ساخت خانه‌های هوشمند طی چند سال گذشته به یک موضوع داغ در میان علاقه‌مندان به دنیای فناوری تبدیل شده است. خانه‌های هوشمند علاوه بر راحتی بیشتری که برای ساکنین خود به ارمغان می‌آورند، بهره‌وری بیشتری در مصرف انرژی دارند. دستاورهای امروزی برای ساخت خانه یا محیط کار هوشمند به واسطه فناوری‌های مهمی مثل پروتکل زیگبی قابل پیاده سازی است. شاید بپرسید Zigbee چیست و چه اهمیتی در ساخت یک دنیای مدرن دارد؟ برای آشنایی با این فناوری در این مقاله با شرکت هوشمندسازی خانه و ساختمان فریتز همراه شوید.
فهرست مطالب
فناوری ارتباط بی سیم زیگبی به واسطه مزایای متعددی که در اختیار ما قرار می‌دهد، به گزینه مناسبی برای ایجاد خانه هوشمند بی سیم و همچنین استفاده در حوزه اینترنت اشیاء تبدیل شده‌است.
با وجود اهمیت پروتکل زیگبی برای مرتبط کردن دستگاه‌های الکترونیکی مختلف، شاید درک عملکرد و تفاوت آن با بلوتوث یا Wi-Fi برای افرادی که با فناوری‌های بی سیم آشنایی ندارند سردرگم کننده به نظر برسد.
در این مقاله می‌خواهیم به این پرسش‌ها پاسخ دهیم که تکنولوژی زیگبی چیست و چه کاربردی دارد؟ مزایا و معایب پروتکل Zigbee کدامند و چگونه می‌توانیم از این فناوری برای ایجاد یک خانه یا محیط کار هوشمند استفاده کنیم؟
پروتکل Zigbee چیست؟
برای معرفی پروتکل Zigbee، باید بگوییم که ارتباط زیگبی پروتکلی مبتنی بر استاندارد IEEE 802.15.4 است. این پروتکل برای ارتباط دستگاه‌های هوشمند که به پهنای باند زیادی نیاز ندارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد و در حقیقت جایگزینی برای Wi-Fi و Bluetooth محسوب می‌شود.
اگر تعریف زیگ بی برایتان پیچیده و فنی به نظر می‌رسد، درک این مفهوم با یک مثال آسان‌تر می‌شود. اگر یک لامپ و کلید هوشمند با قابلیت پشتیبانی از Zigbee داشته باشیم اما توسط شرکت‌های متفاوتی ساخته شده باشند، سیستم زیگ بی به عنوان استاندارد مشترک بین آنها عمل کرده و امکان کنترل لامپ با استفاده از کلید را فراهم می‌کند.
تاریخچه زیگبی
تاریخچه زیگبی به اواخر دهه 90 میلادی باز می‌گردد. در آن زمان مهندسین می‌خواستند تا شبکه‌های رادیویی جدیدی را ایجاد کنند که بدون نیاز به اعمال تنظیمات اضافی یا استفاده از مدیر شبکه، به طور خودکار سازماندهی شوند. در نتیجه‌ی این تلاش‌ها، استاندارد IEEE 802.15.4 در سال 2003 میلادی تکمیل شد و در سال 2004 نیز مشخصات پروتکل Zigbee به تصویب رسید.
نمایندگی پارکینگ هوشمند؛ فروش سیستم هوشمند سازی پارکینگ
کاربردهای تکنولوژی زیگبی چیست؟
پس از آشنایی با استاندارد زیگبی، شاید بپرسید که کاربردهای پروتکل زیگبی چیست؟ باید بگوییم که این فناوری کاربردهای مختلفی در حوزه اتوماسیون خانگی، اتوماسیون ساختمان، کنترل صنعتی، مراقبت‌های بهداشتی و شبکه هوشمند دارد.
پروتکل Zigbee در خانه هوشمند کاربرد گسترده‌ای دارد و برای کنترل چراغ‌ها، لوازم خانگی، ترموستات‌ها و سیستم‌های امنیتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به علاوه می‌توانیم از پروتکل Zigbee برای مدیریت انرژی یا به عبارت دیگر کنترل سیستم‌های گرمایشی، سرمایشی و تهویه استفاده کنیم.
