История Z-Wave началась в 1999 году в датской компании Zensys. Целью разработок Zensys было создание системы беспроводной связи с высокой отказоустойчивостью и низким потреблением энергии. И им это удалось: первые устройства на основе Z-Wave появились в 2001 году. В 2005 году для популяризации и развития технологии Z-Wave была создана организация Z-Wave Alliance, в которую вошли производители устройств на основе данной технологии, и за более чем 10 лет в нее вступило более 250 производителей. Целью альянса было не только объединение производителей, но и сертификация устройств Z-Wave, а также решение маркетинговых вопросов. В 2008 году все наработки Zensys были выкуплены американской корпорацией Sigma Designs, что положительно сказалось на популяризации стандарта. К концу 2012 года в США уже было доступно около 600 продуктов, созданных с использованием технологии Z-Wave. Сейчас таких продуктов уже больше 2,5 тысяч, а их продажи превышают миллион единиц в год.
Теоретически реализовать устроства Z-Wave можно было бы на любом железе, но это запрещено лицензионной политикой Sigma Designs. Компания сама выпускает готовые чипы и программируемые модули (такие модули по лицензии Sigma Designs c 2011 года также выпускает японская Mitsumi), которые (и только они) уже встраиваются производителями различных устройств в свою продукцию. За все время существования Z-Wave было выпущено 5 поколений устройств (их принято обозначать как Generation 1, Generation 2 ... либо по номерам серий микромодулей Серия 100, Серия 200 ...):
- 1 поколение (серия 100) — вышло в 2001 году, базировалось на семействе микроконтроллеров Atmel 8051, обеспечивалась максимальная скорость передачи данных составляла 9.6 кбит/с.
- 2 поколение (серия 200) — появилось в 2005 году, строилось также на базе 8-битного микроконтроллера с 8051-совместимой системой команд, добавлена поддержка больших объемов памяти (2 Кб ОЗУ, 32 Кб ПЗУ) и периферии, серия имела много багов (ошибок) и довольно быстро была полностью вытеснено 100% совместимым 3 поколением. Для данного поколения предназначались версии 4.5x, 5.0x протокола Z-Wave (под версией протокола принято понимать номер версии SDK для разработчиков, которые распространяет Sigma Designs).
- 3 поколение (серия 300) — вышло в 2006 году, было полностью совместимо по выводам и системе команд со 2-м поколением, скорость обмена данными выросла до 40 кбит/с (при сохранении режима 9.6 кбит/с для совместимости), улучшены показатели энергопотребления и мощности излучения. Для данного поколения, как и для предыдущего, предназначались версии 4.5x, 5.0x протокола Z-Wave.
- 4 поколение (серия 400) — выпущено в 2008 году вскоре после поглощения Zensys компанией Sigma Designs, считается неудачным из-за того, что в модулях было использовано ПЗУ с однократной записью (OTP), что существенно затрудняло разработку и эксперименты, имело значительное расширение функциональности и периферии, увеличение памяти (16 Кб ОЗУ, 64 Кб ПЗУ), добавлена возможность обмена данными на скорости 100 кбит/с. Для данного поколения предназначались версии 6.0x, 6.1x (только Япония) протокола Z-Wave.
- 5 поколение (серия 500) — вышло в 2013 году и пока считается самым успешным, незначительно улучшены функциональность и периферия, увеличен объем ПЗУ до 128 кбайт, снова использются микросхемы ПЗУ с возможностью многократной записи. Для данного поколения предназначались версии 6.5x, 6.6x, 6.7x, 6.8x протокола Z-Wave.
- 6 поколение (серия 600) — такой серии не было.
- 7 поколение (серия 700) — вышло в 2018 году, базируется на 32-битном микропроцессоре семейства ARM Cortex-M, память 8 Кб ОЗУ, 64 Кб ПЗУ (перезаписываемое), полностью поддерживает новую версию спецификации Z-Wave Plus и расширения безопасности Z-Wave S2 Security, улучшены показатели энергопотребления и дальности связи.
