پروتکل زیگبی

پروتکل Zigbee در خانه هوشمند

با هوشمند شدن خانه‌ها و افزایش استفاده از دستگاه‌های هوشمند درون آن‌ها که بسیاری از فرآیندهای داخل خانه را خودکار سازی می‌کنند استفاده از پروتکل‌های ارتباطی برای کنترل دستگاه‌های هوشمند هم افزایش یافته است. زیگبی یکی از پروتکل‌های ارتباطی در بازار است که به اتوماسیون کردن فرایندهای درون خانه هوشمند کمک می‌کند. پروتکل Zigbee احتیاج به مصرف برق زیادی ندارد و مصرف داده‌های آن در شبکه کم است.

از استاندارد زیگبی می‌توان برای کاربردهایی مثل کنترل درجه‌ حرارت خانه، نظارت بر مصرف انرژی هوشمند در خانه، امنیت خانه و بسیاری از کاربردها با پهنای باند محدود استفاده کرد. ما در این متن  از وبلاگ اسمارتیک، در مورد شبکه Zigbee، کاربردهای زیگبی، محصولات زیگبی، مشخصات زیگبی، نحوه کارکرد زیگبی، مزایا و معایب زیگبی، تفاوت بین زیگبی و پروتکل‌های ارتباطی دیگر و اتحاد زیگبی می‌پردازیم. اما پیش از همه، به تعریف پروتکل Zigbee می‌پردازیم.

پروتکل Zigbee چیست؟

پروتکل Zigbee یک فناوری بی‌سیم است که یک استاندارد جهانی آزاد بوده و برای برآوردن نیازهای شبکه‌های بی‌سیم اینترنت اشیاء که نیاز به برق و هزینه زیادی ندارند طراحی شده‌ است. پایه فناوری Zigbee استاندارد فنی رادیویی فیزیکی IEEE 805.15.4 است. فناوری زیگبی در طیف فرکانسی آزاد ۲٫۴ گیگا هرتز، ۹۰۰ مگا هرتز و ۸۶۸ مگاهرتز عمل می‌کند.

استاندارد فنی IEEE 805.15.4 یک پروتکل رادیویی است که این استاندارد برای دستگاه‌هایی طراحی شده‌ است که هزینه تهیه آن‌ها و همچنین، مصرف باتری‌شان کم است. با این پروتکل دستگاه‌ها می‌توانند در آرایه بندی‌های مختلف شبکه‌ها با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و باتری آن‌ها تا چندین سال می‌تواند کار کند. این پروتکل رادیویی IEEE 805.15.4 که مبنای عملیاتی Zigbee است توسط مؤسسه مهندسان برق و الکترونیک در سال 2003 تأیید شد.

پروتکل 3.0 Zigbee چیست؟

پروتکل Zigbee 3.0، پروتکلی است که می‌تواند داده‌های بی‌سیم را براحتی انتقال و این کار را در یک شبکه قابل‌ اعتماد بی‌سیم با معماری مخصوص خود انجام دهد. این پروتکل توسط اعضای شرکتی اتحاد زیگبی بوجود آمده و توسط اعضای همین شرکت هم تأیید شده‌ است. پروتکل Zigbee 3.0 مخصوصاً برای محیط‌های صنعتی و تجاری کاربردهای زیادی دارد. در این محیط‌ها فرکانس رادیویی زیاد است و فناوری زیگبی می‌تواند داده‌ها را از طریق این محیط‌های فرکانس رادیویی انتقال دهد.

• یکپارچه سازی عملکرد دستگاه‌های هوشمند در شبکه Zigbee

پایه نسخه پروتکل Zigbee 3.0 همان استاندارد IEEE 805.15.4 است. اما مزیت پروتکل Zigbee 3.0 این است که می‌تواند تمام خصوصیات و کاربردهای دستگاه‌های هوشمند را با هم ادغام کند. به این صورت، دستگاه‌های هوشمند در همان شبکه با یکدیگر ارتباط دارند، هر چند که این دستگاه‌ها توسط برندهای مختلف طراحی‌ شده باشند و کارکردشان با یکدیگر متفاوت باشد. علاوه‌ بر این، پروتکل زیگبی ۳ این امکان را به وجود می‌آورد که دستگاه‌های هوشمندی که توسط برندهای مختلف طراحی شده‌اند در شبکه با یکدیگر قابلیت تعامل را داشته باشند. اگر شما شبکه‌های سیستم زیگبی 3 را به دامنه IP متصل بکنید می‌توانید با اتصال به اینترنت با دستگاه‌هایی مثل اسمارت فون و تبلت به اینترنت عملیات‌های نظارت و کنترل را انجام دهید.

