انواع پروتکل های خانه هوشمند و هوشمند سازی ساختمان BMS

پروتکل های هوشمند سازی امکان عملکرد یکپارچه و تبادل داده بین تجهیزات خانه هوشمند را فراهم می‌کنند؛ بنابراین انتخاب پروتکل مناسب تاثیر با اهمیتی روی عملکرد خانه هوشمند دارد. بی‌توجهی به ویژگی‌ هر یک از پروتکل های خانه هوشمند و انتخاب پروتکل نامناسب می‌تواند به کاهش دوام باتری تجهیزات هوشمند باتری‌خور، ناپایداری تجهیزات به دلیل پوشش ضعیف شبکه، قابلیت اطمینان کم و در نهایت نارضایتی مالک ساختمان منجر شود. امروزه، تعداد زیادی از پروتکل‌های هوشمند‌سازی ساختمان در دسترس ما قرار دارند که ویژگی‌های متفاوتی را نیز برای پاسخگویی به نیاز‌ها و عملکرد تجهیزات در شرایط مختلف ارائه می‌دهند. برای آشنایی با انواع پروتکل هوشمند سازی ساختمان و پروتکل های BMS، در این مقاله شرکت هوشمند سازی فریتز را همراهی کنید.

انواع پروتکل های هوشمند سازی ساختمان و خانه هوشمند

پروتکل های هوشمند سازی مجموعه‌ای از استانداردها هستند که نحوه ارتباط تجهیزات هوشمند را تعیین می‌کنند. پروتکل های خانه هوشمند یا پروتکل های BMS نقش زبان مشترک بین تجهیزات خانه هوشمند را بازی می‌کنند؛ یعنی تجهیزات هوشمند با استفاده از همین پروتکل‌ها می‌توانند با یکدیگر تبادل داده داشته باشند و به طور یکپارچه عمل کنند.

سازگاری و قابلیت یکپارچه‌سازی تجهیزات هوشمند برندهای مختلف، مهم‌ترین کاربرد انواع پروتکل های هوشمندسازی ساختمان محسوب می‌شود. بدون وجود استاندارد مشترک برای تبادل داده بین تجهیزات هوشمند ساخته شده توسط برندهای مختلف، این تجهیزات نمی‌توانند با یکدیگر تبادل داده داشته باشند و در نتیجه، نمی‌توانیم به بسیاری از قابلیت خانه هوشمند دسترسی داشته باشیم. اما همانطور که انسان‌ها به زبان‌های مختلفی با یکدیگر گفتگو می‌کنند، پروتکل های هوشمند سازی مختلفی با ویژگی‌ها، مزایا و معایب متفاوت نیز وجود دارند. انواع پروتکل هوشمند سازی منازل مسکونی و ساختمان عبارتند از:

پروتکل Wi-Fi

وای فای یکی از کاربردی‌ترین پروتکل‌های مورد استفاده در هر خانه‌ای است. مودم‌ها، روترها، گوشی‌های هوشمند و بسیاری از تجهیزات هوشمند از این پروتکل برای تبادل داده با یکدیگر و اتصال به شبکه اینترنت استفاده می‌کنند. وای فای از استاندارد IEEE 802.11 پیروی کرده و روی باندهای فرکانسی 2.4 و 5 گیگاهرتز کار می‌کند.

آموزش هوشمند سازی ساختمان | دوره آموزش خانه هوشمند

وای فای به طور گسترده توسط برندهای مختلف پشتیبانی می‌شود، می‌تواند محدوده یک ساختمان را به خوبی پوشش دهد و پهنای باند کافی برای انتقال حجم بالایی از داده‌ها را فراهم می‌کند. در مقابل، امکان تداخل امواج Wi-Fi با امواج الکترومغناطیسی سایر تجهیزاتی که از همین باند فرکانسی استفاده می‌کنند و تضعیف امواج وای فای در برخورد به موانعی مانند دیوار از جمله معایب این پروتکل هستند. به علاوه، تجهیزاتی که با استفاده از پروتکل Wi-Fi کار می‌کنند، مصرف برق بیشتری را در مقایسه با سایر پروتکل‌های کم مصرف دارند. مصرف زیاد انرژی موجب می‌شود که وای فای برای تجهیزات هوشمندی که با استفاده از باتری کار می‌کنند، مناسب نباشد.