یکی از کاربردهای زیگبی در اتوماسیون ساختمان است. پروتکل زیگبی را می‌توانیم برای کنترل روشنایی، کنترل سیستم‌های نظارتی، مدیریت مصرف انرژی و کنترل سیستم‌های گرمایشی، سرمایشی و تهویه استفاده کنیم.
همچنین بخوانید: موتورخانه هوشمند چیست؟
کاربرد زیگ بی در کنترل صنعتی قابل انکار نیست. از این فناوری برای نظارت و کنترل فرآیندها، ردیابی و نظارت بر پارامترهای مختلف صنعتی و وضعیت دستگاه‌های صنعتی مهم استفاده می‌شود. شبکه زیگ بی هزینه ارتباطات را کاهش می‌دهد و امکان کنترل فرآیندهای صنعتی به طور پایدار را فراهم می‌کند.
پروتکل زیگبی را می‌توانیم برای نظارت بر شبکه‌های هوشمند، تسهیل مکان‌یابی خطا در شبکه، مدیریت توان راکتیو و نظارت بر دما از راه دور مورد استفاده قرار دهیم. اندازه‌گیری هوشمند و خواندن کنتور از راه دور امکان تعیین میزان مصرف انرژی به طور لحظه‌ای و مقابله با سرقت را فراهم می‌کند.
بیشتر بخوانید: پروتکل KNX چیست؛ کاربردها و مزایای استاندارد کی ان ایکس
نقش زیگبی در هوشمند سازی ساختمان
در خانه‌های هوشمند، دستگاه‌های مختلف می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند تا مثلا امکان تنظیم روشنایی منزل به طور بهینه و هوشمندانه فراهم شود یا زمانی که دوربین امنیتی صاحب خانه را شناسایی کرد، به طور خودکار درب منزل برای او باز شود.
در این مثال‌ها، سنسورها و دوربین‌های امنیتی به ترتیب با چراغ‌ها و قفل درب ورودی ارتباط برقرار می‌کنند که می‌تواند از طریق پروتکل‌های مختلفی مانند Zigbee یا Z-Wave انجام شود.
پروتکل Zigbee در خانه هوشمند چه کاری انجام می‌دهد؟
همانطور که در بخش قبلی مقاله عنوان شد، دستگاه‌های موجود در خانه‌های هوشمند به یکدیگر متصل هستند و اطلاعات مختلفی را با یکدیگر مبادله می‌کنند. برای اتصال این دستگاه‌ها می‌توانیم از فناوری‌های ارتباطی مختلفی مثل بلوتوث یا شبکه Wi-Fi استفاده کنیم که به دلیل مصرف بیش از حد انرژی الکتریکی، محدودیت برد و غیره برای این کار مناسب نیستند.
به علاوه، تمامی دستگاه‌های موجود در یک منزل یا مکان‌های مختلف توسط یک شرکت تولید نمی‌شوند و برای اینکه بتوانند در یک شبکه با یکدیگر کار کنند به پروتکل مشترکی نیاز دارند. پروتکل Zigbee در خانه هوشمند می‌تواند موانع اتصال دستگاه‌ها به یکدیگر را رفع کند.
همچنین بخوانید: ترموستات هوشمند چیست؟
استانداردها و مشخصات پروتکل زیگبی
انجمن Zigbee، وظیفه تدوین و بروزرسانی مشخصات پروتکل Zigbee را بر عهده دارد. این فناوری بر پایه استاندارد IEEE 802.15.4 و با افزودن لایه‌های امنیتی بروزرسانی شده‌است.
شبکه زیگبی در فرکانس‌های 868 مگاهرتز، 915 تا 921 مگاهرتز و 2.4 گیگاهرتز کار می‌کند و سرعت آن به 40 تا 250 کیلوبیت بر ثانیه می‌رسد.
شرکت‌های سازنده تجهیزات الکترونیکی می‌توانند نسخه‌های سفارشی خودشان را از پروژه زیگبی ایجاد کنند. مهمترین انواع پروتکل زیگبی عبارتند از Zigbee PRO، Zigbee RF4CE و Zigbee IP.
