Z-Wave en implementaciones de seguridad electrónica

Revisaremos el protocolo Z-Wave y su relación con seguridad electrónica considerando estos puntos:

• Descripción general
• S2 Security
• Limitaciones de distancia y cantidad de dispositivos 
• Estructura de comandos de Z-Wave
• Integración con sistemas de seguridad 
• Otros actores en el mercado 

Descripción general

El protocolo Z-Wave fue creado por la compañía danesa Zensys en 1999, actualmente más de 300 campañas relacionadas con el uso del protocolo han conformado la Alianza Z-Wave, estos fabricantes diseñan y producen activamente productos que cumplen con el protocolo de red.

Como premisas en el medio de transmisión Z-Wave, todo desarrollador de la tecnología debe cumplir con los siguientes atributos: 

Operación

Z-Wave opera como una red inalámbrica en  ~900 MHz, con baja latencia y ancho de banda reducido.

Licenciamiento

Los desarrollos sobre Z-Wave son bajo licencia de Zensys/Sigma y los permisos de desarrollo sólo son otorgados exclusivamente por la empresa.

Bajo consumo y simplicidad

Los equipos que operan con el protocolo Z-Wave son de bajo consumo de energía , y si se compara con el protocolo 802.11,  Z-Wave es más estable y simple, de modo que la red resultante es ideal para la automatización en aplicaciones de hogar y comerciales, en donde son comunes los controles de electrodomésticos y la inclusión de varios tipos de sistemas de seguridad. 

La red está diseñada para configurarse con un solo clic, similar como funcionan los equipos de red inalámbricos con botón WPS; para evitar pérdida de datos y conexiones el protocolo tiene características de enrutamiento desde el punto de aplicación hasta el concentrador de señales incluso, si se mueven los dispositivos. En caso de interrupción de las conexiones los dispositivos renegociarán automáticamente con el concentrador central.

S2 Security 

Es la última versión de Z-Wave, dentro de las principales características de esta versión se destacan ventajas como: ofrece una mejor seguridad, aumenta la velocidad y reduce el consumo de energía de las versiones anteriores. 

Si bien las primeras versiones de los dispositivos Z-Wave tenían poca seguridad, la especificación S2 más reciente ofrece encriptación con cifrado avanzado (AES de 128 bits), protección contra interferencias y suplantación de identidad. Esto es particularmente importante en aplicaciones de seguridad electrónica, donde la información sensible puede estar en riesgo.

Con la implementación de Z-Wave S2 también se están comenzando a ver múltiples integraciones con los sistemas de seguridad donde se usaba con mayor frecuencia la tecnología inalámbrica propietaria.  

Limitaciones de distancia y cantidad de dispositivos 

A diferencia de otras plataformas inalámbricas orientadas al consumo, el alcance efectivo de los dispositivos compatibles con Z-Wave es relativamente corto, aprox 30 metros con una línea de visión clara. Sin embargo, esto tiene una razón de ser y es la de evitar la comunicación cruzada o “Cross-Talk” entre diferentes redes Z-Wave, y hace parte de las especificaciones según el acuerdo de uso establecido por Zensys. 

En cuanto a la cantidad de dispositivos, el protocolo Z-Wave tiene un límite a 232 dispositivos por red; sin embargo, se pueden unir múltiples redes en un enrutador para aumentar esta capacidad. Esta limitación de dispositivos no se considera importante para la mayoría de las redes domésticas porque es un buen número de elementos posibles, pero puede limitar las implementaciones de tipo comercial.

Estructura de comandos de Z-Wave

La estructura de comando de Z-Wave consta de varios campos que se utilizan para enviar y recibir información entre dispositivos Z-Wave. A continuación, se describen los campos principales que se utilizan en la estructura de comandos de Z-Wave:

Inicio del frame

El inicio del frame es un byte especial que indica el comienzo de un frame Z-Wave. El byte es siempre 0x01.

Encabezado

El encabezado contiene información sobre el tipo de mensaje y su longitud. El encabezado se compone de un byte de longitud y dos bytes de información. El primer byte de información indica el tipo de mensaje, como el mensaje de solicitud o respuesta. El segundo byte de información contiene información adicional, como la dirección de nodo del remitente o destinatario.

Payload

El payload es el campo principal de la estructura de comando de Z-Wave, que contiene los datos que se transmiten. El contenido del payload varía según el tipo de mensaje y la función del dispositivo. Los datos pueden incluir comandos para controlar dispositivos, valores de sensores, configuraciones de dispositivos, entre otros.

Checksum

El checksum es un byte que se utiliza para verificar la integridad de los datos transmitidos. Se calcula mediante un algoritmo de suma de comprobación de CRC que se aplica a todo el marco.

Fin del frame

El fin del frame es un byte especial que indica el final de un marco Z-Wave. El byte es siempre 0x03.

Aquí hay un ejemplo de un comando Z-Wave para encender una luz utilizando el protocolo básico de comando (también conocido como el conjunto de comandos de clase de interruptor binario):

1. Inicio del frame: 0x01
2. Encabezado: 0x03 0x01 0x00
   • 0x03: Indica la longitud del mensaje.
   • 0x01: Indica que el mensaje es una solicitud de envío.
   • 0x00: Indica que el destinatario es el controlador primario (puente) de la red Z-Wave.
3. Payload: 0x25 0x01 0xFF
   • 0x25: Identifica la clase de interruptor binario.
   • 0x01: Identifica el comando específico para encender.
   • 0xFF: Valor de parámetro que indica que la luz debe encenderse al 100%.
4. Checksum: 0xDB
   • Calculado mediante un algoritmo de suma de comprobación de CRC que se aplica a todo el frame.
5. Fin del frame: 0x03

Este comando Z-Wave es una solicitud para encender una luz utilizando la clase de interruptor binario (on/off). El controlador primario de la red Z-Wave recibirá la solicitud y la transmitirá al dispositivo de luz correspondiente. El dispositivo de luz responderá con un mensaje de confirmación de que ha recibido y ejecutado el comando. Este es solo un ejemplo básico. Los comandos Z-Wave pueden variar en función del dispositivo y la función específica que se está ejecutando.

