereik Benodigd zendvermogen Aantal RF-kanalen Bandbreedte kanaal Modulatie Spreiding Separatie Standaard netwerkvorm Uitbreiding netwerkvorm Max. aantal apparaten Encryptie Authenticatie Databeveiliging

ZigBee 802.15.4 868/915 MHz; 2,4 GHz 250 Kb/s 100m (-25)- 0 dBm 1/10; 16 0,3/0,6 MHz; 2 MHz BPSK (+ ASK), O-QPSK DSSS Dynamische frequentie-selectie Ster Boom, maas 65.536 AES per blok (CTR, counter modus) CBC-MAC 16-bits CRC

datalink-laag. De ZigBee Alliance richt zich op de hogere lagen van de protocol stack, van de netwerklaag tot de applicatielaag. Het doel hierbij is te zorgen voor interoperabiliteit van data netwerken, beveiligingsservices en allerlei draadloze controlesystemen van huizen en gebouwen. We zullen nu de verschillende lagen van de specificatie van ZigBee behandelen, te beginnnen bij de onderste, de fysieke laag. Fysieke laag De fysieke laag is verantwoordelijk voor het verzenden en ontvangen van de fysieke datapaketten over het radiokanaal. Verder ondersteunt deze laag het activeren en deactiveren van de radio transceiver, energiedetectie, indicatie van de linkkwaliteit, kanaalselectie, en controle of het kanaal vrij is [8]. Datalink-laag De datalink-laag bestaat zelf weer uit twee lagen. Dat zijn de Medium Access Control-laag (MAC) en de Logical Link Control-laag (LLC). De werking van de LLC is gespecificeerd in de 802.2-standaard en is hetzelfde voor alle 802.x-standaarden. De MAC-laag in 802.15.4 biedt de volgende functionaliteiten: associatie en disassociatie, versturen van frames met bevestiging van ontvangst, kanaaltoegangsmechanismen, valideren van frames, tijdslot-management en beacon-management. Verder biedt de MAC-laag data en management services aan de hogere lagen. Een MAC-frame is flexibel opgebouwd, om ruimte te geven aan verschillende soorten applicaties en netwerkstructuren. De opbouw van een MAC-frame is weergegeven in figuur 4.1. Een MAC protocol data-eenheid (MPDU) bestaat uit een header, een service data-eenheid en een footer. Het eerste veld van de header is frame control. Dit veld geeft aan welk type MAC-frame wordt verstuurd, wat het formaat is van het adresveld en regelt de bevestiging van berichten. Ook kan uit dit veld worden opgemaakt hoe de rest van het frame eruit ziet en wat voor informatie het bevat. 12

Figuur 4.1: Opbouw van een MAC-frame in de ZigBee-standaard [9].

Het adresveld heeft een grootte van tussen de 0 en 20 bytes. Door de flexibele structuur kunnen pakketten korter zijn en is het protocol dus effici¨enter. De lengte van de payload is variabel, echter de totale grootte van een pakket kan niet groter zijn dan 127 bytes. De data die de payload bevat is afhankelijk van het type frame. Er zijn vier mogelijke typen frames in IEEE 802.15.4 MAC, dat zijn: • beacon • data • acknowledgement • MAC command Het beacon-frame wordt gebruikt door de co¨ordinator om beacons te versturen. Het dataframe wordt gebruikt voor al het dataverkeer. Het acknowledgement-frame wordt gebruikt om te bevestigen aan de zender dat een frame in goede staat is aangekomen bij de ontvanger. En tenslotte het MAC command-frame dat wordt gebruikt om alle controlesignalen van de MAC-laag over te sturen [10]. Verder zijn er nog de velden sequence number, om de pakketten op de bestemming in de juiste volgorde te krijgen, en frame check sequence, wat een 16-bit CRC bevat om de integriteit van een bericht te controleren [8]. Verbindingsvormen Er zijn applicaties die alleen goed werken met een lage latency, hiervoor hebben zij toegewijde bandbreedte nodig. Om dit mogelijk te maken, kan een ZigBee-netwerk draaien in een optionele superframe-modus. De coordinator van het netwerk stuurt beacons in deze superframes, in vooraf ingestelde intervallen. Deze intervallen kunnen zijn tussen de 15 ms en 245 seconden. De tijd tussen twee beacons is altijd verdeeld in 16 gelijke tijdssloten. In het eerste tijdsslot wordt de beacon verstuurt. Deze dient om de apparaten binnen het netwerk te synchroniseren, het netwerk te identificeren en om de structuur van de superframes te beschrijven. 13

Een apparaat kan op elk van de tijdssloten beginnen met versturen. De data moet wel zijn verzonden voor het eerste tijdsslot van het superframe, aangezien er dan een nieuw beacon wordt verstuurd. Een apparaat gebruikt CSMA/CA (carrier sense multiple access / collision avoidance). Dit komt erop neer dat het systeem luistert of er al een transmissie plaatsvindt. Is dit het geval, dan zal het apparaat zijn transmissie een willekeurig aantal tijdssloten uitstellen om de huidige transmissie niet te storen. Het eigen bericht zou dan ook niet te ontvangen zijn. Als een apparaat een gegarandeerde bandbreedte of een lage latency nodig heeft, kan deze van de coordinator een gegarandeerd tijdsslot toegewezen krijgen. Deze kunnen meerdere tijdssloten beslaan en er kunnen maximaal zeven apparaten tegelijkertijd van verschillende gegarandeerde tijdssloten gebruikmaken. Tijdens deze tijdssloten kunnen andere apparaten geen data versturen [8]. Netwerklaag De netwerklaag van ZigBee is verantwoordelijke voor het opzetten en onderhouden van de netwerkstructuur. Ook biedt het naamgeving en bindingsservices, die onder andere bestaan uit adresseren, routen en beveiliging. Om energieverbruik en totale kosten te minimaliseren moet de netwerklaag zich zelf organiseren en onderhouden [8].

4.2.3

Energieverbruik

ZigBee kent een zeer laag energieverbruik. Dit wordt echter niet veroorzaakt door een laag zendvermogen. Dat zou te veel ten koste gaan van het bereik. Het is vooral het gevolg van de slaapmodus waarin apparaten in een ZigBee-netwerk zich het grootste deel van de tijd kunnen bevinden. Dit is mogelijk omdat er steeds maar weinig data hoeft te worden overgezonden. Elk apparaat - afgezien van coordinator of router - kan automatisch zichzelf in slaapmodus instellen zodra deze klaar is met zenden en pas weer in actieve modus komen als er weer iets moet worden verzonden of ontvangen. Dit zorgt voor een zeer lage duty cycle voor apparaten die gevoed worden met batterijen en een zeer laag gemiddeld energieverbruik [11]. Bovendien kan ZigBee binnen 15 ms overschakelen van slaapmodus naar actieve modus [5]. Dit zorgt voor een lage latency, welke bijna niet merkbaar is bij bijvoorbeeld het inschakelen van verlichting. Om zoveel mogelijk energie te besparen, kan een ZigBee-netwerk gebruik maken van de meest simpele manier van verzenden. Dat is gewoon sturen zodra er een bericht klaarstaat. Dankzij de lage duty cycle en de kleine hoeveelheid data die wordt overgezonden, is deze methode het meest energiezuinig. Zelfs al moet een bericht soms meerdere keren verstuurt worden als deze overlapt met een ander bericht. Het luisteren naar het kanaal om te zien of er een transmissie gaande is (CSMA/CA), kost namelijk veel energie. Slechts als een zeer groot aantal apparaten binnen een netwerk actief is, zal er wel CSMA/CA moeten worden toegepast, omdat het netwerk anders volledig verstopt raakt. Een ander punt waar energie door wordt bespaard, is de gebruikte radiotechnologie. Bij de specificaties van 802.15.4 is gekozen voor direct-sequence spread spectrum (DSSS). Het alternatief, frequency-hopping spread spectrum (FHSS), zou veel energie hebben verbruikt aan het synchroniseren van de frequentie hops [5]. Ook bespaart ZigBee energie op de bewerkingen die de processor van een netwerkapparaat moet uitvoeren. Een simpele 8-bit-processor zoals de 8051 kan deze berekeningen al doen [5]. 14

4.2.4

Verbinding maken

ZigBee-netwerken zijn zeer eenvoudig op te zetten. Ze zijn erop ontworpen dat ze zich zelf instellen en onderhouden en ze hoeven dus niet door de gebruiker geconfigureerd te worden. Het enige wat er moet gebeuren om twee apparaten met elkaar te laten communiceren, is beide op een knop te drukken wanneer ze binnen radio-afstand van elkaar zijn. Dit is nodig voor de beveiliging, om netwerken van elkaar te scheiden [5].