پروتکل Zigbee در خانه هوشمند

پروتکل وایرلس زیگبی از فرکانس 2.4 گیگاهرتز برای تبادل داده بین تجهیزات هوشمند استفاده می‌کند. این پروتکل، در بین پروتکل‌های کم مصرف جا می‌گیرد و به همین دلیل برای متصل کردن تجهیزات هوشمند باتری‌خور و پیاده‌سازی شبکه اینترنت اشیا در فواصل کوتاه مناسب است. از آنجایی که زیگبی از توپولوژی مش استفاده می‌کند، از کار افتادن یکی از تجهیزات هوشمند موجب توقف شبکه یا قطع ارتباط سایر تجهیزات خانه با یکدیگر نخواهد شد.

از جنبه امنیت، پروتکل بی سیم لوازم خانگی زیگبی عملکرد نسبتاً قابل قبولی را دارد. این پروتکل، برای تبادل امن داده‌ها از استاندارد AES-128 استفاده می‌کند و توسعه‌دهنده این پروتکل نیز بروزرسانی‌های متعددی را برای برطرف کردن آسیب‌پذیری‌های امنیتی آن منتشر کرده است.

پروتکل هوشمند سازی Z-Wave

در بین انواع پروتکل های خانه هوشمند، زد ویو یکی از پُرکاربردترین پروتکل‌های بی‌سیم محسوب می‌شود که در فرکانس کمتر از 1 گیگاهرتز کار می‌کند. تجهیزات هوشمندی مبتنی بر پروتکل Z-Wave، به عنوان تکرار کننده عمل می‌کنند تا شبکه‌ای پایدار با پوشش گسترده ایجاد می‌شود. در صورت خرابی یکی از تجهیزات هوشمند، مسیر جدیدی از بین سایر تجهیزات برای تبادل داده برقرار می‌شود و این شبکه متوقف نخواهد شد.

زد ویو یکی از پروتکل‌های کم مصرف محسوب می‌شود و برای تبادل داده در سیستم روشنایی هوشمند، سیستم‌های امنیتی و ترموستات هوشمند مورد استفاده قرار می‌گیرد. پروتکل Z-Wave از استاندارد AES-128 برای رمزگذاری و تامین امنیت داده‌ها استفاده می‌کند.

پروتکل‌های Bluetooth و Bluetooth Low Energy

بلوتوث و بلوتوث کم مصرف (BLE)، از جمله فناوری‌های ارتباطی بی‌سیمی هستند که برای به کارگیری در تجهیزات کم مصرف طراحی شده‌اند. بلوتوث روی فرکانس 2.4 گیگاهرتز کار می‌کند و محدوده نسبتاً کوچکی را پوشش می‌دهد؛ بنابراین در حالی که برای تجهیزاتی که با باتری کار می‌کنند گزینه مناسبی است، نمی‌تواند پوشش مناسبی را برای خانه‌های بزرگ یا محیط‌های وسیع فراهم کند.

اگرچه بلوتوث امکانات بیشتری را در اختیار ما قرار می‌دهد اما انرژی بیشتری را نیز در مقایسه با BLE مصرف می‌کند. بلوتوث و بلوتوث کم مصرف برای تبادل داده و کنترل لامپ هوشمند، قفل هوشمند و انواع سنسورها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پروتکل‌ها از رمزگذاری AES-CCM برای حفظ امنیت داده‌ها استفاده می‌کنند.

پروتکل Thread

پروتکل Thread بر پایه پروتکل Zigbee توسعه یافته و از نظر ویژگی‌ها نیز شباهت زیادی به این پروتکل دارد. Thread برای برقراری ارتباط بین تجهیزات هوشمند کم مصرف در خانه‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد. پروتکل ترد از فرکانس 2.4 گیگاهرتز برای ارسال داده‌ها استفاده می‌کند و حداکثر سرعت انتقال داده در این پروتکل به 250 مگابیت بر ثانیه می‌رسد. قابلیت اتصال تجهیزات هوشمند به گوشی موبایل بدون استفاده از هاب، مهم‌ترین مزیت این پروتکل محسوب می‌شود.

پروتکل KNX خانه هوشمند

کی ان ایکس یکی از قدیمی‌ترین و کاربردی‌ترین پروتکل های خانه هوشمند محسوب می‌شود که به طور منبع باز در دسترس عموم قرار دارد. این پروتکل روی بستر سیمی کار می‌کند و در نتیجه پایداری و قابلیت اطمینان بیشتری در مقایسه با پروتکل‌های وایرلس دارد اما ضرورت سیم‌کشی می‌تواند هزینه بیشتری را برای مالک ساختمان به همراه داشته باشد.