پروتکل Zigbee PRO چهارچوبی را برای اینترنت اشیاء ایجاد می‌کند که امکان پشتیبانی از شبکه‌های کم هزینه و پایدار برای ایجاد ارتباط بین وسایل الکترونیکی را دارد. این پروتکل، ویژگی جدیدی را با عنوان Green Power ارائه می‌دهد که از دستگاه‌هایی که خودشان، به طور مستقل انرژی خودشان را تامین می‌کنند و به باتری و اتصال به شبکه برق نیازی ندارند، پشتیبانی می‌کند.
پروتکل Zigbee RF4CE برای طیف وسیعی از دستگاه‌های الکترونیکی مانند تلویزیون و ست‌تاپ باکس طراحی شده‌است.
پروتکل Zigbee IP استاندارد بهینه‌شده‌ای برای شبکه‌های مش بی‌سیم مبتنی بر پروتکل IPv6 محسوب می‌شود و برای کنترل دستگاه‌های کم‌هزینه و کم مصرف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
دستگیره هوشمند؛ قیمت و خرید دستگیره دیجیتال
شبکه Zigbee چیست؟
دستگاه‌های موجود در خانه هوشمند، شرکت‌ها، بیمارستان‌ها و غیره می‌توانند از طریق ارتباط زیگبی به یکدیگر متصل شوند. در نتیجه اتصال تمامی این دستگاه‌ها به یکدیگر، یک شبکه ایجاد می‌شود.
تکنولوژی زیگ بی از تکنیک ارتباط پوینت تو پوینت استفاده نمی‌کند؛ در این روش اتصال دو دستگاه به یکدیگر متصل می‌شوند. پروتکل Zigbee در یک شبکه Mesh کار می‌کند و از آنجایی که امکان اتصال چندین دستگاه الکترونیکی مختلف به یکدیگر را فراهم می‌کند، برای ایجاد ساختمان هوشمند مناسب است.
معماری زیگبی
شبکه توری یا شبکه مش یک شبکه محلی است که با استفاده از ساختار Full Mesh یا Partial Mesh پیاده‌سازی شده است. در ساختار Full Mesh، هر گره که یک دستگاه الکترونیکی هوشمند را نمایندگی می‌کند، مستقیماً به گره‌های دیگر شبکه متصل می‌شود. اما در ساختار Partial Mesh گره‌هایی وجود دارند که به همه گره‌های شبکه به طور مستقیم متصل نیستند.
در پروتکل Zigbee سه نوع گره مختلف شامل هماهنگ کننده‌ها، روترها و دستگاه‌های نهایی وجود دارند. اگرچه هر یک از گره‌ها می‌توانند داده‌ها را دریافت و ارسال کنند اما نقش متفاوتی را در شبکه بازی می‌کنند.
شبکه Zigbee از حداقل یک هماهنگ کننده تشکیل می‌شود که وظیفه مدیریت و ذخیره‌سازی داده‌های شبکه را بر عهده دارد. روترها گره‌های میانی هستند که داده‌ها را از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل می‌کنند. دستگاه‌های نهایی، دستگاه‌های الکترونیکی کم مصرف یا باتری‌دار هستند که تنها می‌توانند با هماهنگ‌کننده‌ها و روترها تبادل داده داشته باشند.
همچنین بخوانید: کاربرد سیستم BMS ساختمان (سیستم خانه هوشمند BMS)
مزایای پروتکل زیگ بی چیست؟
پروتکل زیگبی مزایای متعددی را برای ارتباط دستگاه‌های مختلف به ما پیشنهاد می‌کند. برخی از نقاط قوت هاب زیگبی عبارتند از:
- ساختار شبکه انعطاف‌پذیر.
- برق مصرفی کم.
- تعمیر و نگهداری آسان.
- پشتیبانی از گره‌های متعدد تا 6500 گره.
- هزینه پیاده‌سازی کم.
- سهولت در پیاده‌سازی شبکه Zigbee.
- پایداری و قابلیت اطمینان بالا.
- مقیاس‌پذیری شبکه Zigbee و امکان افزودن دستگاه جدید.
- نظارت و کنترل دستگاه‌های الکترونیکی به سادگی در شبکه Zigbee امکان‌پذیر است.
معایب پروتکل Zigbee
هر فناوری معایبی دارد و پروتکل زیگبی نیز از این قاعده مستثنی نیست. معایب پروتکل Zigbee عبارتند از:
- امنیت کمتر Zigbee در مقایسه با WiFi.
- هزینه بالای جایگزین ساختن دستگاه‌های خراب در شبکه Zigbee.
