در توضیح سیستم های نسل دوم هوشمند سازی ساختمان مبتنی بر اینترنت اشیا همواره از اتصالات نسل دوم نام برده می شود. مهمترین ویژگی این اتصالات بدون سیم بودن آن ها می باشد. این اتصالات دارای ویژگی های متنوعی هستند که هر کدام را برای مقاصد مختلفی در خانه های هوشمند مناسب می کند. زیگ بی (ZigBee) یکی از پرکاربردترین این نوع اتصالات است.
از این پروتکل ارتباطی در خانه های هوشمند بی سیم استفاده می شود. این نوع اتصال در زمره اتصال های کوتاه برد دسته بندی می شود همین موضوع باعث شده مناسب سیستم هایی باشد که اجزا فاصله زیادی از یکدیگر ندارند.
زیگ بی، اتصالی مناسب در خانه های هوشمند
امروزه اکثر دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل در خانه یا محل کار ما به نوعی به اینترنت متصل هستند تا داده‌ها را مشاهده یا کنترل کنند. اینترنت اشیا (IoT) به این وسایل الکترونیکی متصل اشاره دارد که نیاز به نظارت و کنترل دارند. در واقع، هر دستگاهی که در محیط اطراف ما وجود دارد و می‌تواند به هر نحوی داده ارسال یا دریافت کند، می‌تواند به عنوان یک شیء در اینترنت اشیا در نظر گرفته شود. هدف اصلی اینترنت اشیا، ایجاد شبکه‌ای از این دستگاه‌ها برای جمع‌آوری و تبادل داده‌ها به منظور نظارت و کنترل آنها از راه دور است. استاندارد Zigbee یکی از فناوری‌های بی‌سیم است که برای ارتباطات با برد کوتاه و کم‌مصرف در شبکه‌های اینترنت اشیا استفاده می‌شود. کلمه Zigbee از الگوی پرواز زنبورهای عسل گرفته شده است که در آن زنبورها به صورت گروهی و هماهنگ پرواز میکنند. این فناوری امکان ارتباطات بی‌سیم قابل اعتماد و کم‌مصرف را بین دستگاه‌های مختلف فراهم می‌کند.
اتحاد Zigbee یک سازمان غیرانتفاعی است که استانداردهای ارتباطات بی‌سیم را برای دستگاه‌های اینترنت اشیا توسعه می‌دهد. این سازمان متشکل از بیش از ۴۰۰ شرکت عضو است که در زمینه‌های مختلف فناوری فعالیت میکنند. اتحاد Zigbee با هدف ایجاد یک استاندارد جهانی برای ارتباطات بی‌سیم در اینترنت اشیا فعالیت می‌کند.
زیگ بی یک نمونه از اتصالات شبکه های هوشمند می باشد. این نوع اتصال که به صورت بی سیم می تواند دستگاه های مختلف را به هم متصل نماید به منظور به وجود آمدن یک پروتکل ارزان‌تر، در دسترس تر و امن تر نسبت به بلوتوث ابداع شد. زیگ بی یک اتصال برد کوتاه می باشد و به وسیله آن می توان ۶۴۰۰۰ دستگاه مختلف را به هم متصل کرد. از این اتصال در سیستم های هوشمند حمل و نقل و خانه های هوشمند استفاده می گردد.
این اتصال بسیار کم مصرف بوده و همین موضوع آن را مناسب اجزای خانه های هوشمند می کند. معمولا در سیستم های هوشمند نسل دوم اجزایی از خانه که به صورت مستقیم با انرژی الکتریکی مرتبط نیستند (مانند سنسورهای حرکتی) از این نوع اتصال بهره می برند.
ویژگی‌های کلیدی Zigbee
برخی از ویژگی‌های کلیدی فناوری Zigbee عبارتند از:
- قابلیت اطمینان بالا و مصرف انرژی کم: دستگاه‌ها می‌توانند برای مدت طولانی با باتری کار کنند.
- شبکه مش خود ترمیم: در صورت خرابی یک گره، شبکه به طور خودکار مسیر ارتباطی را تغییر می‌دهد.