Integración con sistemas de seguridad 

Si bien la automatización del hogar en general puede verse como la función principal de Z-Wave, los sistemas de seguridad del hogar se han adaptado fácilmente para hacer uso de la red. 

El protocolo Z-Wave utiliza tecnología de red inalámbrica tipo Mesh o malla, lo que significa que los dispositivos se comunican entre sí para reforzar la señal y extender el alcance de la red. Esto es particularmente útil en aplicaciones de seguridad, donde es importante contar con una conexión fiable y resistente a posibles interferencias.

Uno de los mayores beneficios del uso de Z-Wave en seguridad electrónica, es su capacidad para integrarse con otros sistemas domóticos como la iluminación, audio y sonido, climatización, entre otros. Por ejemplo, si un sensor de movimiento detecta actividad en una habitación, puede activar la luz y encender un sistema de audio con mensajes pregrabados para simular la presencia de personas en el hogar, disuadiendo a posibles intrusos.

Además, los dispositivos Z-Wave pueden ser controlados de forma remota a través de una aplicación móvil o un sistema de control centralizado. Esto significa que los usuarios pueden recibir alertas y tomar medidas desde cualquier lugar, lo que aumenta la flexibilidad y la capacidad de respuesta en caso de emergencias.

En cuanto a los dispositivos específicos de seguridad electrónica, el Z-Wave ofrece una amplia gama de opciones, desde sensores de movimiento y puertas, hasta cámaras de seguridad y alarmas. Los dispositivos Z-Wave suelen ser fáciles de instalar y configurar, lo que hace que sea más fácil para los usuarios domésticos implementar soluciones de seguridad por su cuenta.

Hay varias posibilidades de integración de sistemas de seguridad electrónica con Z-Wave bastantes conocidas, algunas son:

Integración con cámaras de seguridad

Los dispositivos Z-Wave pueden integrarse con cámaras de seguridad para proporcionar una solución de videovigilancia completa. Los usuarios pueden monitorear sus hogares en tiempo real y recibir alertas si se detecta actividad sospechosa. Además, pueden controlar y programar la grabación de vídeo y la configuración de las cámaras de forma remota.

Cámara AXIS M5000-G PTZ, compatible con Z-Wave. Fuente: axis.com

Integración con sistemas de alarma

Los sistemas de alarma Z-Wave se pueden integrar con cámaras de seguridad para proporcionar una solución completa de seguridad electrónica. Los usuarios pueden recibir alertas cuando se detecta actividad sospechosa, y pueden activar o desactivar la alarma y las luces de forma remota.

Por ejemplo, Resideo tiene dos tipos de hubs para interconectar con dispositivos Z-Wave:

• Hubs Z-WAVE para paneles VISTA: VAM & Tuxedo Touch
• Hubs Z-WAVE para paneles L7000 & L5210

Vista Automation Module (VAM)

Tuxedo Touch

Control de accesos

Z-Wave en conjunto con marcas de cerraduras de puertas como Resideo, Schlage y ASSA ABLOY (Yale), ha introducido sistemas autónomos para el control de accesos en los hogares. El hardware de la puerta habilitado se puede bloquear o desbloquear a través de una interfaz remota. 

Video portero SkyBell Ref: DBCAM-TRIM2M. Fuente: resideo.com

Cerradura Yale Assure Lock con Z-Wave. Fuente: yalehome.com

La lista de productos integrados Z-Wave está creciendo y se ha expandido a más de 600 productos en los últimos dos años. Se espera un crecimiento importante de productos compatibles en los próximos años, esto debido a que otros fabricantes se han adherido a la alianza Zensys para producir productos bajo licencia.

Otros actores en el mercado 

Varios estándares compiten con Z-Wave, incluidos ZigBee y Bluetooth Low Energy (BLE) . Muchos de estos estándares están en permanente competencia, de hecho, también están catalogados como tecnologías seguras, eficientes y de bajo costo. Sin embargo, Z-Wave ha obtenido el apoyo de varios miembros de fabricantes muy conocidos, incluidos ADT, Resideo, AXIS, GE, DSC, Black & Decker, Cooper y Leviton, entre otros, aspecto sobre el cual lleva la delantera. 

Conclusión

El protocolo Z-Wave ofrece una solución de seguridad electrónica inalámbrica y confiable que se integra fácilmente con otros sistemas domóticos y que es segura y privada. La capacidad de controlar los dispositivos de forma remota y la amplia gama de opciones de dispositivos disponibles hacen que el Z-Wave sea una opción atractiva para los usuarios domésticos que buscan mejorar la seguridad de sus hogares.

El rendimiento real del sistema y del dispositivo está sujeto a pruebas de productos y análisis adicionales. Sin embargo, el soporte del fabricante es fuerte y los productos habilitados son cada vez más comunes. La aceptación de la tecnología en el mercado será una tendencia interesante en los próximos años.