- سرعت کم تبادل داده.
- به دلیل محدودیت در پوشش شبکه، برای ارتباط بی‌سیم در فضای باز مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.
- ریسک بالای استفاده از زیگبی در کارهای اداری به دلیل امنیت کمتر آن در مقایسه با شبکه WiFi.
- به طور مشابه با سایر شبکه‌های بی‌سیم، امکان دسترسی غیرمجاز به شبکه زیگبی وجود دارد.
راه اندازی زیگبی
برای ایجاد خانه هوشمند، به یک هاب زیگبی در کنار سنسورها، لامپ و دیگر وسایلی که از این پروتکل پشتیبانی می‌کنند نیاز داریم. هاب Zigbee به صورت یک هماهنگ کننده برای کل شبکه خانه هوشمند زیگبی عمل می‌کند و وظیفه کنترل دستگاه‌های متصل به شبکه، دریافت اطلاعات و ارسال فرمان به این دستگاه‌ها را بر عهده دارد.
راه اندازی زیگبی طی چند مرحله امکان‌پذیر است. پس از روشن کردن و اتصال هاب به مودم و پریز برق، یکی از برنامه‌های مدیریت شبکه خانه هوشمند زیگبی روی گوشی هوشمند مانند Smart Life را نصب کنید. در محیط برنامه می‌توانید هاب، سنسورها، لامپ و غیره را اضافه کنید.
می‌توانید دستورات مشخصی را تعریف کنید. مثلا در صورتی که سنسور درب ورودی، سیگنال باز شدن آن را ارسال کند، لامپ راهرو برای مدت زمان مشخصی روشن شود یا زمانی که دما یا رطوبت به سطح مشخصی برسد، سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی یا تهویه روشن شوند.
به علاوه امکان تعریف مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها برای موقعیت‌های مشخص مثلاً زمان خواب وجود دارد تا درب و پنجره‌ها قفل، سیستم‌های امنیتی فعال و چراغ‌ها خاموش شوند.
محصولات زیگبی
امروزه محصولات مختلفی مانند پریز هوشمند، لامپ هوشمند، کلید هوشمند، سنسور هوشمند امنیتی، تجهیزات مراقبتی، صنعتی و غیره از پروتکل Zigbee پشتیبانی می‌کنند.
- چراغ‌های هوشمند مبتنی بر پروتکل Zigbee را می‌توانیم با استفاده از تلفن هوشمند، دستیار صوتی یا سیستم‌های اتوماسیون کنترل کنیم. می‌توانیم شدت نور یا رنگ چراغ را تغییر دهیم.
- ترموستات‌های هوشمند می‌توانند دمای خانه یا محل کار را با توجه به ترجیح کاربر، پیش‌بینی آب و هوا یا دیگر شاخص‌ها تنظیم کنند. این ترموستات‌ها را می‌توانیم با استفاده از اپلیکیشن گوشی هوشمند و از راه دور کنترل کنیم.
- اجزاء سیستم امنیتی شامل سنسورهای درب و پنجره، سنسورهای حرکت و دوربین‌های امنیتی را می‌توانیم با استفاده از اپلیکیشن تلفن هوشمند یا حتی پلتفرم‌های تحت وب مشاهده و کنترل کنیم.
- کلید پریز هوشمند، امکان نظارت بر مصرف برق تجهیزات متصل به آن را فراهم می‌کند و از راه دور قابل کنترل است.
- دستگاه‌های مراقب سلامتی مجهز به ماژول زیگ بی، امکان نظارت بر علائم حیاتی، پیگیری برنامه‌های درمانی با استفاده از دارو و ارسال اطلاعات به پزشکان را دارند.
محصولات مبتنی بر پروتکل Zigbee تنها به موارد اشاره شده در این مقاله محدود نمی‌شوند و این فناوری کاربرد بسیار گسترده‌تری دارد.
جمع‌بندی و پاسخ به سوالات پر تکرار
پروتکل Zigbee در خانه هوشمند فناوری ارتباطی قدرتمندی است که کاربردهای گسترده‌ای در هوشمندسازی خانه‌ها، ادارات و صنایع دارد. پروتکل زیگبی با مدیریت دستگاه‌های مختلف با برق مصرفی کم و قابلیت اطمینان بالا، آن را به انتخاب مناسبی برای ایجاد یک دنیای مدرن تبدیل کرده است.