- پشتیبانی از تعداد زیادی گره: Zigbee می‌تواند از هزاران گره در یک شبکه پشتیبانی کند.
- امنیت بالا: Zigbee از الگوریتم‌های رمزنگاری پیشرفته برای محافظت از داده‌ها استفاده می‌کند.
- سه باند فرکانسی: Zigbee از سه باند فرکانسی ۸۶۸ مگاهرتز، ۹۱۵ مگاهرتز و ۲.۴ گیگاهرتز پشتیبانی می‌کند.
در سال ۲۰۰۴، نسخه ۱.۰ Zigbee منتشر شد و در ۳۰ اکتبر ۲۰۰۷، نسخه ۲۰۰۷ Zigbee معرفی شد. دستگاه‌های خانگی هوشمند در ۲ نوامبر ۲۰۰۷ معرفی شدند. نسخه‌های Zigbee که قبل از سال ۲۰۰۷ منتشر شده‌اند، Zigbee 2004 نامیده میشوند، در حالی که نسخه‌های منتشر شده پس از سال ۲۰۰۷ به عنوان Zigbee 2006 شناخته میشوند. نسخه Zigbee 2004 دارای قابلیت‌های محدودتری است. Zigbee 2007 یک نسخه بهبود یافته است که ویژگی‌های بیشتری را ارائه می‌دهد و با نسخه‌های قبلی سازگار است.
-
پروفایل ۱ (که در همه دستگاه‌های Zigbee استفاده می‌شود): برای دستگاه‌های خانگی هوشمند و کاربردهای صنعتی ساده استفاده می‌شود.
-
پروفایل ۲ (یا Zigbee Pro): این پروفایل ویژگی‌های پیشرفته‌تری مانند پشتیبانی از شبکه‌های بزرگتر و قابلیت اطمینان بالاتر را ارائه می‌دهد.
دستگاه‌های Zigbee (پروفایل ۱) دارای یک پشته نرم‌افزاری محدود و فشرده هستند. در این پروفایل، دستگاه‌ها می‌توانند یکی از نقش‌های هماهنگ‌کننده Zigbee 2006، مسیریاب یا دستگاه انتهایی را داشته باشند. دستگاه‌های سازگار با Zigbee 2007 می‌توانند به راحتی به یک شبکه Zigbee 2006 متصل شوند و با آن ارتباط برقرار کنند.
ساختار شبکه زیگبی
برای درک بهتر نحوه عملکرد یک شبکه Zigbee، در این بخش به بررسی اجزای اصلی و توپولوژی‌های مورد استفاده در این شبکه‌ها می‌پردازیم.
اجزای اصلی شبکه زیگبی
برای ایجاد و برقراری ارتباط در یک شبکه Zigbee، سه جزء اصلی وجود دارد که هر کدام نقش خاصی را ایفا میکنند:
-
هماهنگ‌کننده Zigbee (ZC): این دستگاه مسئول راه‌اندازی و مدیریت شبکه است. هماهنگ‌کننده کانال ارتباطی را انتخاب می‌کند، آدرس‌ها را به دستگاه‌ها اختصاص می‌دهد و امنیت شبکه را تضمین می‌کند. در هر شبکه Zigbee تنها یک هماهنگ‌کننده وجود دارد، اگرچه این دستگاه می‌تواند به عنوان یک مسیریاب نیز عمل کند. همچنین، این دستگاه قادر به ذخیره اطلاعات مربوط به پیکربندی شبکه و دستگاه‌های متصل به آن است.
-
مسیریاب Zigbee (ZR): این دستگاه‌ها به گسترش محدوده شبکه کمک میکنند و امکان ارتباط بین دستگاه‌هایی را که در فاصله دورتری از هماهنگ‌کننده قرار دارند، فراهم میکنند. مسیریاب‌ها می‌توانند داده‌ها را از دستگاه‌های دیگر دریافت کرده و آنها را به مقصد نهایی ارسال کنند.