4.2.5

Netwerkstructuren

Een ZigBee-netwerk bestaat uit verschillende apparaten. Er zijn hierin twee typen te onderscheiden. Dat zijn het full-function apparaat (FFD) en het reduced-function apparaat (RFD). Elk netwerk heeft ´e´en personal area network (PAN) coordinator, dit is altijd een FFD. Een FFD kent drie verschillende modi: PAN coordinator, coordinator of apparaat. Voor de meest simpele toepassingen wordt een RFD gebruikt. Deze zijn zeer simpel en kunnen alleen communiceren met een FFD. Een FFD kan zowel met een FFD als een RFD communiceren [8]. IEEE 802.15.4 ondersteunt de volgende netwerkstructuren: • ster • peer-to-peer (maas) • boom Welke structuur gebruikt wordt, is een keuze van de applicatie, maar is ook afhankelijk van het gebruikte type ZigBee-apparaat. In een sternetwerk wordt de communicatie opgezet tussen apparaten en een PAN coordinator, die het netwerk beheert. De coordinator kan op het lichtnet worden aangesloten en de apparaten kunnen dan met batterijen gevoed worden. Als een FFD voor het eerst wordt aangezet, zal deze zijn eigen netwerk starten en de rol van PAN coordinator aannemen. De FFD kiest daarbij een PAN identificatienummer, dat nog niet wordt gebruikt door een ander netwerk binnen de radius van de radioverbinding. Dit scheidt de sternetwerken van elkaar en zorgt ervoor dat ze onafhankelijk van elkaar kunnen opereren. Bij een peer-to-peer- of maasnetwerk is er ook ´e´en PAN coordinator. In tegenstelling tot de situatie bij een sternetwerk, is bij een maasnetwerk ook communicatie tussen apparaten onderling mogelijk, mits dit FFDs zijn en ze zich binnnen radio-afstand bevinden. Een maasnetwerk kan ad-hoc worden gevormd en kan zich zelf vormen en repareren bij uitval van een apparaat of verbinding. Het kan zorgen voor extra betrouwbaarheid doordat meerdere routes tussen apparaten mogelijk zijn. Tenslotte een boomnetwerk. Dit is een speciale vorm van een maasnetwerk, waarin de meeste apparaten FFD zijn en RFDs aan de uiteinden van de vertakkingen verbinding kunnnen maken met het netwerk. Het voordeel van deze structuur is het grotere bereik van het netwerk, dit zorgt echter wel voor een grotere vertraging bij het versturen van een bericht [8].

4.2.6

Implementatie

De ZigBee-stack vraagt 32 KB voor een FFD en slechts 4 KB voor een RFD. In combinatie met een simpele 8 bit-processor zorgt dit voor zeer lage kosten voor de implementatie. De processor van een applicatie zal in veel gevallen de berekeningen voor ZigBee erbij kunnen 15

uitvoeren, waardoor zelfs geen aparte processor voor ZigBee nodig zal zijn. Dit zal de kosten nog verder drukken [5].

4.2.7

Beveiliging

ZigBee-netwerken zijn zeer veilig. Mits ze op de juiste manier zijn ingesteld. In ZigBee bestaan twee manieren waarop een netwerk kan worden beveiligd. Dat kan met toegangslijsten en met 128-bits AES-encryptie. Met toegangslijsten kan een apparaat de MAC-adressen van apparaten waarmee hij bereid is te communiceren in een lijst opslaan. Bij een binnenkomend bericht wordt dan het MACadres van de afzender vergeleken met de adressen in de toegangslijst. Het resultaat van deze vergelijking wordt doorgegeven aan de hogerer lagen van het protocol, die dan bepalen of het bericht wordt geaccepteerd of geweigerd. Echter, als er geen encryptie is toegepast op het bericht, is het mogelijk dat de afzender zijn adres heeft vervalst. Om een ZigBee-netwerk echt veilig te krijgen is dus encryptie nodig. In ZigBee is het daarom mogelijk om AES-encryptie te gebruiken. Dit zorgt ervoor dat buitenstaanders de data op het netwerk niet kunnen interpreteren. De data wordt versleuteld bij de zender en bij de ontvanger weer ontcijferd met dezelfde sleutel. Alleen apparaten die deze sleutel hebben, kunnen de data ontcijferen. Bij ZigBee worden 128-bits sleutels gebruikt [12].

4.3

Z-Wave

Een bekend protocol voor home automation-systemen is Z-Wave. Op dit moment zijn er al enkele producten van Z-Wave op de markt tegen een goede prijs. Het protocol is gebaseerd op dezelfde standaard als ZigBee en stelt de gebruiker in staat om heel eenvoudig apparaten toe te voegen en te verwijderen uit het home automation-systeem.

4.3.1

Technische specificaties

In tabel 4.4 zijn de technische specificaties opgesomd van het Z-Wave-protocol. De gegevens worden verder toegelicht in de paragrafen in dit hoofdstuk en worden verder gebruikt in hoofdstuk 5.2 om een verwachting van de meetresultaten te beredeneren, in hoofdstuk 7 de interpretatie van de meetresultaten te maken en in hoofdstuk 8 onze conclusies te trekken en aanbevelingen te doen. Tabel 4.4: Overzicht van de technische specificaties van Z-wave. Eigenschap IEEE-standaard Radio frequentie Max. datasnelheid Max. bereik Benodigd zendvermogen Aantal RF-kanalen Modulatie Standaard netwerkvorm Max. aantal apparaten Encryptie Databeveiliging

Z-Wave Gebasseerd op 802.15.4 860MHz en 908Mhz 40 kbps 30 m 5 dBm 4 FSK Maas 232 Manchester channel encoding geen/ rolling code

16

4.3.2

Protocol

Het protocol van Z-Wave bestaat uit verschillende lagen. De onderste laag is de PHY/ MAClaag. Deze zorgt ervoor dat er toegang is tot de RF-media. Boven deze laag bevindt zich de transportlaag, die zorgt voor controle van het signaal. Boven de transportlaag bevindt zich de netwerklaag; die zorgt ervoor dat al de ontvangen data naar de goede plekken gestuurd wordt. Helemaal bovenaan staat de applicatielaag, deze zorgt voor het decoderen en het uitvoeren van Z-Wave-commando’s. Zie figuur 4.2.

Figuur 4.2: Protocol lay-out Z-wave, met hierin de PHY/MAC laag, de transportlaag en de netwerklaag [13].

Een PHY/MAC-frame begint met een stuk data waarin staat wat soort data is, dat wordt gevolgd door de start of frame delimiter. De inhoudelijke data wordt vervolgens gestuurd in pakketten van 8 bits en het frame eindigt met een end of frame. De data kan maximaal 64 bits groot zijn. De transportlaag zorgt voor de communicatie tussen twee apparaten. Die laag maakt gebruik van vier verschillende framesoorten, maar deze hebben wel allemaal dezelfde indeling. Voor het data-frame komt er een frame waarin staat wat het netwerk en apparaat-ID is, hoeveel data er verstuurd wordt en het type data dat erin verstuurd wordt. Hierbij kan gekozen worden uit ’gewone’ data, ACK (acknowledgement) en routing frame. Als de data succesvol is verzonden, dan wordt er een ACK frame teruggestuurd. Als de data gericht is aan alle apparaten binnen het netwerk, dan kan er gekozen worden om als netwerkadres 0xFF te gebruiken. De data kan ook naar een aantal apparaten verstuurd worden, dan moet er gebruikgemaakt worden van een multicast. Bij de laatste twee manieren van verzenden zal er geen ACK teruggestuurd worden. De netwerklaag zorgt ervoor dat de data verstuurd wordt naar de de juiste apparaten en dat de data eventueel door Z-Wave-apparaten doorgestuurd wordt naar andere geadresseerden. Als een apparaat controller is, zorgt de netwerklaag er ook voor dat deze in zijn omgeving kijkt of er andere apparaten zijn en voegt deze toe aan zijn index van apparaten. De applicatielaag zorgt voor het decoderen en het uitvoeren van de commando’s. In de header staat wat voor soort frame het is. De cmd class beschrijft of het om een commando voor het Z-wave-protocol gaat of dat het om een applicatie commando gaat [13]. 17

In figuur 4.3 staat een gedetailleerd overzicht van de verschillende lagen.

Figuur 4.3: Overzicht van de verschillende frames van Z-Wave. De maximale grootte van de payload is 64 bytes [13].