اتحاد Zigbee چیست؟

یکی از اهداف اتحاد زیگبی ایجاد یک زبان جهانی است که به دستگاه‌های هوشمند زیگبی این امکان را می‌دهد تا همکاری نزدیکی با یکدیگر داشته باشند. برای مثال، کاربران زیگبی ممکن است از برندهای متفاوت دستگاه‌های هوشمند پروتکل Zigbee را خریداری کنند و آن‌ها را در خانه خود مستقر کنند. با این‌که برندهای سازنده این دستگاه‌های هوشمند با همدیگر متفاوت هستند، اما با استاندارد اتحاد زیگبی این دستگاه‌ها می‌توانند در خانه هوشمند در شبکه زیگبی به خوبی با هم کار کنند.

یکی دیگر از اهداف اتحاد زیگبی این است که به شرکت‌هایی که دستگاه‌های هوشمند زیگبی را طراحی می‌کنند این امکان را می‌دهد تا طراحی دستگاه‌های خود را براساس یک پلتفرم مشترک انجام دهند و به این صورت در پیشرفت اینترنت اشیاء در سطح جهانی نقش بسزایی داشته باشند. در اتحاد زیگبی شرکت‌های بسیاری وجود دارند. برخی از این شرکت‌ها مثل آمازون، گوگل، سامسونگ و IKEA بسیار معروف هستند،

مشخصات پروتکل زیگبی Zigbee Protocol چیست؟

مشخصات Zigbee بسیار هستند ما در این بخش در مورد مشخصات متعدد ماژول Zigbee توضیح می‌دهیم.

• حمایت پروتکل Zigbee از انواع آرایه بندی‌های شبکه‌ای

زیگبی می‌تواند از بسیاری از آرایه بندی‌های شبکه‌ای حمایت کند. برای مثال، شبکه زیگبی می‌تواند از شبکه‌های توری اتصال نقطه  به نقطه و اتصال نقطه به چند نقطه حمایت کند.

• کاهش مصرف برق و تأخیر در شبکه Zigbee

سیستم پروتکل Zigbee نیاز به مصرف برق زیادی ندارد. بنابراین، عمر باتری‌های دستگاه‌هایی که از پروتکل Zigbee استفاده می‌کنند، افزایش پیدا کرده است. همچنین، تأخیر در شبکه Zigbee کم است و برنامه زیگبی با سرعت عملیات‌های خود را انجام می‌دهد.

• بسط گره‌های بیشتر در شبکه، امنیت ارتباطات و عدم برخورد سیگنال‌ها در زیگبی

استاندارد Zigbee دارای طیف گسترده توالی مستقیم است. شبکه زیگبی می‌تواند تا حدود ۶۵ هزار گره را در خود جای دهد و آن‌ها را به یکدیگر مرتبط سازد. همچنین، این شبکه از رمز نگاری برای ارتباطات امن برای انتقال داده‌های خود استفاده می‌کند. به‌علاوه، شبکه زیگبی از این اطمینان حاصل می‌کند که سیگنال‌هایی که توسط گره‌های متفاوت در شبکه به یکدیگر ارسال می‌شوند، با یکدیگر برخورد نداشته باشند.

• درخواست مجدد انجام عملیات، تأیید دریافت و ارسال پیام و ادغام رفتار گره‌ها در شبکه

در سیستم پروتکل Zigbee ویژگی‌هایی مثل درخواست‌های مجدد برای انجام عملیات و کارکرد تأیید دریافت یا ارسال پیام هم وجود دارد. برنامه پروتکل زیگبی از دستگاه پایه استفاده می‌کند تا گره‌هایی که کاربرد خاصی درون شبکه زیگبی دارند رفتار و عملکردشان یکسان باشد.

• افزایش امنیت شبکه و تطبیق پذیری بالای پروتکل Zigbee

گره‌هایی که در شبکه‌ها وجود دارند که رفتار و عملکردشان با سیستم امنیتی همان شبکه تطابق پیدا می‌کند. ماژول  Zigbee 3.0 نه‌ تنها می‌تواند با دامنه و پوشش فزاینده و پیچیدگی شبکه‌های بی‌سیم خود را تطبیق بدهد، بلکه می‌تواند با شبکه‌های محلی که در آنها حدود ۲۵۰ گره وجود دارد هم کار کند. در این شبکه‌ها ممکن است گرده‌ها رفتارهای پویایی وجود داشته باشند. برای مثال، گره‌های درون شبکه ممکن است ناپدید شوند و مجدداً در آن شبکه پدیدار شوند یا برخی از گره‌ها به دلیل از بین رفتن گره‌های والدشان ممکن است تنها باشند. در این صورت، زیگبی می‌تواند آن‌ها را به یک گرهٔ والد جدید اختصاص دهد.

• ترمیم خودکار در شبکه Zigbee

ویژگی خوب دیگری که شبکه زیگبی دارد این است که در صورت وجود اختلال، به‌ آسانی مشکل خود را رفع یا تعمیر کند. پس در صورتیکه گره‌های درون آن ناپدید شوند، هیچ اختلالی در مسیریابی داخل درون شبکه به وجود نیاید.