Таким образом все устройства Z-Wave основаны на чипах от двух производителей (Sigma Designs и Mitsumi). Все упомянутые чипы, исключая последнюю серию 700, основаны на ядре Inventra, совместимом с Intel 8051. В серии 700 впервые использована 32-битная архитектура ARM Cortex-M. Важнейшей особенностью всех поколений чипов и модулей Z-Wave является их сквозная совместимость сверху вниз, что означает, что продукты более новых старших поколений без проблем могут взаимодействовать с продуктами всех предшествующих им поколений. К примеру, первое поколение модулей Z-Wave предусматривало обмен данными со скоростью 9,6 кбит/с. Соответственно, и все последующие поколения, несмотря на появление скоростей 40 кбит/с и 100 кбит/с, могут переключиться в «медленный» режим и взаимодействовать с устаревшим оборудованием. То есть купленный в 2004 году диммер, собранный на модуле 100-й серии, будет прекрасно работать и с хабом, который был выпущен в 2018 году на модуле 500-й или 700-й серии. При этом, конечно, в новых сериях постоянно добавляются различные улучшения, включая: увеличение дальности связи за счет повышения мощности излучаемого сигнала и чувствительности приемного высокочастнотного тракта, снижение энергопотребления, реализация дополнительной периферии и средств шифрования (AES).
Есть, однако, важное замечание о совместимости, которое портит столь радужную картину, — все описанные правила совместимости справедливы для устройств, выпущенных для рынка одной группы стран, использующих одинаковую радиочастоту для передачи сигналов Z-Wave. То есть для разных стран могут выпускаться несовместимые устройства Z-Wave, работающие на разных частотах (радиочастотная несовместимость). Более того, со временем правила регулирования частотного спектра в стране могут поменяться (так, например, произошло в Японии в 2015 году) и в этом случае несовместимы будут даже устройства, выпущенные для одной страны в разное время но под разные частоты. Всего в мире имеется уже несколько десятков частотных диапазонов, для которых выпускается оборудование Z-Wave. Чтобы обеспечить возможность выпуска модулей Z-Wave под все эти частоты Sigma Designs вынуждена специализировать свои чипы на конкретные группы частот. То есть один и тот же чип, например 500-й серии, выпускается в разных версиях (AU, AE, AH ...), которые предназначены для создания Z-Wave устройств, работающих на разных частотах. В новой 700-й серии чипов Z-Wave архитектура высокочастотного тракта несколько видоизменена, чтобы производители могли выпускать «мультизонные» устройства, в которых выбор региона был бы одной из установочных настроек и не был бы жестко привязан к железу. Можно ожидать, что такие устройства в скором времени появятся на рынке, однако, нет никакой уверенности, что все производители начнут включать поддержку российской локализации в состав своих настроек. Строго говоря, упомянутая «мультизонность» встречается на рынке уже давно — некоторые ведущие производители и раньше использовали возможности готовых чипов Sigma Designs по-максимуму. Но до 500-й серии включительно это было возможно только в определенных пределах. Так чипы с индексом AE позволяют производителям в одном устройстве реализовать поддержку частотных настроек для Европы, Индии, Малайзии, России и Китая, а для других стран уже нужно использовать другие чипы.
Так вышло, что все четные поколения устройств Z-Wave оказывались неудачными. Серия 200 зарекомендовала себя как самая «глючная». Баги в ней вылавливали все время ее существования. Поэтому с появлением полностью совместимой серии 300 она была быстро вытеснена более совершенными продуктами и ушла в историю. Серия 400 отметилась тем, что в ней вместо постоянной памяти с возможностью многократной перезаписи (EEPROM) была использована память с пережигаемыми перемычками (OTP), записывать которую можно только однократно. Это, конечно, позволяло немного сэкономить на цене модуля, но привело к тому, что обновлять программное обеспечение этих модулей стало невозможно. Разработчики и производители в связи с этим испытывали существенные неудобства и в следующей серии 500 перезаписываемое ПЗУ вернули назад. А вот серия 600 вообще не вышла из-за неудач в процессе разработки. Про появившуюся относительно недавно серию 700 пока нет авторитетных отзывов и можно только надеяться, что она сохранит сложившуюся традицию успешных нечетных поколений.
В 2013 году после появления 5-го поколения модулей (серия 500) Z-Wave Alliance представил расширенную версию спецификации — Z-Wave Plus. Фактически она вобрала в себя все технологические новшества, которые были реализованы в модудях серии 500 и определяла специальные расширения в протоколах передачи данных, которые выводили Z-Wave на более современный уровень: дальность передачи увеличилась на 67% (до 30 метров), время жизни от аккумулятора на 50%, пропускная способность теперь стала на 250% выше (100 кбит/с), стало обязательным использование трех радиоканалов для большей надежности, реализовано самолечение сети, введен стандартизованный формат команд для обновления устройств на лету (Over the Air firmware updates — OTA), контроллер стал получать информацию обо всех событиях, был описан режим Plug-n-Play. Разумеется, Z-Wave Plus был полностью совместим с Z-Wave, но теперь при продаже устройств с поддержкой Z-Wave Plus производителей обязали использовать специальный логотип.