پروتکل KNX علاوه بر راحتی و پایداری، امنیت بالایی نیز دارد. تجهیزاتی که بر پایه پروتکل KNX ساخته می‌شوند باید استاندارد EN-50941 (HBES/BACS) را رعایت کنند که از الزامات ایمنی محیطی، ایمنی الکتریکی، ایمنی عملکردی، سازگاری الکترومغناطیسی و پایداری تشکیل می‌شود.

پروتکل S-BUS

انواع پروتکل خانه هوشمند، پروتکل S-BUS را نیز شامل می‌شود که از کابل شبکه برای تبادل داده بین تجهیزات هوشمند استفاده می‌کند. این پروتکل امکان اتصال 250 دستگاه هوشمند را روی یک کابل فراهم می‌کند و حداکثر طول کابل نیز می‌تواند به 1200 متر برسد.

پروتکل Ethernet

یکی از انواع پروتکل های هوشمند سازی، پروتکل Ethernet است. این پروتکل سیمی است و دامنه آن ۱۰۰ متری است. از قابلیت اطمینان خوبی برخوردار است و حساسیت آن نسبت به تداخل الکترومغناطیسی پایین است.

پروتکل EnOcean

EnOcean یک پروتکل بی سیم برای خانه هوشمند و از پروتکل های BMS است که از تکنولوژی فشرده‌سازی انرژی باتری استفاده می‌کند. این پروتکل از تکنولوژی‌های مصرف کمتر برق، برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند و از نیاز به تعویض باتری در دستگاه ها جلوگیری می‌کند.

پروتکل هوشمند سازی X10

ایکس 10 یکی از قدیمی‌ترین پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند محسوب می‌شود که از سیم کشی برق ساختمان برای ارسال داده بین تجهیزات هوشمند استفاده می‌کند. در حالی که این پروتکل ضرورت سیم کشی مجدد برای اتصال تجهیزات هوشمند را از بین می‌برد، محدودیت حجم ارسال داده‌ها، سرعت پایین تبادل داده و ارسال داده به صورت یک طرفه می‌توانند ما را با محدودیت‌های مختلفی مواجه کنند.

 پروتکل X10 از تکنیک رمزگذاری داده‌ها پشتیبانی نمی‌کند و به همین دلیل، نمی‌توانیم آن را در بین پروتکل‌های امن هوشمند سازی خانه طبقه‌بندی کنیم.

پروتکل هوشمند سازی ساختمان UPB

پروتکل Universal Powerline Bus که با نام اختصاری UPB شناخته می‌شود، یکی از پروتکل های هوشمند سازی سیمی محسوب می‌شود که مانند پروتکل X10 از سیم کشی خانه برای تبادل داده استفاده می‌کند. UPB پایداری، سرعت و نرخ تبادل داده بالاتر و تاخیر کمتری در مقایسه با پروتکل X10 دارد و امکان ارتباط دو طرفه را نیز بین تجهیزات هوشمند فراهم می‌کند.

پروتکل UPB قابلیت ارتباط مستقیم از مبدا به مقصد (P2P) را دارد؛ بنابراین استفاده از هاب یا کامپیوتر برای مدیریت سیستم ضرورت ندارد. در حالی که پروتکل X10 حداکثر از 256 دستگاه پشتیبانی می‌کند، پروتکل UPB امکان پشتیبانی از 60 هزار دستگاه را در یک شبکه فراهم می‌کند.

پروتکل خانه هوشمند Insteon

 از دیگر پروتکل های ساختمان هوشمند، پروتکل Insteon است. ترکیبی از فناوری بی‌سیم و باسیم در ساختار آن استفاده شده از همین رو طرفداران زیادی دارد‌. برای برطرف کردن مشکلات و کمبودهای شبکه‌های بی‌سیم و باسیم، از شبکه مش دوگانه برای آن استفاده شده است. از همین رو برای انتقال یک پیام چندین راه ارتباطی وجود دارد.

این پروتکل با X10 نیز سازگار است از همین رو می‌توان قابلیت بی‌سیم را بدون هیچ مشکلی به شبکه X10 متصل نمود. از دیگر مزایای آن می‌توان به کارایی و استفاده آسان اشاره نمود.

پروتکل Gw-bus

 پروتکل هوشمند سازی ساختمان GW-bus توسط طراحان فناوری گلدور توس طراحی شده که برای برقراری ارتباط میان تجهیزات مختلف، فرکانس ۴۳۴ مگاهرتز رادیویی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از همین رو اطلاعات میان نودهای شبکه رمزنگاری می‌شوند و امنیت را در شبکه بالا می‌برد.