4.3.3

Energieverbruik

Z-Wave heeft vier verschillende energiemodi: • slaapmodus • normale modus • verzendmodus • ontvangmodus De slaapmodus heeft slecht 2,5 uA nodig. Bij normale modus is er geen zend- en ontvangactiviteit. Hierbij heeft Z-wave slechts 5 mA nodg. Bij de verzendmodus is er maximaal 39 mA nodig en bij de ontvangmodus 21 mA [14].

4.3.4

Verbinding maken

Er bestaan twee soorten apparaten, een controller en een slave. Alle apparaten krijgen een Home ID van 32 bits mee zodat er een verbinding mee gemaakt kan worden. Er zijn verschillende manieren om een apparaat toe te voegen, maar de werking komt altijd op hetzelfde neer. Op zowel op de controller als op de slave moet er een knop ingedrukt worden. De apparaten komen dan in een status waarbij ze aan een netwerk toegevoegd kunnen worden. Elk Z-Wave-controller heeft een voorgeprogrammeerd ID, de apparaten die aan het netwerk worden toegevoegd krijgen een ID door de controller toegewezen. Als een controller door een andere controller bij het netwerk gevoegd wordt, krijgt het wel een ID mee. Om een apparaat uit een netwerk te zetten volgt een gelijksoortige procedure: de knoppen worden ingedrukt en het slave-apparaat krijgt zijn oude home ID weer terug [13].

4.3.5

Netwerkstructuren

De enige netwerkvorm die Z-Wave aan kan nemen is die van maasnetwerk. Een controller en een slave worden dan met elkaar verbonden via een rechtstreekse verbinding. Als er nog een 18

tweede slave apparaat aan het netwerk word toegevoegd ontstaat er weer een verbinding met de controller, maar er kan ook een verbinding ontstaan tussen de twee slave apparaten. Het kan ook voorkomen dat een tweede slave apparaat niet een rechtstreekse verbinding heeft met de controller, maar alleen een verbinding heeft met het eerste slave apparaat. Op deze manier kan er een verbinding gemaakt worden met een slave apparaat die niet in het bereik van de controller is. Omdat er via verschillende paden een verbinding gemaakt kan worden met een slave apparaat, wordt er bij het toevoegen van apparaten in het netwerk een routing tabel bijgehouden. Hierin staat precies welke apparaten met elkaar in verbinding staan. Een voorbeeld van een routingtabel is te vinden in figuur 4.4. Als een apparaat wordt toegevoegd aan het netwerk, dan wordt er ook meteen gevraagd aan alle apparaten met welke andere apparaten zij kunnen communiceren. Op deze manier worden alle mogelijke verbindingen geregistreerd in de routingtabel [13].

Figuur 4.4: Een routingtabel zoals die wordt opgeslagen in de controller. Hierin staat welke apparaten met elkaar in verbinding staan. Een groen apparaat is een controller en een geel apparaat is een slave-apparaat. In de tabel betekend een ´e´en dat er een verbinding tussen twee apparaten is. Bij een nul is er geen verbinding [13].

4.3.6

Implementatie

Om Z-Wave te gebruiken moet er een licentie worden afgenomen bij de Z-Wave Alliance van Zensys. Hierdoor wordt implementatie pas mogelijk als er een licentie is afgenomen. Dit zorgt voor hogere kosten en maakt een product dat gebruik maakt van Z-Wave afhankelijk van de keuzes van Zensys.

4.3.7

Beveiliging

Z-wave maakte gebruik van een triple Data Encryption Algorithm (DES) met een 56-bit sleutel. Omdat deze nooit gebruikt werd zit er in de nieuwste versie geen beveiliging meer. De data word verstuurd als platte tekst van negen bytes, waardoor het afluisteren van de data eenvoudig is. De manier waarop apparaten aangestuurd worden kan zo uitgevonden worden, en de afluisteraar kan met die gegevens vervolgens zelf het netwerk overnemen. Wel is er voor het toevoegen van een apparaat op het netwerk een veiligheidsmaatregel getroffen. De knoppen op allebei de apparaten moeten tegelijkertijd ingedrukt worden, bovendien moet dit op een afstand van minder dan een meter gebeuren. Hierdoor kan een hacker op grote afstand niet een apparaat toevoegen aan het netwerk. 19

Er is wel een optie aanwezig om beveiliging toe te passen door middel van een rolling code. Dit is een beveiligingsmethode ontwikkeld voor garagedeuren. Hierbij gebruiken zender en ontvanger allebei dezelfde 40 digit random nummer generator. Als het nummer dat de zender uitzendt hetzelfde is als wat de ontvanger zelf genereerd, dan gaat de garagedeur open. Een probleem hierbij is dat als de zender op de knop drukt en de ontvanger is niet in de buurt, dan zal de zender de volgende keer een ander random nummer verzenden dan wat de ontvanger zal genereren. Daarom accepteert de ontvanger alle codes die binnen 256 keer gegenereerd worden. Als de zender dus 256 keer op de knop drukt buiten bereik van de ontvanger en de 257e keer binnen bereik van de ontvanger, dan zal de deur niet open gaan [15].

20

Meten van de implementaties van low-power draadloze protocollen

5

Om een goed advies te geven over de keuze van de draadloze implementatie zijn er een aantal metingen uitgevoerd. In dit hoofdstuk wordt behandeld hoe deze metingen zijn uitgevoerd zodat er een goed beeld ontstaat waar de meetresultaten in hoofdstuk 6 op gebaseerd zijn.

5.1

Meetopstelling

De metingen worden uitgevoerd in de faculteit EWI aan de TU Delft. Er zijn hier een groot aantal WiFi-access points aanwezig die als stoorzenders kunnen gaan optreden tijdens de metingen, maar dat is tegenwoordig ook het geval thuis. Voor het bepalen welke implementatie de beste is voor ons product gaan we de volgende eigenschappen bepalen: • stabiliteit • bereik • data throughput Met behulp van laptops met daarin USB-sticks met de verschillende zenders en ontvangers zijn de metingen uitgevoerd. Aan de hand van verschillende programma’s worden de verbindingen tot stand gebracht om de metingen uit te voeren. Voor de Bluetooth-metingen maken we gebruik van de ingebouwde functionaliteit van Ubuntu om bestanden over te sturen. Hiermee konden we ook de link quality aflezen. De tijd van het ontvangen van een datapakket werd gemeten met een stopwatch. Voor het meten aan de Zigbee-modules wordt gebruikgemaakt van het meegeleverde Windows-programma X-CTU, dit programma verzond een vooraf gespecificeerde code. Hiermee is de RSSI-waarde uit te lezen en het percentage goed ontvangen pakketten. Om een bestand via ZigBee over te zenden hebben we het Windows-programma Hyperterminal gebruikt. Stabiliteit De stabiliteit is niet exact te meten, maar daar is wel een oplossing voor. Door een groot bestand drie keer te versturen, is er uit de data op te maken of de verbinding behouden blijft en of de snelheid hetzelfde blijft. Dit wordt dan op verschillende afstanden gemeten, zodat er een verband kan worden getrokken met de verschillende afstanden. Naast het meten over verschillende afstanden, worden er nog een aantal metingen gedaan met obstakels. Ook hier wordt een bestand drie keer verstuurd, alleen nu wordt er gekeken wat de invloed is van betonnen en houten muren en ijzeren obstakels. De metingen worden ook door twee betonmuren gedaan zodat het overbruggen van twee verdiepingen gesimuleerd wordt. 21

Voor het meten van Bluetooth is een bestand van 15,2 MB verzonden. Voor ZigBee is een kleiner bestand gebruikt dan voor Bluetooth, aangezien de metingen anders te veel tijd in beslag zouden nemen. Het bestand voor deze metingen was 979 KB. Bereik Het bereik wordt simpelweg bepaald door een bestand te versturen op een steeds grotere afstand. De grootste afstand waarbij nog net dataverkeer mogelijk is, is dan het bereik. Data throughput Door het versturen van een groot bestand is goed te bepalen wat de snelheid van de verbinding is. De effectieve datasnelheid wordt dan bepaald door de grootte van het bestand te delen door het aantal seconden dat het oversturen heeft gekost. Dit wordt op drie verschillende afstanden gedaan zodat er een goed beeld ontstaat van hoeveel de afstand van invloed is op de data throughput.

5.2

Verwachtingen

Aan de hand van de literatuur van hoofdstuk 4 hebben we een aantal verwachtingen over de resultaten. • De Bluetooth-modules zullen sneller bestanden oversturen naar elkaar dan de ZigBeemodules. De Bluetooth-modules hebben een snellere data rate dan ZigBee. Dit blijkt uit de gegevens uit tabel 4.1 en tabel 4.3. • Het bereik van de ZigBee zal veel beter zijn dan dat van Bluetooth. De Bluetooth-modules hebben een minder groot bereik dan ZigBee. Dit blijkt uit de gegevens uit tabel 4.1 en tabel 4.3. • ZigBee zal beter kunnen zenden en ontvangen als er obstakels tussen zitten. Omdat ZigBee uitzendt op een lagere frequentie dan Bluetooth zal ZigBee minder last hebben van obstakels. • Z-Wave zal waarschijnlijk iets minder goed presteren dan ZigBee. Z-Wave heeft een lagere data rate dan ZigBee en het bereik is minder groot.

