خانه هوشمند Zigbee

خانه هوشمند Zigbee یا پروتوکل زیگبی یک شبکه استاندارد بی سیم را برای سیستم های کنترلی و دارای سنسور مانند خانه هوشمند را فراهم می کند. سنسورها و کنترلرها به پهنای باند زیاد احتیاج ندارند، در عوض به تاخیر کم و مصرف انرژی پایین برای داشتن باتری بادوام و راه اندازی تعداد زیادی وسیله نیاز دارند. امروزه بسیاری از سیستم های بی سیم به نرخ بالای ارسال داده نیاز ندارند ولی هزینه پایین و جریان مصرفی کم از ملزومات آنها به شمار می آید. پروتوکل Zigbee برای پاسخ به نیاز فوق طراحی شدند.

خانه هوشمند Zigbee

نام زیگبی از الگوی غیرترتیبی زیگراگی که زنبورها حین گرده افشانی دنبال میکنند گرفته شده است. پیشوند Zig معرف حرکت زیگراگی زنبورها و Bee به معنی زنبور است. این یادآوری مسیرهای نامرئی ارتباطی، در یک محیط کاملا بی سیم شبکه ای زیگبی است.

اتحادیه زیگبی یا Zigbee Alliance اتحادیه کمپانی هایی است که گرد هم آمدند تا استاندارد ارتباطی بی سیم ارزان زیگبی را فراهم آورند تا کمپانی ها قادر به تولید محصولات سازگار باشند. این اتحادیه روی کیفیت محصولات تولیدی نیز نظارت می کند.

خانه هوشمند ZIGBEE

حوزه های کاربرد زیگبی که ارائه شده یا تحت بررسی هستند عبارتند از: اتماسیون خانگی، کاربردهای خانگی و بطور کل کاربردهای اینترنت اشیاء

در واقع زیگبی جهت برآورده کردن ویژگی های زیر طراحی شده است:

  • نصب ساده و مصرف کم: کاربرها انتظار دارند باطری برای ماهها یا سالها کار کنند.
  • مدهای کاری مختلف: برخلاف بلوتوث، زیگبی بسته به توان مصرفی و تاخیر مورد نیاز حالت و مدهای مختلف کاری دارد. زیگبی دو حالت اصلی دارد: حالت فعال (Active) و حالت گوش به زنگ (Sleep)
  • قیمت پایین برای مصرف کننده: منظور همان قیمت پایین وسیله، نصب و نگهداری کم هزینه آن است.
  • امنیت بالا: زیگبی امنیتی بالایی را در ارتباطات فراهم یکند.
  • پایداری بالا: قابلیت اطمینان بالا، عدم تداخل، حفظ کیفیت ارتبطات در زمانهای طولانی که به آن در مجموع پایداری شبکه میگویند.

زیگبی ورژن های مختلفی دارد که شامل Zigbee 2004، Zigbee 2006 و Zigbee 2007 می باشد. زیگبی 2007 جدید ترین بسته ارائه شده می باشد و شامل 2 بسته پروفایل می باشد:

  • پروفایل 1 (که به آن زیگبی می گویند): برای مصارف خانگی و تجاری سبک.
  • پروفایل 2 (به نام Zigbee Pro): این پروفایل دارای ویژگی های بیشتری مثل چندبخشی، مسیر چند به یک و امنیت بالاست.

زیگبی (پروفایل 1) دارای رم و فلش کوچکتری می باشد. هر دو پروفایل، شبکه مش کامل را ارائه میکنند و باتمام پوفایل های زیگبی سازگارند. وسیله ای که با زیگبی 2007 کار میکنند میتواند به یک شبکه زیگبی 2006 متصل شده و بالعکس.

انواع نودها در یک شبکه زیگبی:

سه نوع نود زیگبی وجود دارد:

  • Zigbee Coordinator – ZC

پرکاربردترین وسایل، هماهنگ کننده ها هستند که ریشه های شبکه درختی را تشکیل میدهند و میتوانند با بقیه شبکه ها نیز ارتباط برقرار کننده. در هر شبکه دقیقا ZC وجود دارد. چرا که این وسیله ای است که اصولا شبکه را شروع میکند. این وسیله قادر به ذخیره اطلاعات مربوط به شبکه می باشد. به عنوان مثال میتوان به عنوان مرکز ذخیره اطلاعات و کدهای امنیتی به کار رود.