استفاده از آن آسان بوده و نیازی به تغییر سیم‌کشی ساختمان نیست. تجهیزات آن به دلیل کوچک بودن اندازه سخت‌افزارها کوچک است. محدوده دسترسی نودها نیز تا ۱۵۰ متر است.

پروتکل PLC BUS

 این پروتکل باسیم است و برای ارتباط میان دستگاه‌های مختلف خانه از سیم‌کشی برق استفاده می‌کند. پروتکل PLC BUS عملکردی مشابه X10 داشته و بسیاری از معایب آن را برطرف کرده است؛ اما با پروتکل X10 سازگار نیست.

تجهیزات خانه هوشمند و هوشمند سازی ساختمان + قیمت خانه هوشمند

پروتکل Modbus

پروتکل خانه هوشمند مود باس یکی از کاربردی‌ترین انواع پروتکل های BMS محسوب می‌شود که برای انتقال داده از تجهیزاتی مانند سنسورهای اندازه‌گیری دما، رطوبت و غیره به کنترل کننده مرکزی استفاده می‌شود. این پروتکل به طور منبع باز در دسترس عموم قرار دارد و داده‌ها را روی بستر سیمی و از طریق خطوط سریال بین تجهیزات الکترونیکی ارسال می‌کند؛ بنابراین پایداری بالایی دارد و داده‌ها را با نرخ خطای پایینی ارسال می‌کند. امنیت پایین، محدودیت تعداد دستگاه‌های قابل اتصال به شبکه مد باس و محدودیت حجم داده‌ها از جمله معایب این پروتکل هستند.

معیارهای انتخاب پروتکل های خانه هوشمند

انتخاب پروتکل مناسب یکی از مهم‌ترین چالش‌های شرکت‌های سازنده تجهیزات خانه هوشمند محسوب می‌شود. امروزه پروتکل‌های متعددی در دسترس ما قرار دارند که می‌توانند ویژگی‌ها، مزایا و معایب متفاوتی داشته باشند. به همین دلیل، آشنایی با مشخصات انواع پروتکل هوشمند سازی ساختمان برای انتخاب پروتکل مناسب ضرورت دارد. مهم‌ترین معیارهای انتخاب پروتکل ارتباطی خانه هوشمند عبارتند از:

• محدوده پوشش: ساختمان‌های مسکونی از نظر مساحت، زیرساخت و نوع سازه با یکدیگر تفاوت دارند. مشخصات پروتکل های خانه هوشمند باید با شرایط ساختمان مطابقت داشته باشند تا قرار گرفتن برخی از تجهیزات در محدوده خارج از پوشش شبکه، به ناپایداری عملکرد خانه هوشمند منجر نشود. برخی از پروتکل‌های وایرلس مانند Z-Wave پوشش گسترده‌تری را ارائه می‌دهند و به همین دلیل برای خانه‌های بزرگ مناسب‌تر هستند. پروتکل‌های دیگری مانند بلوتوث برد محدود‌تری دارند که برای فضاهای کوچک یا نواحی مشخصی از خانه مناسب هستند. نمودار شکل زیر، وضعیت پروتکل‌های مختلف را از نظر برد (محور عمودی) و سرعت (محور افقی) نمایش می‌دهد.