-
دستگاه‌های انتهایی Zigbee (ZED): این دستگاه‌ها نمی‌توانند به عنوان مسیریاب عمل کنند و تنها می‌توانند با هماهنگ‌کننده یا یک مسیریاب ارتباط برقرار کنند. این دستگاه‌ها معمولاً حسگرها یا دستگاه‌های کنترلی هستند که داده‌ها را جمع‌آوری کرده یا دستوراتی را اجرا میکنند. دستگاه‌های انتهایی برای کاهش مصرف انرژی، اغلب در حالت خواب قرار دارند و تنها در صورت نیاز بیدار میشوند.
توپولوژی‌های شبکه زیگبی
شبکه‌های Zigbee می‌توانند از توپولوژی‌های مختلفی استفاده کنند، از جمله توپولوژی ستاره، خوشه‌ای و مش. توپولوژی شبکه به نحوه اتصال دستگاه‌ها به یکدیگر اشاره دارد. در توپولوژی ستاره، همه دستگاه‌ها به طور مستقیم به هماهنگ‌کننده متصل میشوند. در توپولوژی خوشه‌ای، دستگاه‌ها به صورت گروهی به یک مسیریاب متصل میشوند و مسیریاب‌ها به هماهنگ‌کننده متصل میشوند. در توپولوژی مش، هر دستگاه می‌تواند با دستگاه‌های همسایه خود ارتباط برقرار کند و داده‌ها از طریق چندین مسیر مختلف به مقصد نهایی ارسال میشوند.
لایه فیزیکی و لایه MAC
لایه فیزیکی Zigbee بر اساس استاندارد IEEE 802.15.4 است که مشخصات فنی ارتباطات بی‌سیم را تعریف می‌کند. این استاندارد از سه باند فرکانسی ۸۶۸ مگاهرتز، ۹۱۵ مگاهرتز و ۲.۴ گیگاهرتز پشتیبانی می‌کند. نرخ بیت در هر باند فرکانسی متفاوت است:
-
۸۶۸ مگاهرتز: ۲۰ کیلوبیت بر ثانیه
-
۹۱۵ مگاهرتز: ۴۰ کیلوبیت بر ثانیه
-
۲.۴ گیگاهرتز: ۲۵۰ کیلوبیت بر ثانیه
در نسخه ۲۰۰۶، یک مفهوم جدید به نام “دستگاه خواب‌آلود” معرفی شد. این دستگاه‌ها برای کاهش مصرف انرژی، بیشتر زمان خود را در حالت خواب سپری میکنند و تنها در صورت نیاز بیدار میشوند. در حالت خواب، دستگاه‌ها نمی‌توانند داده‌ها را ارسال یا دریافت کنند، اما همچنان می‌توانند به شبکه متصل باشند. در نسخه‌های قبلی، دستگاه‌ها یا در حالت فعال بودند یا کاملاً خاموش بودند. در حالت فعال، دستگاه‌ها می‌توانند داده‌ها را ارسال یا دریافت کنند، اما مصرف انرژی آنها بالا است. در حالت خاموش، دستگاه‌ها کاملاً غیرفعال هستند و نمی‌توانند به شبکه متصل شوند.
لایه MAC (کنترل دسترسی به رسانه) مسئول مدیریت دسترسی دستگاه‌ها به کانال ارتباطی است. این لایه از الگوریتم CSMA/CA (دسترسی چندگانه با قابلیت حسگر حامل و اجتناب از برخورد) برای جلوگیری از تداخل بین دستگاه‌ها استفاده می‌کند. در این الگوریتم، قبل از ارسال داده‌ها، دستگاه‌ها کانال را بررسی میکنند تا مطمئن شوند که کانال آزاد است. اگر کانال آزاد باشد، دستگاه داده‌ها را ارسال می‌کند. اگر کانال مشغول باشد، دستگاه منتظر می‌ماند تا کانال آزاد شود و سپس داده‌ها را ارسال می‌کند.
در Zigbee، دو نوع آدرس برای دستگاه‌ها وجود دارد: آدرس کوتاه ۱۶ بیتی و آدرس بلند ۶۴ بیتی. آدرس کوتاه توسط هماهنگ‌کننده به دستگاه‌ها اختصاص داده می‌شود و در داخل شبکه استفاده می‌شود. آدرس بلند یک شناسه منحصر به فرد برای هر دستگاه است و در سطح جهانی استفاده می‌شود.
