z-wave协议是一种低速率，半双工的牢靠，强健的无线传输协议，适用于低本钱的网状操控网络。协议的首要意图是以牢靠的办法从一个操控单元到一个或多个节点网络传输短操控音讯。z-wave协议不是用来传输许多数据或许传输任何类型的流或临界时刻的数据。
协议由下至上分为5层：物理层、MAC层、传输层、路由层和运用层。MAC层担任设备间无线数据链路的树立、保护和完毕。一起操控信道接入，进行帧校验，并预留时隙办理。为了进步数据传输的牢靠性，当有节点进行数据传送时，媒体介质层还选用了载波侦听多址、抵触避免(CSMA/CA)机制以避免其他节点传送信号。
传输层首要用于供给节点之间的牢靠的数掘传输，首要功用包含从头传输、帧校验、帧承认以及完结流量操控等。路由层操控节点间数据帧的路由、确保数据帧在不同节点间能够屡次重复传输、扫描网络拓扑和保持路由表等。运用层担任Z-Wave网络中的译码和指令的履行，首要功用包含曼彻斯特译码、指令辨认、分配HomeID和Node ID、完结网络中操控器的仿制以及关于传送和接纳帧的有用荷载进行操控等。
Z-Wave技能的五大协议介绍
1)物理层
Z-Wave是一种低速率无线技能，专心于低速率运用，有9.6Kbit/s和40Kbit/s两种传输速率，前者用来传输操控指令捉襟见肘，而后者能够供给更为高档的网络安全机制。它的作业频段灵敏，处于900MHz (ISM (Industrial ScienTIfic Medical)频带)、868.42MHz(欧洲)、908.42MHz(美国)，作业在这些频带上的设备相对较少，而ZigBee或蓝牙所运用的2.4GHz频带正变得日益拥堵，彼此之间的搅扰不行避免，因而Z-Wave技能更能确保通讯的牢靠性。
Z-Wave的功耗极低。它运用了频移键控(Frequency-Shift Keying，FSK)无线通办法，适宜智能家居网络运用，电池供电节点一般保持在睡觉状况，每隔一段时刻唤醒一次，监听是否有需求接纳的数据，两节一般7号电池能够运用长达10年时刻，免去了频频充电和替换电池的费事，确保了运用的持久安稳。
Z-Wave的体系复杂性比ZigBee小， 比蓝牙设备要小得多，协议简略，所要求的存储空间很小。规范的Z-Wave模块中规划了32KB的闪存用于寄存协议，而平等功用的ZigBee模块则至少需求128KB才干运用，蓝牙则需求更多。所以Z-Wave模块的本钱要低于ZigBee或许蓝牙设备。
Z-Wave网络容量为单网络最多232个节点，远低于ZigBee的65535个。Z-Wave节点的典型掩盖规划为室内30m以及室外100m，最多支撑4级路由。在运用的普适性方面差于ZigBee，不能运用单一技能树立大规划网络。但关于智能家居运用来说，现已足以掩盖到悉数规划。经过运用虚拟节点技能，Z-Wave网络也能够与其他类型的网络进行通讯。
2) MAC层
Z-Wave的MAC层操控无线前言。数据流选用曼彻斯特编码，数据帧包含了前码、帧头、帧数据、帧尾。帧数据是帧传递给传输层的部分。一切数据都经过小端形式传输。MAC层独立无线前言、频率和调制办法，可是要求接纳到数据时能从曼彻斯特编码比特流或解码比特流取得帧数据或整个二进制信号。数据经过8bit据块传输，第—位是最高有用位(Most Significant Bit，MSB)，数据经过曼彻斯特编码，以便得到一个无直流的信号。
MAC层具有抵触避免机制，避免节点在其他节点发送数据时开端数据的传输。抵触避免机制经过以下办法完结：让不在传输数据的节点进入接纳形式，假如MAC层正处于接纳数据阶段则推迟传输，沖突避免机制在一切类型的节点上都被激活。当时言正忙时，帧的传输推迟一个随机的毫秒数。
MAC层沖突避免机制的中心是CSMA/CA，包含载波监听、帧间间隔和随机退避机制。每=个节点运用载波侦听多路拜访(Carrier Sense MulTIple Access，CSMA)机制的散布接入算法，让各个节点争用信道来获取发送权。CSMA/CA办法选用两次握手机制，即ACK (Acknowledgement)机制：当接纳方正确地接纳帧后，就会当即发送承认帧ACK，发送方收到该承认帧，。就知道该帧现已成功发送。假如前言闲时刻大于等于帧间隔，就传输数据，否则将延时传输。
CSMA/CA的根底是载波监听。物理载波监听在物理层完结，经过对天线接纳的有用信号进行检测，若探测到这样的有用信号，物理载波监听以为信道忙，MAC载波监听在MAC层完结，经过检测MAC帧中的持续间域完结。信道闲暇时才干发送数据，假如信道繁忙，就履行退避算法，然后从头检测信道，避免同享介质磕碰。介质繁忙状况刚刚完毕的时刻是磕碰产生的顶峰时刻，许多节点郡在等候介质，介质闲暇的第一时刻一切节点都企图发送，会导致许多磕碰，所以CSMA/CA选用随机退避时刻操控各个节点帧的发送。
3)传输层
传输层首要用于供给节点之间牢靠的数据传输，首要功用包含从头传输、帧校验、帧承认和完结流量操控等。传输层帧共有三种类型。