5.3

Opgetreden meetproblemen

Tijdens de metingen zijn we op verschillende problemen gestuit. • De ZigBee-modules hebben we niet werkend gekregen onder Ubuntu. Hierdoor zijn we voor het gebruik van de ZigBee-modues overgestapt naar Windows. • De Bluetooth-modules hebben we niet werkend gekregen op de computers van de TU. We hebben onze eigen laptops meegenomen, zodat we wel alle rechten hadden om programmatuur te installeren. 22

• De Bluetooth-modules konden geen verbinding maken als er een betonmuur tussen zat. • De Bluetooth-modules konden slecht verbinding maken als er twee kantoorwanden tussen zaten. • De ZigBee-modules konden geen verbinding maken als het op de hoogste snelheid stond ingesteld. De metingen zijn uitgevoerd op een lagere snelheid. • Er kon geen verbinding gelegd worden tussen twee Z-Wave apparaten. We hebben geen metingen kunnen doen aan Z-Wave, aangezien we de USB-sticks niet gepaired kregen. Waarschijnlijk omdat het beide co¨ ordinators waren en de firmware het niet mogelijk maakte om een van beide als slave-apparaat aan het netwerk te koppelen. Dit heeft ervoor gezorgd dat onze conclusies over Z-Wave alleen gebaseerd zijn op de informatie uit hoofdstuk 4.

23

24

Resultaten van de metingen

6

In dit hoofdstuk worden de resultaten van onze metingen gepresenteerd. Zoals te lezen is in paragraaf 5.3 zijn we niet in staat geweest om metingen te doen aan Z-Wave, daarom wordt Z-Wave in dit hoofdstuk en het volgende buiten beschouwing gelaten. De resultaten zijn opgedeeld in twee stukken, de resultaten van de metingen aan Bluetooth staan in paragraaf 6.1. De resultaten van de metingen aan ZigBee zijn beschreven in paragraaf 6.2. In hoofdstuk 7 worden de resultaten ge¨ınterpreteerd.

6.1

Resultaten Bluetooth

Er zijn twee verschillende metingen uitgevoerd. Dat zijn afstandsmetingen en metingen met obstakels tussen zender en ontvanger. Bij beide metingen werd gekeken naar data throughput en link quality van de verbinding.

6.1.1

Afstandsmetingen

Bij de eerste meting hebben we gemeten wat de invloed is van de afstand tussen zender en ontvanger op het aangekomen signaal. De resultaten van deze metingen zijn weergegeven in figuur 6.1.

Figuur 6.1: Resultaat van metingen van de data throughput van Bluetooth bij verschillende afstanden tussen zender en ontvanger.

De data throughput gaat na vijf meter omlaag maar na tien meter weer omhoog. Na 20 meter zien we weer dat de snelheid omlaag gaat. In figuur 6.2 is de link quality weergegeven. Net als bij de data throughput gaat de link quality na vijf meter omlaag maar na tien meter weer omhoog. Na 20 meter zien we weer dat de snelheid omlaag gaat. 25

Figuur 6.2: Resultaat van metingen van de data throughput van Bluetooth bij verschillende afstanden tussen zender en ontvanger.

6.1.2

Obstakels

Bij de tweede meting is er gekeken wat de invloed is van een betonmuur tussen zender en ontvanger. Hiervoor zijn er metingen gedaan waarbij de apparaten op een andere verdieping stonden. Ook is er gemeten wat de invloed is van een twee ”kantoor-muren, hiervoor zijn er metingen gedaan waarbij de apparaten beide in een verschillende ruimte stonden. De resultaten van meting twee zijn te vinden in tabel 6.1. Tabel 6.1: Resultaten van de metingen aan Bluetooth met fysieke obstakels. Obstakel 1 verdieping 2 verdiepingen Andere ruimte

Tijd (min:s) geen verbinding geen verbinding 05:04 12:00

Link quality geen verbinding geen verbinding 30-35

Bij de metingen op verschillende verdiepingen is er geen verbinding tot stand gekomen. Tijdens de meting met twee kantoormuren viel heel vaak de verbinding weg en moest het bestand opnieuw verstuurd worden. Hierdoor zijn er ook maar twee metingen uitgevoerd in plaats van drie. Na de eerste meting is de verbinding even weggeweest en moest er opnieuw een verbinding gemaakt worden.

6.2

Resultaten ZigBee

Wederom zijn er twee verschillende metingen uitgevoerd. De afstandsmetingen en metingen met obstakels tussen zender en ontvanger. In de figuren 6.3 - 6.5 staan de resultaten van onze afstandsmetingen aan de ZigBee-modules. Figuur 6.3 geeft de data throughput weer, uitgezet tegen de afstand waarover is gemeten. Er is gemeten op 5, 10, 20 en 30 meter afstand. De RSSI hebben we gemeten over dezelfde afstanden en zijn weergegeven in figuur 6.4. Figuur 6.5 het percentage pakketten dat in goede staat is aangekomen bij de ontvanger. De resultaten van onze metingen met obstakels zijn weergegeven in tabel 6.2. 26

6.2.1

Afstandsmetingen

In figuur 6.3 zien we een duidelijke piek voor de data throughput bij de kortst gemeten afstand, 5 meter. Daarna zakt de snelheid wat af en blijft verder redelijk stabiel bij grotere afstanden.

Figuur 6.3: Resultaat van metingen van de data throughput van ZigBee bij verschillende afstanden tussen zender en ontvanger.

De waarden van de gemeten RSSI, zoals weergegeven in figuur 6.4, kunnen liggen tussen -40 en -120 dBm. Hierbij is -40 dBm de best mogelijke signaalsterkte en -120 dBm het minimale signaalniveau dat de ontvanger nog kan detecteren. Zoals in de figuur te zien is, bevindt het maximum zich bij de kortste afstand en gaat de ontvangen signaalsterkte vrij snel achteruit bij het vergroten van de afstand. Daarna stabiliseert de waarde vrij snel en blijft het over de gemeten afstand ruim binnen meetbare waarden.

Figuur 6.4: Resultaat van metingen van RSSI van ZigBee bij verschillende afstanden tussen zender en ontvanger.

Als laatste meetindicator voor ZigBee gebruiken we het percentage van de door de zender verzonden pakketten dat de ontvanger in goede staat bereikt. Dit is weergegeven in figuur 6.5. Ook hier bevindt de maximale waarde zich bij de kortste afstand. Tot 10 m loopt het geleidelijk af, vervolgens wordt het percentage iets beter tot 20 m en neemt het weer licht af tot 30 m. 27

Figuur 6.5: Resultaat van metingen van het aantal goed ontvangen pakketten van ZigBee bij verschillende afstanden tussen zender en ontvanger.

6.2.2

Obstakels

De resultaten van de metingen aan ZigBee met obstakels tussen zender en ontvanger zijn te zien in tabel 6.2. Op de meting in verschillende ruimten na, liggen de waarden lager dan bij de metingen tot 30 m afstand. Toch blijven deze binnen acceptabele niveaus. Het percentage goede pakketten heeft vrijwel niet te lijden onder de aanwezige obstakels. Tabel 6.2: Resultaten van metingen aan ZigBee met fysieke obstakels tussen zender en ontvanger. De ontvangen signaalsterkte en het percentage goede pakketten worden gebruikt als indicator van de kwaliteit van de verbinding. Obstakelsoort 1 verdieping 2 verdiepingen Andere ruimte

RSSI (dBm) -69 -73 -60

28

Goede pakketten (%) 54,2 55,7 47,9

7

Interpretatie van de meetresultaten

In dit hoofdstuk wordt een interpretatie gegeven van de resultaten uit hoofdstuk 6. In hoofdstuk 8 zullen de verschillende implementaties aan de hand van deze interpretatie van de meetresultaten en het literatuuronderzoek in hoofdstuk 4 tegen elkaar worden afgewogen en zal er een definitieve keuze worden gemaakt voor een van de drie implementaties. In paragraaf 7.1 worden de resultaten van de Bluetooth-metingen behandeld en in paragraaf 7.2 de resultaten van de ZigBee-metingen.