امنیت در Zigbee با استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری پیشرفته تضمین می‌شود. Zigbee از کلیدهای ۱۲۸ بیتی برای رمزنگاری و احراز هویت داده‌ها استفاده می‌کند. کلیدها می‌توانند به صورت متقارن یا نامتقارن باشند. در رمزنگاری متقارن، فرستنده و گیرنده از یک کلید مشترک برای رمزنگاری و رمزگشایی داده‌ها استفاده میکنند. در رمزنگاری نامتقارن، فرستنده و گیرنده از یک جفت کلید عمومی و خصوصی استفاده میکنند. کلید عمومی برای رمزنگاری داده‌ها و کلید خصوصی برای رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌شود.
Zigbee یک فناوری بی‌سیم قدرتمند و انعطاف‌پذیر است که برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای اینترنت اشیا مناسب است. این فناوری به دلیل قابلیت اطمینان بالا، مصرف انرژی کم، امنیت بالا و پشتیبانی از تعداد زیادی گره، به طور گسترده‌ای در خانه‌های هوشمند، اتوماسیون صنعتی، مراقبت‌های بهداشتی و سایر صنایع استفاده می‌شود. در آینده، انتظار می‌رود که Zigbee به یکی از فناوری‌های اصلی ارتباطات بی‌سیم در اینترنت اشیا تبدیل شود.
معماری Zigbee
لایه‌های شبکه Zigbee
پشته پروتکل Zigbee از چندین لایه تشکیل شده است که هر کدام وظایف خاصی را بر عهده دارند. این لایه‌ها به شرح زیر هستند:
-
لایه کاربرد (Application Layer): این لایه بالاترین لایه در پشته پروتکل Zigbee است و مسئولیت تعامل با کاربر و برنامه‌های کاربردی را بر عهده دارد. این لایه شامل پروفایل‌های مختلفی است که برای کاربردهای مختلف طراحی شده‌اند.
-
لایه شبکه (Network Layer): این لایه مسئول مسیریابی داده‌ها در شبکه است. این لایه از الگوریتم‌های مسیریابی مختلفی برای یافتن بهترین مسیر برای ارسال داده‌ها استفاده می‌کند.
-
لایه MAC (لایه کنترل دسترسی به رسانه): این لایه مسئول مدیریت دسترسی دستگاه‌ها به کانال ارتباطی است. این لایه از الگوریتم CSMA/CA برای جلوگیری از تداخل بین دستگاه‌ها استفاده می‌کند.
-
لایه فیزیکی (Physical Layer): این لایه پایین‌ترین لایه در پشته پروتکل Zigbee است و مسئولیت ارسال و دریافت سیگنال‌های فیزیکی را بر عهده دارد. این لایه بر اساس استاندارد IEEE 802.15.4 است.
پروفایل‌های Zigbee
Zigbee از دو پروفایل اصلی پشتیبانی می‌کند:
-
پروفایل ۱ (Zigbee): این پروفایل برای دستگاه‌های خانگی هوشمند و کاربردهای صنعتی ساده استفاده می‌شود. این پروفایل دارای یک پشته نرم‌افزاری محدود و فشرده است و از توپولوژی‌های ستاره، خوشه‌ای و مش پشتیبانی می‌کند.
-
پروفایل ۲ (Zigbee Pro): این پروفایل ویژگی‌های پیشرفته‌تری مانند پشتیبانی از شبکه‌های بزرگتر و قابلیت اطمینان بالاتر را ارائه می‌دهد. این پروفایل برای کاربردهای صنعتی پیچیده‌تر و شبکه‌های شهری هوشمند مناسب است.