• سازگاری: انواع پروتکل خانه هوشمند از نظر سازگاری و پذیرش توسط برندهای مختلف با یکدیگر تفاوت دارند. برای مثال، پروتکل‌هایی مانند Wi-Fi به طور گسترده‌تری در مقایسه با Zigbee و Z-Wave پشتیبانی می‌شوند. پروتکل‌های اختصاصی معمولاً کمتر از پروتکل‌های منبع باز مورد استفاده قرار می‌گیرند اما از آنجایی که امکان تغییر این پروتکل‌ها وجود ندارد، تجهیزات مبتنی بر این پروتکل‌ها با یکدیگر سازگاری دارند. در مقابل، امکان سفارشی‌سازی و تغییر پروتکل‌های منبع باز می‌تواند به ناسازگاری تجهیزات خانه هوشمند منجر شود.
• مصرف برق: عوامل مختلفی موجب می‌شوند تا برق مصرفی تجهیزات خانه هوشمند با یکدیگر تفاوت داشته باشد. تجهیزاتی که با باتری کار می‌کنند، محدودیت‌هایی را از جنبه مصرف انرژی به همراه دارند که ما را به استفاده از پروتکل‌های کم مصرف سوق می‌دهند؛ بنابراین استفاده از پروتکل‌های کم مصرف مانند Zigbee و Z-Wave در تجهیزات باتری خود مانند سنسورها، قفل هوشمند، چشمی هوشمند درب و غیره موجب می‌شود تا دوام باتری افزایش یابد. تجهیزاتی که به طور مستقیم به شبکه برق متصل می‌شوند، محدودیت چندانی از جنبه مصرف انرژی ندارند.
• هزینه: انتخاب پروتکل های خانه هوشمند، تاثیر مستقیمی روی قیمت تجهیزات هوشمند سازی دارد. برخی از پروتکل های خانه هوشمند به طور منبع باز در دسترس عموم قرار دارند و در نتیجه برندهای سازنده تجهیزات خانه هوشمند می‌توانند بدون پرداخت هزینه اضافی از این پروتکل‌ها استفاده کند. در مقابل، پروتکل‌های دیگری نیز وجود دارند که دارای حقوق مالکیت معنوی هستند و برندها برای استفاده از این پروتکل‌ها، باید شرایط توسعه‌دهنده آن را برآورده سازند که معمولاً پرداخت هزینه خرید مجوز استفاده از این پروتکل‌ها را نیز شامل می‌گردد.
• پهنای باند: حجم تبادل داده‌ یکی از فاکتورهایی است که در تعیین پروتکل های هوشمند سازی نقش دارد. پروتکل خانه هوشمند باید پهنای باند و سرعت کافی برای ارسال داده‌ها را در اختیار داشته باشد تا با مشکلاتی مانند انباشتگی داده‌ها و تاخیر مواجه نشویم.تجهیزاتی مانند دوربین‌های نظارتی که حجم بالایی از داده‌های تصویری را ارسال می‌کنند، به پروتکلی نیاز دارند که پهنای باند و سرعت کافی برای ارسال داده‌های حجیم را فراهم کند. پروتکل های هوشمند سازی Wi-Fi و Ethernet می‌توانند پهنای باند کافی برای ارسال فایل‌های تصویری با کیفیت را فراهم کنند و در مقابل پروتکل‌های Zigbee و Z-Wave که پهنای باند کمتری دارند، برای تجهیزاتی مانند سنسورها مناسب هستند.

• امنیت: هکرها و مهاجمان سایبری به بخش جدایی ناپذیری از دنیای دیجیتالی امروزی تبدیل شده‌اند که از آسیب‌پذیری‌های مختلف برای رسیدن به اهدافشان استفاده می‌کنند. پروتکل های خانه هوشمند باید از امنیت کافی برای مقابله با دسترسی غیر مجاز به داده‌ها و نفوذ مهاجمین به خانه هوشمند برخوردار باشند. در این بین، پروتکل‌هایی که از لایه‌های امنیتی مختلف و تکنیک‌های رمزگذاری داده استفاده می‌کنند، مقاومت بیشتری در برابر حملات سایبری دارند.

سوالات متداول

جمع‌بندی

انتخاب گزینه مناسب از بین انواع پروتکل های ساختمان هوشمند، تاثیر زیادی در عملکرد خانه هوشمند دارد. پروتکل های هوشمند سازی باید بیشترین انطباق را با شرایط ساختمان داشته باشند تا تجهیزات هوشمند بتوانند با کمترین اختلال و بیشترین میزان قابلیت اطمینان، پایداری و مصرف انرژی محیط امن و راحتی را برای ما فراهم کنند.

تنوع پروتکل های هوشمند سازی یا پروتکل های BMS ما را قادر می‌سازد تا گزینه‌ای را انتخاب کنیم که بیشتری مطابقت را با شرایط ساختمان شامل بودجه، مساحت، زیرساخت، موانع، تداخل امواج، مصرف انرژی، سرعت و پهنای باند مورد نیاز برای تبادل داده و غیره داشته باشد. پروتکل های خانه هوشمند منبع باز، ما را قادر می‌سازند تا تجهیزات هوشمندی را بسازیم که به طور استاندارد عمل می‌کنند یا حتی می‌توانیم پروتکل‌های منبع باز را تغییر دهیم تا پروتکل سفارشی جدیدی مطابق با نیازهای ما ایجاد شود. با این وجود، تجهیزاتی که بر پایه پروتکل های هوشمند سازی سفارشی ساخته می‌شوند، احتمالاً سازگاری کمتری با تجهیزاتی دارند که بر پایه پروتکل اصلی ساخته می‌شوند.