7.1

Interpretatie Bluetooth

De interpretatie van de resultaten van de Bluetoothmetingen zijn onderverdeeld in twee delen, de metingen op steeds grotere afstand en de metingen met verschillende obstakels.

7.1.1

Afstandsmetingen

Bij de Bluetooth-metingen over verschillende afstanden zijn er een aantal opmerkelijke verschijnselen vertoond: • Op 10, 20 en 30 meter afstand is de tijd voor het ontvangen van de boodschap niet elke keer hetzelfde, wat resulteert in een verschillende data throughput. • Op 10 meter afstand is de link quality lager dan op 5 meter afstand. • Op 20 en 30 meter afstand is de tijd voor het ontvangen korter dan op 10 meter afstand. Omdat op 5 meter afstand het verstuurde signaal niet veel last heeft van verstorende factoren kan het signaal altijd op zijn maximale snelheid verstuurd worden. Bij de andere afstanden kan er wel sprake zijn van de verstorende factoren. Bluetooth maakt gebruik van foutcorrectie: als een pakket niet goed ontvangen is, zal deze opnieuw verstuurd worden. De storingsfactoren kunnen discontinu zijn waardoor er bij de eerste meting een andere tijd nodig is voor het ontvangen dan bij de tweede meting. Het tweede en derde punt zijn aan elkaar gerelateerd. We zien dat bij 10 meter de link quality ineens een stuk minder is en dat ook de data minder snel wordt ontvangen. Bij 20 meter herstelt dit weer enigszins. Bij ZigBee zien we een vergelijkbaar effect. Op de plek waar de ontvanger stond bij de 10-meter-meting was ook een werkplek waar gewerkt werd met elektrotechnische apparatuur. Wat er precies binnen gebeurde was niet duidelijk, maar er is een kans aanwezig dat het signaal daardoor werd be¨ınvloed. Ook waren er net voor de ontvanger twee klapdeuren die openstonden, deze kunnen het effect kunnen hebben dat het signaal er niet goed doorheenkomt. Bij de metingen op 20 en 30 meter afstand was er ook sprake van die klapdeuren, maar toen stonden die op een veel grotere afstand van de ontvanger. Bovendien werden die metingen uitgevoerd in een gang die een positieve invloed kan hebben op de richting van het verstuurde signaal. 29

7.1.2

Obstakels

Bij de Bluetooth-metingen met verschillende obstakels zijn er een twee opmerkelijke verschijnselen vertoond: • Het Bluetooth-signaal kan geen verbinding maken met een betonmuur tussen zender en ontvanger. • De tijd voor het ontvangen van het bestand met twee kantoormuren is bij de tweede meting twee keer zo lang als bij de eerste meting, . Bluetooth-signalen zijn blijkbaar niet goed in het verzenden door beton. Voor een Bluetoothverbinding moeten zender en ontvanger dus in dezelfde ruimte zijn. De meting met de twee kantoormuren laat duidelijk zien dat er een hele slechte verbinding is tussen de zender en ontvanger. Ook omdat de verbinding een aantal keer is weggevallen conluderen we dat de verbinding heel slecht was. Dit laat ook weer zien dat voor een goede Bluetooth-verbinding de zender en de ontvanger in dezelfde ruimte moeten zijn.

7.2

Interpretatie ZigBee

In deze sectie geven we een interpretatie van de meetresultaten voor ZigBee. Dit is opgedeeld in drie onderdelen: stabiliteit, bereik en data throughput.

7.2.1

Stabiliteit

Voor stabiliteit zijn alle gemeten indicatoren (RSSI, data throughput, percentage goede pakketten) van belang. Binnen een afstand van 30 meter komt ZigBee nergens in de problemen. De ontvangen signaalsterkte loopt iets terug, waardoor een kleiner percentage van de pakketten goed aankomt. Dit heeft weer tot gevolg dat de data throughput omlaag gaat. Het gaat hier echter om veel data, wat wel een indicator is voor stabiliteit, maar in een praktisch netwerk voor home automation zal de hoeveelheid data maar een fractie zijn van de hier verstuurde hoeveelheid. Verder zien we bij de metingen met obstakels dat ZigBee nog erg goed presteert. Er komen nog genoeg goede pakketten door om een netwerk in stand te kunnen houden, zelfs al is deze verspreid over meerdere verdiepingen.

7.2.2

Bereik

Uit de resultaten blijkt duidelijk dat ZigBee geen moeite heeft met afstanden tot 30 meter. Voor home automation-systemen zullen de afstanden over het algemeen niet veel groter zijn dan 30 meter, bovendien kan met ZigBee makkelijk het bereik worden vergroot door het toevoegen van apparaten die als router kunnen werken.

7.2.3

Data throughput

De gemeten afstanden hebben niet veel gevolgen voor de data throughput van ZigBee. Pas bij nog grotere afstanden zal dit effect groter zijn. Echter heeft ZigBee standaard al een dermate lage snelheid, dat dit minder zal verslechteren in vergelijking met implementaties die een hogere snelheid in de specificatie hebben. 30

8

Afweging van de implementaties

Op basis van een multicriteria-tabel zullen we in dit hoofdstuk een afweging maken van de verschillende implementaties. Allereest geven we in paragraaf 8.1 een beschrijving van de verschillende criteria waaraan de implementatie moet voldoen. Deze criteria komen terug in de multicriteria-tabel in paragraaf 8.2. De cijfers die we toekennen aan de implementaties voor de verschillende criteria zijn ook in de tabel te vinden. Deze cijfers worden tenslotte toegelicht in paragraaf 8.3.

8.1

Criteria voor het home automation-systeem

Hier volgt een korte omschrijving van de diverse criteria met daarin de wegingsfactoren uitgelegd. De wegingsfactoren hebben een minimum waarde van ´e´en - minst belangrijk - en een maximale waarde van vijf - meest belangrijk. De criteria zijn gesorteerd op wegingsfactor.

Stabiliteit De stabiliteit is een criterium dat moeilijk te meten is. De waarde van het criterium is bepaald aan de hand van de ervaringen die opgedaan zijn tijdens de metingen. Tijdens sommige metingen viel de verbinding weg, terwijl het cruciaal is dat de verbinding altijd aanwezig blijft als je je home automation-systeem snel wilt laten reageren. Omdat wij dit een belangrijke parameter vinden heeft deze een wegingsfactor vijf meegekregen.

Energieverbruik Aangezien elke apparaat dat wordt aangesloten op het home automation-systeem een eigen draadloze module zal hebben, is het energieverbruik een belangrijke criterium. Met een slecht energieverbruik zal een apparaat nog wel werken, maar wordt het gebruik minder handig omdat de batterijen dan vaker vervangen moeten worden of het apparaat meer stroom verbruikt van het spanningsnet. Hierdoor heeft energieverbruik een wegingsfactor vier gekregen.

Kosten Er zullen heel veel apparaten moeten worden uitgerust met de draadloze implementaties. Daarom is het belangrijk dat de kosten erg laag zijn van de modules. Bovendien is gebleken dat hoge kosten mensen er op dit moment vanaf houden om een home automation-systeem aan te schaffen. De kosten krijgen daarom een wegingsfactor van vier.

Bereik De meeste huizen zijn niet van extreem grote omvang. Hierdoor hoeft een systeem niet een heel hoog bereik te hebben, maar het systeem moet wel een voldoende bereik hebben voor een groot huis. Als wegingsfactor heeft dit criterium daarom een drie gekregen. 31

Doordringbaarheid In een huis zijn vele muren en andere obstakels die van invloed kunnen zijn op het overgezonden signaal. Om onze keuze te maken over de te kiezen draadloze implementatie is het dus van belang dat er gekeken wordt naar hoeveel het signaal last heeft van deze factoren. Aangezien dit een factor is die bij al de klanten van toepassing is geven wij dit een wegingsfactor vier.

Uitbreidbaarheid Het systeem moet veel verschillende apparaten individueel kunnen aansturen. Het is daarom belangrijk dat het netwerk veel verschillende netwerkadressen aan kan. Een netwerk hoeft niet duizenden apparaten te kunnen aansturen, dat is niet re¨eel in een huishouden. Het kan wel voorkomen dat de buren ook een zelfde home automation-systeem hebben. Die adressen moeten dus verschillend van elkaar zijn. De uitbreidbaarheid krijgt daarom een wegingsfactor drie mee.

Implementatiegemak De draadloze implementatie moet door het bedrijf dat de draadloze implementatie gaat toepassen (Domatic) zelf ge¨ıntegreerd worden in het systeem. Aangezien er veel verschillende apparaten ontwikkeld worden, moet de implementatie niet te ingewikkeld zijn. De technici van Domatic zullen wel een complex systeem kunnen begrijpen, maar hoe makkelijker het is om mee te werken, hoe beter. Daarom krijgt implementatiegemak een wegingsfactor van twee.