امنیت در Zigbee
Zigbee از الگوریتم‌های رمزنگاری پیشرفته برای محافظت از داده‌ها استفاده می‌کند. این الگوریتم‌ها شامل موارد زیر هستند:
-
رمزنگاری متقارن با استفاده از کلیدهای ۱۲۸ بیتی
-
رمزنگاری نامتقارن با استفاده از کلیدهای عمومی و خصوصی
-
احراز هویت دستگاه‌ها با استفاده از کلیدهای از پیش به اشتراک گذاشته شده
-
کنترل دسترسی به شبکه با استفاده از لیست‌های کنترل دسترسی
قابلیت همکاری با سایر فناوری‌ها
Zigbee می‌تواند با سایر فناوری‌های بی‌سیم مانند Wi-Fi و Bluetooth همکاری کند. این قابلیت همکاری امکان ایجاد شبکه‌های ترکیبی را فراهم می‌کند که در آنها دستگاه‌های مختلف می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
مزایا و معایب Zigbee
مزایای Zigbee
-
مصرف انرژی کم
-
قابلیت اطمینان بالا
-
امنیت بالا
-
پشتیبانی از تعداد زیادی گره
-
قابلیت همکاری با سایر فناوری‌ها
معایب Zigbee
-
برد کوتاه
-
نرخ داده پایین
-
پیچیدگی پیاده‌سازی
کاربردهای Zigbee
Zigbee به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در طیف گسترده‌ای از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از این کاربردها عبارتند از:
-
خانه‌های هوشمند: Zigbee برای کنترل روشنایی، ترموستات، قفل درب، سیستم‌های امنیتی و سایر دستگاه‌های خانگی هوشمند استفاده می‌شود.
-
اتوماسیون صنعتی: Zigbee برای نظارت و کنترل فرآیندهای صنعتی، ماشین‌آلات و تجهیزات استفاده می‌شود.
-
مراقبت‌های بهداشتی: Zigbee برای نظارت بر بیماران، کنترل دستگاه‌های پزشکی و ردیابی تجهیزات پزشکی استفاده می‌شود.
-
شبکه‌های شهری هوشمند: Zigbee برای کنترل روشنایی خیابان‌ها، مدیریت ترافیک، نظارت بر محیط زیست و سایر کاربردهای شهری هوشمند استفاده می‌شود.
-
کشاورزی هوشمند: Zigbee برای نظارت بر شرایط خاک، کنترل آبیاری و سایر کاربردهای کشاورزی هوشمند استفاده می‌شود.
زیگبی چگونه کار می‌کند؟
زیگبی یک استاندارد باز برای یک شبکه مش بی‌سیم کم‌هزینه و کم‌مصرف است که هدف آن توسعه وسیع دستگاه‌ها برای کاربردهای کنترل و نظارت بی‌سیم است. با ساختار بر روی لایه فیزیکی و کنترل دسترسی به رسانه‌ای که در استاندارد IEEE 802.15.4 تعریف شده، به‌طور طبیعی از شبکه‌سازی مش پشتیبانی می‌کند و ارتباطات ایمن را به‌صورت پیش‌فرض ارائه می‌دهد.
با دستگاه‌های مبتنی بر زیگبی، شما یک سیستم مقاوم، پایدار و خودمدیریت شونده را خواهید داشت. دستگاه‌های زیگبی معمولاً بسیار ساده‌تر از دستگاه‌های استفاده‌کننده از پروتکل‌های دیگر مانند زی ویو هستند و ترجیح می‌دهند بر روی وظایف خاصی مانند حسگرهای حرکتی یا کم‌نور کردن نور تمرکز کنند، به جای اینکه سعی کنند عملکردهای مختلف را در یک دستگاه ترکیب کنند.
چرا از زگبی استفاده کنیم؟
هیچ یک از پروتکل های خانه هوشمند نمی‌توانند ادعا کنند که کامل یا بهترین گزینه برای هر کاربری هستن اما به یاد داشته باشید که انتخاب یک کنترل‌کننده خانه هوشمند که از پروتکل‌های مختلف (مانند زیگبی، زی ویو و WiFi) پشتیبانی کند و همچنین دارای یکپارچگی با خدمات اختصاصی و مبتنی بر فضای ابری باشد، بهترین راهکار برای هوشمند سازی است.
با این حال، زیگبی دلایل قانع‌کننده‌ای دارد که می‌تواند آن را به مرکز سیستم خانه هوشمند شما تبدیل کند، از جمله:
روشنایی
زیگبی تاریخچه گسترده‌ای در زمینه روشنایی دارد و گزینه‌های بیشتری برای دستگاه‌های مبتنی بر زیگبی نسبت به سایر پروتکل‌های خانه هوشمند وجود دارد، از جمله لامپ‌های LED، نوارهای RGB با تغییر رنگ، کلیدهای روشنایی، ماژول‌های دیمر و بسیاری موارد دیگر.