برق مصرفی پایین، امکان استفاده از پروتکل زیگ بی را در دستگاه‌هایی که با باتری کار می‌کنند نیز فراهم می‌کند. به علاوه قابلیت انعطاف بالایی در افزودن دستگاه‌های جدید به یک محیط هوشمند دارد و تقریباً محدودیتی در افزودن دستگاه‌های جدید به شبکه وجود ندارد.
- نمایندگی برند خانه هوشمند ABB (ای بی بی) در ایران
- نمایندگی اشنایدر (برند خانه هوشمند Schneider) در ایران
امکان استفاده از پروتکل زیگبی برای هوشمندسازی خانه وجود دارد؟
بله، پروتکل زیگبی انتخاب مناسبی برای ساخت و تبدیل خانه‌های معمولی به خانه‌های هوشمند محسوب می‌شود. مصرف برق کم، هزینه پیاده‌سازی پایین، ارتباط پایدار و غیره این پروتکل را به گزینه مناسبی برای کنترل دستگاه‌های مختلف در محیط یک خانه هوشمند تبدیل کرده است.
کلید هوشمند زیگبی، چراغ، دوربین‌های نظارتی، دستگاه‌های سرمایشی و گرمایشی و دیگر دستگاه‌های دیجیتالی می‌توانند با یکدیگر ارتباط داشته باشند و امکان کنترل روشنایی، گرمایش، امنیت و سایر ویژگی‌های پیشرفته در خانه هوشمند زیگبی را فراهم کنند.
برد ماژول زیگبی چقدر است؟
برد ماژول زیگبی به عوامل مختلفی مانند موانع محیطی، تداخلات امواج الکترومغناطیسی و غیره بستگی دارد و به 10 تا 100 متر می‌رسد.
تفاوت های ZigBee و Z-Wave در چیست؟
Z-Wave و ZigBee فناوری‌های بی‌سیمی هستند که برای متصل کردن لوازم دیجیتالی هوشمند به یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. تفاوت‌های این دو پروتکل عبارتند از:
1- در حالی که Zigbee روی فرکانس‌های 2.4 گیگاهرتز یا 868 و 915 مگاهرتز کار می‌کند، Z-Wave از فرکانس 902.48 مگاهرتز استفاده می‌کند.
2- زمانی که Zigbee روی فرکانس 2.4 گیگاهرتز کار می‌کند، سرعت بالاتری در مقایسه با Z-Wave دارد اما افزایش سرعت بدون هزینه نیست و با افزایش برق مصرفی متناسب است.
3- از آنجایی که Zigbee و Z-Wave از فرکانس‌های متفاوتی استفاده می‌کنند، امکان تداخل این پروتکل‌ها با دستگاه‌های مختلفی نیز وجود دارد. بالاترین فرکانس زیگ بی یعنی 2.4 گیگاهرتز می‌تواند با شبکه Wi-Fi یا مایکروویو تداخل داشته باشد. فرکانس Z-Wave نیز می‌تواند با تلفن ثابت بی‌سیم، نمایشگرهای کوچک و غیره تداخل داشته باشد.
4- تمامی دستگاه‌های مبتنی بر پروتکل Z-Wave با یکدیگر سازگار هستند اما برخی از محصولات زیگبی با یکدیگر کار نمی‌کنند. اگر پروتکل Zigbee را انتخاب کرده‌اید، مطمئن شوید که نسخه یکسانی مانند Zigbee 3.0 دارند.
5- Z-Wave می‌تواند نهایتاً 232 دستگاه هوشمند را به یکدیگر متصل کند در حالی که امکان اتصال تا 65 هزار دستگاه به طور همزمان توسط پروتکل Zigbee وجود دارد.
ماژول زیگبی چیست؟
تمامی وسایل یک خانه از پروتکل Zigbee پشتیبانی نمی‌کنند. برد ماژول زیگبی می‌تواند به وسایل مختلف متصل شود و به عنوان گیرنده و فرستنده امواج رادیویی عمل کند. این ماژول‌ها طوری طراحی شده‌اند که به راحتی با وسایل مختلف خانگی، صنعتی، اداری و غیره ترکیب می‌شوند و بدین ترتیب می‌توانیم به راحتی یک خانه یا محیط کار را هوشمند کنیم.