Snelheid De snelheid van overdracht is niet heel belangrijk voor ons systeem. De data die wordt overgestuurd in een home-automation systeem is heel weinig. Hierdoor krijgt dit criterium een wegingsfactor ´e´en mee.

8.2

Multicriteria-tabel

In tabel 8.1 vindt u de verschillende criteria met de door ons toegekende wegingsfactoren en de cijfers die wij toekennen per implementatie. Deze cijfers worden vervolgens na de tabel toegelicht in paragraaf 8.3. Tabel 8.1: Multicriteria-tabel. Criterium Stabiliteit Energieverbruik Kosten Bereik Doordringbaarheid Uitbreidbaarheid Implementatiegemak Snelheid Totaal

Wegingsfactor 5 4 4 3 3 3 2 1 25

32

Bluetooth 5 5 5 5 1 2 6 9 4,56

ZigBee 7 8 8 9 8 10 8 6 8,08

Z-Wave 7 6,5 3 9 6 7 3 6 6,04

8.3

Motivatie toegekende cijfers multicriteria-tabel

In deze paragraaf zullen we toelichten hoe de cijfers uit tabel 8.1 toegedeeld zijn.

Stabiliteit De stabiliteit van Bluetooth was slecht regelmatig viel de verbinding weg, terwijl dit bij de ZigBee-module wel goed was. De Z-Wave-module hebben we niet kunnen testen, maar we verwachten dat die vergelijkbaar presteert als de ZigBee-module. Hierdoor krijgt Bluetooth een vijf en ZigBee en Z-Wave een zeven.

Energieverbruik Voor Bluetooth is een zendvermogen nodig tussen de 0 en 10 dBm, Zigbee heeft een zendvermogen nodig tussen de -25 en 0 dBm. Z-wave heeft een zendvermogen van 5 dBm nodig. Verder is duidelijk uit het literatuuronderzoek gebleken dat ZigBee helemaal is ontworpen om het energieverbruik van de modules te minimaliseren. Bluetooth is daarentegen meer ontworpen om een hoge datasnelheid mogelijk te maken en houdt daarbij minder rekening met het energieverbruik. Z-Wave zit daar tussenin, het heeft minder ingebouwde methoden om energie te besparen en het laat alle modules berichten van het netwerk herhalen, wat extra energie kost. Bluetooth krijgt hierdoor een vijf, ZigBee een acht en Z-wave een zesenhalf.

Kosten De kosten van een Bluetooth-module ligt rond 10 euro, de ZigBee-module rond de 6 euro en de Z-Wave-module is te koop voor rond de 14 euro. Hierdoor krijgt de Z-Wave-module een drie. De ZigBee-module is duidelijk de goedkoopste waardoor het een acht krijgt. De Bluetooth-module ligt tussen de andere twee in wat betreft de kosten en krijgt daarom een vijf.

Bereik Zolang zich geen obstakels bevinden tussen zender en ontvanger hebben Bluetooth en ZigBee een goed bereik en doen zich geen problemen voor tot 30 meter. We hebben geen metingen kunnen doen aan Z-Wave, maar we verwachten daarbij ook dat er geen problemen zullen optreden tot 30 meter. Zodra er wel obstakels zijn, gaat de kwaliteit van de verbinding bij Bluetooth al snel achteruit. Bij ZigBee was dit niet het geval. De verwachting is dat ook Z-Wave zich hierbij goed kan houden. Hierdoor krijgt Bluetooth een vijf en krijgen ZigBee en Z-Wave een negen.

Doordringbaarheid De Bluetoothmodule kon geen verbinding maken met een andere module zodra er muren tussen zaten. Daarom krijgt Bluetooth hier een ´e´en. De ZigBee-module had hier geen problemen mee, de verbinding bleef goed en de data throughput was vrijwel gelijk aan de data throughput zonder obstakels. De ZigBee-module krijgt daarom een acht. 33

Uitbreidbaarheid Bluetooth kan maximaal 8 apparaten in een netwerk hebben, ZigBee 65.536 en Z-Wave 232. Hierdoor verdient ZigBee een tien, de uitbreidbaarheid is namelijk praktisch limietloos. De Z-Wave krijgt een zeven omdat 232 modules ruim voldoende is voor een home automationsysteem. Bluetooth krijgt een twee. Voor een home automation-systeem is 8 apparaten veel te weinig.

Implementatiegemak Z-Wave is lastig om te implementeren. Alle software is goed afgeschermt, de enige manier om bij de bron te komen is door lid te worden van de Z-Wave alliantie. De Bluetooth-module heeft een hele grote stack waardoor het lastig implementeerbaar is, bij ZigBee is deze heel klein. Hierdoor krijgt Z-wave een drie, Bluetooth een zes en ZigBee een acht.

Snelheid We zien dat de overdrachtssnelheid bij Bluetooth het snelste is, zelfs meer dan nodig is voor het systeem. Daardoor krijgt de Bluetooth een negen. De snelheid van ZigBee en Z-Wave zijn een stuk lager, maar nog wel toereikend en hebben daardoor een zes gekregen.

8.4

Definitieve keuze draadloze implementatie

In deze paragraaf zullen we een keuze gaan maken aan de hand van de multicriteria-tabel. Nadat de keuze is gemaakt zal aan de hand van het programma van eisen worden nagegaan of de keuze voldoet aan alle gestelde eisen.

ZigBee Omdat ZigBee op bijna alle punten het beste scoort, is ZigBee duidelijk de beste keuze voor een draadloze low-power implementatie. Op belangrijke punten als energieverbruik en kosten is dit een duidelijke winnaar. Alleen op het punt snelheid scoort ZigBee minder goed dan Bluetooth, maar dit is een punt dat niet heel belangrijk is voor het home automation-systeem. Z-Wave scoort op alle punten minder of gelijk aan ZigBee en valt daarom ook af.

Controle met programma van eisen Per eis van het programma van eisen zal worden toegelicht of aan de eis wordt voldaan. Eisen vanuit het beoogde gebruik [1.1] Een apparaat moet makkelijk door de gebruiker kunnen worden toegevoegd aan het systeem. ZigBee kan makkelijk worden toegevoegd aan het systeem. Het is in staat om zelf een netwerk in te stellen. [1.2] Het systeem moet een reactietijd hebben van minder dan 0,2 seconde zijn. Uit de metingen van hoofdstuk zes kwam naar voren dat ZigBee een gemiddelde data 34

throughput heeft van 4 KB/s. De data die overgestuurd wordt zal slechts enkele bytes zijn waardoor aan deze eis wordt voldaan. [1.3] Het systeem moet duidelijk en overzichtelijk sensorinformatie weergeven. De sensorinformatie kan in alle draadloze implementaties worden verstuurd, ZigBee zal hier dus geen problemen opleveren. Eisen vanuit de ecologische situering van het systeem in de omgeving [2.1] Het systeem mag niet de uitgezonden stalingsnormen van de FCC overschrijden Voordat een product op de markt komt moet er eerst worden voldaan aan de FCC normen, ZigBee heeft deze test doorstaan. Eisen met betrekking tot het te ontwerpen systeem zelf Sectie 1: Gebruikskenmerken [3.1.1] De batterij van het systeem moet minimaal 1,5 jaar meegaan. Het energieverbuik van ZigBee is heel laag, een ZigBee systeem moet in theorie 800 dagen mee kunnen op ´e´en batterij. [3.1.2] De hardware moet afgeschermt zijn voor de gebruiker. De Zigbee-antenne kan binnen een omhulsel geplaatst worden waardoor het hele systeem afgeschermd kan worden voor de gebruiker. [3.1.3] De leverancier moet tot minmaal 10 jaar na aankoop onderhoud kunnen leveren. De Zigbee alliantie is een groot netwerk van bedrijven die met ZigBee werken. De standaard wordt nu in vele apparaten toegepast waardoor het over 10 jaar nog steeds beschikbaar zal zijn. [3.1.4] Het systeem moet niet door anderen benaderd kunnen worden. De beveiliging van ZigBee is heel goed en werkt door middel van AES-encryptie. Alle verzonden data word hierbij ge¨encrypt verstuurd. Sectie 2: Productiekenmerken [3.2.1] Het systeem moet direct in gebruik genomen kunnen worden door de gebruiker. Voor ZigBee zijn geen instalatievaardigheden van de gebruiker vereist en kan door iedereen in gebruik worden genomen. [3.2.2] Het apparaat moet direct kunnen worden toegevoegd door de gebruiker. Het toevoegen van een apparaat word door het ZigBee-netwerk zelf geregeld. Het enige dat de gebruiker hoeft te doen is de sync-knoppen op de apparaten in te drukken. Sectie 3: Liquidatiekenmerken [3.3.1] De hardware moet zo min mogelijk milieubelastend zijn. De hardware is wel milieubelastend, maar is niet belastender dan die van Bluetooth en Z-Wave. 35