  • Zigbee Router – ZR

علاوه بر برآورده کردن کاربردها، روتر میتواند به عنوان مسیر واسطی جهت اتقال اطلاعات بین وسایل استفاده ود.

  • Zigbee End Device – ZED

این نوع نود نمیتواند از دیگر وسایل اطلاعات بگیرد، اما قابلیت ارتباط با ZC و ZR را دارد. این نوع ارتباط به نود اجازه میدهد تا زمان زیادی را غیر فعال بماند و در نتیجه توان کمی مصرف کند. ZEDها کمترین مقدار حافظه را نیاز داشته و در نتیجه برای سازنده ها ارزانتر از ZC یا ZRها هستند.

شبکه های زیگبی میتوانند توپولوژی های مختلفی داشته باشند. از آن جمله میتوان به ستاره ای، درختی و مش اشاره کرد. توپولوژی اصلی زیگبی مش است.

زیگبی باندهای فرکانسی مختلفی را پشتیبانی میکند اما باند 2.4Ghz هم اکنون به عنوان باند جهانی در اغلب کشورها پذیرفته شده است.

مصارف و کاربردهای Zigbee:

هدف پروتوکل زیگبی برای مصارف گسترده ای است که به نرخ ارسال داده و توان مصرفی کم نیاز دارند. تمرکز جاری زیگبی بر تعریف شبکه مش خودسازمان دهنده کم هزینه و همه منظوره است که در کنترل صنعتی، اتوماسیون خانگی و سازمانی و سیستم هی اعلام حریق مورد استفاده قرار گیرد. شبکه های حاصله، توان کمی مصرف خواهند کرد. بطوریکه وسایل بصورت مجزا میتوانند برای کی دوسال با باطری نصب شده اصلی به کار خود ادامه دهند. در واقع زیگبی به تجهیزات این اجازه را میدهد که باطری آنها سالها دوام بیاورد.

کاربردهای Zigbee

مقایسه Zigbee و Zwave:

دو پروتوکل Zigbee و Zwave دو رقیب سرسخت و بسیار نزدیک به یکدیگر در زمینه اتوماسیون خانگی میباشند. هردو پروتوکل از امنیت و فابلیت اطمینان بالایی برخوردار هستند و عملکرد مناسبی از خود نشان میدهند. هر دو پروتوکل قادر به تشکیل شبکه مش هستند و هر دو قابلیت عمر بالایی را برای تجهیزات باطری دار تضمین میکنند. باند فرکانسی غالب زیگبی 2.4GHz و باند غالب Zwave  در اروپا 868 MHz می باشد.

در جدول زیر مقایسه بین دو پروتوکل نشان داده شده است. Zigbee در مقایسه با Zwave یک پروتوکل باز می باشد که یک مزیت به حساب می آید. اما تجهیزات Zwave سازگاری بالاتری را نسبت به Zigbee دارا می باشند. سازگاری (یا Interoperatibility) به معنی کار کردن و سازگار بودن برندهای مختلف با یکدیگر می باشد. در کل تجهیزات خانه هوشمند Zwave نسبت به تجهیزات خانه هوشمند Zigbee سازگارتر هستند.

مقایسه Zigbee با Zwave

خانه هوشمند Zigbee

کاربردهای پروتوکل Zigbee در سیستم های خانه هوشمند به شدت در حال افزایش می باشد. خانه هوشمند Zigbee امنیت بسیار بالا، مصرف باطری بسیار کم و ارتباطی با قابلیت اطمینان بالا را فراهم میکند که باعث شده استفاده از آن روز به روز در این صنعت افزایش یابد. مهمتر از همه زیگبی نیاز به بستر سیم کشی  هوشمندرا حذف میکند که مزیت بسیار مهمی به حساب می اید.

نتیجه گیری:

زیگبی به عنوان یک تکنولوژی پیشرفته و جدید به سرعت رو به گسترش است، بطوریکه در حال حاضر بیش از 400 کمپانی عضو اتحادیه زیگبی می باشند. بدون شک در آینده نه چندان دور Zigbee بازار بسیار بزرگی را به خود اختصاص خواهد و ایران نیز از این قائده مستثنی نخواهد بود (خانه هوشمند Zigbee در ایران نیز در حال رشد می باشد). در حال حاضر Zigbee به عنوان یکی از مهمترین ابزارهای های اینترنت اشیاء توجهات بسیار زیادی را به خود اختصاص داده است که در سالهای اخیر توجهات بسیاری را به خود جلب کرده است. 

منابع:

www.plan-co.com

https://www.wikipedia.org