单播帧：单播帧向一个指定的节点发送，假如方针节点成功收到此帧，将会回复一个应对帧ACK，假如单播帧或许应对帧丢掉或损坏，单播帧将被重发。为了避免与其他体系的磕碰，重传帧将会有一个随机推迟。随机推迟有必要与传输最大帧长和接纳应对帧所花费的时刻共同。单播帧在不需求牢靠传输的体系中能够挑选封闭应对机制。应对帧是Z-Wave单播帧的一种类型，其数据域的长度是o。
多播帧：多播帧将传输给网络中节点1到节点232中的若干个。多播帧方针地址指定了一切的方针节点，而不必向每个节点发送一个独立的帧。多播没有应对，所以这种类型的帧不能用在需求牢靠传输的体系中，假如多播帧必定要求牢靠性，则需求在多播帧之后跟着发送单播帧。
播送帧：播送帧将传输给网络中一切节点，任何节点都不对该帧进行应对。和多播帧相同，它也不能用于需求牢靠传输的体系中，和多播帧相同，假如播送帧必定要求牢靠性，则需求在播送帧之后跟着发送单播帧。
4)路由层
路由层操控一个节点向另—个节点的帧的路由。操控器和节点都参加帧的路由。它们总是处在监听状况而且有一个固定的方位。该层担任经过一个正确的转宣布来发送帧，一起也确保帧在节点与节点之间转发。路由层也要扫描网络拓扑结构而且保护操控器中的路由表。
Z- Wave技能的路由层选用了动态源路由(Dynamic Source RouTIng，DSR)协议。DSR协议是一种按需路由协议，它答应节点动态发现抵达方针节点的路由，每个数据帧的头部附加有抵达方针节点之前所需经过的节点列表，即数据分组中包含抵达方针节点的完好路由。与传统的路由办法不同，传统路由办法如按需间隔矢量(AdHoc On-demand Distance Vector RouTIng，AODV)协议在分组中只包含下一跳节点和意图节点地址，所以DSR不需求周期性播送网络拓扑信息，避免网络大规划更新，能有用削减网络带宽开支，节约能量消耗。
在发现路由时，源节点发送一个含有源路由列表的路由恳求帧，此刻路由列表只有源节点，收到该帧的节点持续向前发送该帧，并在路由列表中参加自己的节点地址，直到抵达方针节点。每个节点都有一个用于保存最近收到路由恳求的存储区，
因而能够不重复转发现已收到的恳求帧。部分节点(假如它们有额定的外部存储空间)会将现已取得的源路由表存储下来以削减路由开支。当收到恳求帧时，先检查存储的路由表中是否存在适宜路由，假如有就不再转发，直接回来该路由至源节点，假如恳求被转发到了方针节点，那么方针节点就将回来一个回来路由。
当源节点要与方针节点通讯时，源节点首要播送一个具有唯-一ID的RREQ音讯，被源节点无线掩盖规划内一个或多个具有到方针节点路由信息的中心节点接纳，回来该路由信息至源节点。每个节点的路由缓冲区都会记载该节点侦听到的路由信息。当一个节点收到RREQ音讯时，假如在该节点最近的恳求中包含该恳求，则丟弃该恳求;假如RREQ路由记载中包含当时节点的地址，则不进行处理，避免构成环路;假如当时节点便是方针节点，则发送回来路由给源节点;其他情况下，该节点在RREQ中添加自己的地址，并将该帧播送出去。
当路由列表上的一个节点移动或掉电时，网络拓扑会产生变化，路由不行用。当上游节点经过MAC层协议发现衔接不行用时，就会向上游一切节点发送RERR。源节点收到该RERR后，会从路由存储区中删去无效路由，假如需求的话源节点会从头建议路由发现进程来树立新路由。
DSR协议不需求周期性地交流路由信息，能够削减网络开支，节点能够进入休眠形式，节约电池电量。数据帧中含有完好的路由信息，节点能够获取完好路由中所包含的部分有用信息，如A到B到C的路由中包含了B到C的路由信息，B节点不需求建议对C的路由发现，然后节约了路由发现所需的开支。一起，DSR协议网络的规划受到了约束，由于数据包中有许多都带有路由信息，过长的路由表会大幅添加网络分组开支，鉴于一个Z-Wave网络中最多232个节点的限制和最多支撑4跳路由，DSR协议的额定开支并不至于非常严峻，增强型节点类型也有更大的外部存储空间能够存储最近运用的路由信息，也以硬件开支补偿网络功用。
5)运用层
运用层担任Z-Wave网络中的译码和指令的履行，首要功用包含曼彻斯特译码、指令辨认、分配Home ID和Node ID、完结网络中操控器的仿制以及关于传送和接纳帧的有用荷载进行操控等。Z-Wave技能重视设备的互操作性和厂商开发的方便性，在运用层中引入了相关机制以完结这一点。
为了完结智能家居操控体系中很多子体系的彼此作用，加强各个领域厂商产品的彼此操作性，Z-Wave供给了规范化的办法来完结设备和设备之间的彼此作用。这答应从某一个厂商制作的遥控器供给照明子体系的调光功用，对另一个厂商制作的灯火节点进行操控。这样一切的厂商只需求集中精力开发其所拿手的产品，它们能够很好地作业在一个Z-Wave网络中，而不需求自己包揽整套智能家居体系，给厂商的开发供给了快捷。