Eisen met betrekking tot het eventueel te ontwikkelen productiesysteem [4.1] De zend- en ontvangmodule moet makkelijk implementeerbaar zijn in de schakelen sensormodules. Elke module komt met een aantal aansluitingen die makkelijk met het home automation apparaat te verbinden zijn. Eisen met betrekking tot het te ontwikkelen liquidatiesysteem [5.1] De hardware moet comform de regels voor klein huishoudelijke elektronica kunnen worden verwerkt. ZigBee zal gemakkelijk deze testen doorstaan aangezien aan de eisen van de FCC zijn voldaan. Eisen vanuit bedrijfs strategische, marketing- en verkooptechnische omstandigheden [6.1] De hardware moet binnen een week beschikbaar zijn om te implementeren in ons systeem. ZigBee kan in massaproductie gemaakt worden waardoor levertijden geen probleem op zullen leveren. ZigBee is de keuze die op zowel de multicriteriatabel het beste scoort, als aan het programma van eisen voldoet. Hierdoor is de keuze voor een low-power draadoze implementatie voor een home automation systeem dus ZigBee geworden.

36

Conclusies en aanbevelingen

9

In dit hoofdstuk presenteren wij onze conclusies en doen we aanbevelingen voor vervolgonderzoek. De conclusies zijn te vinden in paragraaf 9.1 en de aanbevelingen in paragraaf 9.2. De conclusies zijn gebaseerd op het literatuuronderzoek uit hoofdstuk 4 en de interpretatie van de resultaten van de door ons uitgevoerde metingen uit hoofdstuk 7. Bij Z-Wave zijn de conclusies slechts gebaseerd op het literatuuronderzoek, aangezien het meten van deze modules niet mogelijk was.

9.1

Conclusies

Alleerst beantwoorden we onze hoofdvraag. Daarna geven we per implementatie onze belangrijkste conclusies.

9.1.1

Beantwoording hoofdvraag

De hoofdvraag van ons onderzoek is: ”Welk van de meestgebruikte implementaties van lowpower draadloze protocollen - Bluetooth, ZigBee en Z-Wave - is het beste geschikt voor de draadloze communicatie in een home automation-systeem?” Uit ons onderzoek blijkt dat ZigBee van deze implementaties hier het beste voor geschikt is.

9.1.2

Bluetooth

Bluetooth is niet geschikt om in te zetten als draadloze implementatie voor een home automation-systeem. De metingen wijzen uit dat de communicatie goed is als er geen obstakels zijn, maar zodra er een obstakel in de buurt is verdwijnt de verbinding en is de communicatie niet of moeizaam op gang te brengen. De data throughput is wel erg goed van Bluetooth, maar voor een home automation-systeem is dat niet erg belangrijk. De data die verstuurd zal gaan worden is in een home automation-systeem over het algemeen erg klein. Bluetooth werkt via de scatternet netwerkvorm, daardoor kan het bereik van een Bluetoothnetwerk niet beter gemaakt worden met meerdere modules. Het probleem met het slechte bereik van Bluetooth zal dus altijd behouden blijven. Verder heeft bij het ontwerp van Bluetooth het energieverbruik een lage prioriteit gehad. Er zijn wel modi beschikbaar waarin Bluetooth minder energie verbruikt, maar daarbij duurt het te lang voor het apparaat weer reageert op netwerkverkeer. Bovendien kunnen maar 8 apparaten in actieve modus aan het netwerk verbonden zijn, dat is veel te weinig. De beveiliging moet per apparaat met PIN-code worden ingesteld. Dat is een vervelend karwei. Bovendien is de mate van beveiliging afhankelijk van de ingestelde PIN-code. Dit zorgt over het algemeen voor een matige beveiliging. 37

9.1.3

ZigBee

ZigBee daarentegen is wel geschikt voor een home automation-systeem. Uit de metingen is gebleken dat het een uitstekende stabiliteit biedt onder uiteenlopende omstandigheden. Meerdere verdiepingen overbruggen is geen probleem voor de standaard. Ook bij grotere afstanden blijft het systeem voldoende opereren om een home automation-netwerk in de lucht te houden. In de praktijk zal het overbruggen van grote afstanden en meerdere verdiepingen vaak niet eens nodig zijn, aangezien extra nodes kunnen worden toegevoegd die het bereik vergroten en daarmee de te overbruggen afstand verkleinen. Wat energieverbruik betreft doet ZigBee zeer goede zaken. Apparaten hebben een lage duty cycle, ze kunnen bijna voortdurend slapen waarbij maar zeer weinig energie wordt verbruikt. Bovendien kunnen ze zeer snel weer actief worden. Ook zijn er zeer veel apparaten toe te voegen aan een enkel netwerk. Ook de beveiliging is goed geregeld in ZigBee. Als dit goed is ingesteld, is het zeer moeilijk om in een netwerk in te breken.

9.1.4

Z-Wave

Z-Wave is geschikt voor een home automation-systeem, maar er zitten enkele nadelen aan. Zo is de latency erg groot ten opzichte van ZigBee waardoor bij een wegvallend netwerk het lang duurt voordat er weer een verbinding tot stand komt. Z-Wave is standaard niet beveiligd, waardoor het voor eventueel kwaadwillende hackers makkelijk is om het netwerk te betreden. Het bereik van Z-Wave is ruim voldoende voor een home automation-systeem en de hoeveelheid apparaten die aangesloten kunnen worden is ook ruim voldoende. In energieverbruik is Z-Wave beter dan Bluetooth, maar niet zo goed als ZigBee. Het duurt langer voordat apparaten overgeschakeld zijn naar actieve modus, wat een minder goede ervaring oplevert voor de gebruiker. De beveiliging is zeer slecht bij Z-Wave. Zolang dit niet verandert, kan Z-Wave niet gebruikt worden voor beveiligingsdoeleinden, wat de mogelijkheden van Z-Wave verkleint. Omdat ZigBee op alle punten beter dan of gelijkwaardig presteert aan Z-Wave, is ZigBee de beste keuze voor een home automation-systeem. Bluetooth presteert niet goed genoeg om in aanmerking te komen voor het systeem.

9.2

Aanbevelingen

Voor verder onderzoek naar het gebruik van low-power draadloze implementaties kunnen er nog een aantal uitgebreidere metingen gedaan worden. Deze zijn als volgt.

Meten in een huisomgeving. Onze metingen hebben plaatsgevonden op de TU Delft. Hierdoor was onze omgeving niet exact hetzelfde als een huisomgeving. Er kunnen storingsfactoren optreden in een huis die niet op onze meetplek aanwezig waren. Om deze effecten goed weer te geven is een meting in een huisomgeving aan te raden. 38

Meten in een open omgeving. Als er nog een meting wordt gedaan in een open omgeving kan nog beter weergegeven worden wat de prestatie van een draadloos systeem is zonder storings- en versterkingsfactoren. De meting die wij hebben gedaan vonden allemaal binnen in een gang plaats. Deze gang kan als een versterkingsfactor optreden, waardoor er een vertekend beeld kan ontstaan over de prestaties.

Meten met daadwerkelijke data van een home automation-systeem. Voor het meten van de snelheid van de systemen hebben wij gebruikgemaakt van grote bestanden. Omdat de data die verstuurd moet worden in een home automation systeem veel kleiner is, is het aan te raden metingen uit te voeren met veel kleinere bestanden. Hierdoor wordt het home automation-systeem beter gesimuleerd.

39

40

Bibliografie [1] J. Lee, Y. Su, and C. Shen, “A comparative study of wireless protocols: Bluetooth, uwb, zigbee, and wi-fi,” The 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON), p. 6, 2007. [2] N. Muller, Bluetooth demystified. New York, NY: McGraw-Hill, 2001. [3] A. Huang and L. Rudolph, Bluetooth essentials for programmers. New York, NY: Cambridge University Press, 2007. [4] G. Held, Data over wireless networks, Bluetooth, Wap & wireless LANs. New York, NY: McGraw-Hill, 2001. [5] G. Legg, “Zigbee: Wireless technology for low-power sensor networks.” http://www. commsdesign.com/showArticle.jhtml?articleID=192200323, mei 2004. [6] J. T. Vainio, “Bluetooth security.” http://www.mowile.com/bluesec.pdf, mei 2010. [7] J. Bray and C. Sturman, Bluetooth, connect without cables. Upper Saddle River, NY: Prentince-Hall, 2001. [8] V. K. Garg, Wireless Communications and Networking. 500 Sansome Street, Suite 400, San Francisco, CA 94111: Morgan Kaufman, 2007. [9] M. Naeve, “Ieee 802.15.4 mac overview.” https://mentor.ieee.org/802.15/file/04/ 15-04-0218-01-004a-ieee802-15-4-mac-overview.ppt, mei 2004. [10] P. Kinney, “Zigbee technology: Wireless control that simply works,” Communications Design Conference, p. 20, 2003. [11] Cirronet, “Rf power options in zigbee solutions.” http://www.cirronet.com/pdf/wp_ ZigBeePowerOptions.pdf, herfst 2005. [12] Jennic, “Zigbee reliability and security.” http://www.jennic.com/elearning/zigbee/ files/html/module5/module5-4.htm, 2007. [13] M. Galeev, “Catching the z-wave,” Electronic Engineering Times India, p. 5, oktober 2006. [14] G. Ferrari, P. Medagliani, S. D. Piazza, and M. Martalo, “Wireless sensor networks: Perfomance analysis in indoor scenarios,” EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, p. 14, 2007. [15] M. Knight, “How safe is z-wave,” IEEE, Computing & Control Engineering Journal, pp. 18–23, 2006.

41

42

BIJLAGE A: Verklarende woordenlijst ACK Het acknowledgement frame. Dit frame wordt verstuurd als de data goed is aangekomen bij de ontvanger. ACL Asynchronous Connection-oriented Logical transport protocol. Een protocol dat wordt gebruikt bij Bluetooth. Adaptieve frequentie hopping Methode waarbij er elke keer op een andere frequentie wordt uitgezonden. Dit wisselen gebeurt erg snel, een aantal keer per seconde. AES Advanced Encryption Standard. Een 128 bit grote dataversleutelingstechniek. ASK Amplitude shift keying. Een methode om data als amplitude van een signaal te versturen. Beacon Een pakketje dat de co¨ ordinator van het netwerk verstuurd om apparaten op het netwerk te synchroniseren, het netwerk te identificeren en de strucuur van frames aangeeft. Boom Netwerkstructuur van ZigBee. Waarbij er steeds vertakkingen ontstaan. BPSK Binary base shift keying. Een methode om data als fase van een signaal te versturen.

CBC-MAC Cipher Block Chaining Message Authentication Code. Methode om een authenticatie van een bericht te maken met behulp van een cipher. Cipher Een algoritme om een bericht te encrypten. CMD class Hierin staat of een commando voor het Z-Wave protocol bestemd is of dat het een applicatie commando is. Controller Apparaat in een netwerk die andere apparaten (slave) aanstuurt. CRC Cyclic redundancy check. Hiermee kan gecontroleert worden of een bericht juist is aangekomen. Er word gecontroleert of de checksum klopt. CSMA Carrier sense multiple access. Hiermee controleert het apparaat welk apparaat data kan versturen, of dat het bezig is. DES Data Encryption Algorithm. Manier om data te versleutelen. Dongle USB stick met daarop een Bluetooth- of ZigBee-chip DSSS Direct-sequence spread spectrum. Modulatietechniek waarbij het informatiesignaal word verspreid over een grotere bandbreedte dan de bandbreedte van het informatiesignaal. 43

Dynamische frequentie-selectie Methode waardoor apparaten hetzelfde spectrum kunnen gebruiken als een ander radar systeem. FCC Federal Communications Commission. Commissie die een draadloze standaard goedkeurd voor gebruik. FFD Full-function device. Een apparaat in een ZigBee netwerk die alle ZigBee functies aankan. FHSS Frequency-hopping spread spectrum. Methode waarbij er elke keer op een andere frequentie wordt uitgezonden. Dit wisselen gebeurt erg snel, een aantal keer per seconde. Frame De data eenheid in de datalinklaag. FSK Frequency-shift keying. Een methode om data als frequentie van een signaal te versturen. GFSK Gaussian Frequency-Shift Keying. Een FSK die gebruik maakt van een gaussisch filter. Home automation Een manier om alle apparatuur in huis te automatiseren. Licht, temperatuur en alarm bedienen op een afstandsbediening is daar een voorbeeld van. ID Identification. Een uniek nummer wat bij een apparaat hoort. L2CAP Logical Link Control and Adaption Protocol. Een protocol die word gebruikt in Bluetooth. Latency Tijdsvertraging die optreed als er een bericht verstuurd word. Link controller Hier staan alle baseband functies in van Bluetooth. Link manager Zit op een Bluetoothmicroprocessor, deze staat in verbinding met de link controller. link quality Kwaliteit van de verbinding, uitgedrukt in procenten. LLC Logical Link Control. Laag in de ZigBee datalink-laag. Maas Netwerkstructuur voor ZigBee en Z-Wave. MAC Medium Access Control. MPDU MAC protocol data unit. Multicast Manier van verzenden waarbij er naar meerdere bronnen tegelijkertijd verzonden wordt. O-QPSK Offset quadrature phase-shift keying. Een methode om data als fase van een signaal te versturen. OSI-model Open Systems Interconnection-model. Hierin wordt beschreven hoe data wordt 44

verstuurd over een netwerk. Dit is onderverdeeld in verschillende lagen. PAN Personal Area Network. Een klein lokaal netwerk. PHY Fysieke laag. Piconet Netwerkstructuur die gebruikt wordt bij Bluetooth. RF Radio frequency. RFCOMM Radio Frequency Communication. Een protocol die gebruikt wordt in Bluetooth.

RFD Reduced-function device. Een apparaat in een ZigBee netwerk die niet alle ZigBee functies aankan. Router Een apparaat die netwerken aanelkaar verbind. RS-232 Een industrie standaard voor het communiceren tussen twee apparaten. RSSI Recieved Signal Strength Indicator. Een factor die aangeeft wat de signaal sterkte is. Scatternet Netwerkstructuur die gebruikt wordt bij Bluetooth. SCO Synchronous Connection-oriented logical transport protocol. Een protocol dat word gebruikt in Bluetooth voor headsets. Slave Apparaat in een netwerk die luistert naar wat andere apparaten (controller) zeggen om te doen. Ster Netwerkstructuur die gebruikt word in een ZigBee netwerk. Ubuntu Operating system dat werkt met Linux. WPAN Wireless Personal Area Networks. Een draadloze versie van PAN.

45

46

BIJLAGE B: Lijst van figuren 4.1 4.2

Opbouw van een MAC-frame in de ZigBee-standaard [9]. [13].

4.3

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 17

Overzicht van de verschillende frames van Z-Wave. De maximale grootte van de payload is 64 bytes [13].

4.4

. . . . . . . . . . . . . . . .

Protocol lay-out Z-wave, met hierin de PHY/MAC laag, de transportlaag en de netwerklaag

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

Een routingtabel zoals die wordt opgeslagen in de controller. Hierin staat welke apparaten met elkaar in verbinding staan. Een groen apparaat is een controller en een geel apparaat is een slave-apparaat. In de tabel betekend een ´e´en dat er een verbinding tussen twee apparaten is. Bij een nul is er geen verbinding [13].

6.1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

Resultaat van metingen van RSSI van ZigBee bij verschillende afstanden tussen zender en ontvanger.

6.5

25

Resultaat van metingen van de data throughput van ZigBee bij verschillende afstanden tussen zender en ontvanger.

6.4

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Resultaat van metingen van de data throughput van Bluetooth bij verschillende afstanden tussen zender en ontvanger.

6.3

19

Resultaat van metingen van de data throughput van Bluetooth bij verschillende afstanden tussen zender en ontvanger.

6.2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

Resultaat van metingen van het aantal goed ontvangen pakketten van ZigBee bij verschillende afstanden tussen zender en ontvanger.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

28

48

BIJLAGE C: Lijst van tabellen 4.1 4.2 4.3 4.4 6.1 6.2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Overzicht van de technische specificaties van ZigBee [1]. . . . . Overzicht van de technische specificaties van Z-wave. . . . . .

. . . .

. . . .

7 9 12 16

Resultaten van de metingen aan Bluetooth met fysieke obstakels.

. . . . . . . . . . . . .

26

Overzicht van de technische specificaties van Bluetooth [1]. Bluetooth vermogensklassen

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

Resultaten van metingen aan ZigBee met fysieke obstakels tussen zender en ontvanger. De ontvangen signaalsterkte en het percentage goede pakketten worden gebruikt als indicator

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

van de kwaliteit van de verbinding.

8.1

Multicriteria-tabel.

49