نیازهای پایین‌تری به انرژی
این یعنی طول عمر تجهیزات شما بسیار بالا خواهد بود و پس از به اتمام رسیدن انرژی با یک تعویض ساده باتری مجدد سیستم هوشمند خواهید داشت. عمر باتری تجهیزات زیگبی به طور معمول تا ۱۰ سال هست.
بهینه‌سازی شده برای دستگاه‌های باتری‌دار
به دلیل نحوه “خواب”(sleep) دستگاه‌های باتری‌دار( در این متن، کلمه “sleep” به حالتی اشاره دارد که دستگاه‌های باتری‌دار در آن به طور موقت غیرفعال میشوند تا مصرف انرژی را کاهش دهند. در این حالت، دستگاه‌ها به خواب می‌روند و تنها در مواقعی که نیاز به فعالیت دارند، روشن میشوند. این ویژگی به افزایش عمر باتری کمک می‌کند.) و نیازهای بسیار کم انرژی زیگبی، این پروتکل به‌طور ایده‌آل برای دستگاه‌های هوشمند مانند سنسورهای حرکتی، سنسورهای درب و سنسورهای آب مناسب است.
ثبات
زیگبی واقعاً یک شبکه ی خود ترمیم شونده به معنای تام است؛ دستگاه‌ها به‌طور خودکار وقتی یکی از دستگاه‌ها غیرفعال می‌شود، مسیر خود را تغییر می‌دهند.
امنیت
زیگبی از رمزگذاری AES 128 بیتی استفاده می‌کند، همان نوعی که توسط خدمات بانکداری آنلاین به کار می‌رود.
به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری
به روز رسانی از طریق (OTA) “Over the Air firmware”همیشه یکی از ویژگی‌های کلیدی زیگبی بوده است که به دستگاه‌های هوشمند این امکان را می‌دهد که به‌سادگی و به سرعت به‌روزرسانی شوند.
عبارت “Over the Air firmware” به فرآیند به‌روزرسانی نرم‌افزار دستگاه‌ها به‌صورت بی‌سیم اشاره دارد. به این معنی که بدون نیاز به اتصال فیزیکی، به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری می‌توانند از طریق اینترنت یا شبکه‌های بی‌سیم به دستگاه‌ها منتقل شوند. این ویژگی به کاربران این امکان را می‌دهد که به‌روزرسانی‌ها را به‌راحتی و سریعاً انجام دهند.
ظرفیت
بر خلاف سایر پروتکل‌ها، زیگبی از هزاران دستگاه در یک شبکه پشتیبانی می‌کند. این میزان در در واقع ۶۵,۰۰۰ دستگاه است! این تعداد بیشتر از حد نیاز حتی بزرگ‌ترین خانه‌ها است و به این معنی است که نیازی به داشتن چندین شبکه برای مدیریت نخواهید داشت.
قیمت‌گذاری
دستگاه‌های زیگبی به‌طور کلی بسیار مقرون به صرفه هستند و معمولاً قیمت آنها از دستگاه‌های مشابه با فناوری‌های دیگر مانند زی ویو و Wi-Fi بسیار کمتر است.
چه چیزهایی برای یک شبکه زیگبی نیاز دارم؟
برای یک سیستم خانه هوشمند معمولی، یک شبکه زیگبی پایه می‌تواند تنها با سه مؤلفه تشکیل شود:
هاب یا هماهنگ‌کننده زیگبی (ZC)
هماهنگ‌کننده زیگبی (ZC) معمولاً کنترل‌کننده خانه هوشمند است (گاهی اوقات به آن هاب، گیت‌وی یا پل-بریج نیز گفته می‌شود). وظیفه آن ایجاد شبکه، تنظیم و حفظ امنیت، افزودن دستگاه‌ها به شبکه و مدیریت ارتباطات بین آنها است. در یک شبکه زیگبی تنها می‌تواند یک هماهنگ‌کننده وجود داشته باشد و باید به‌طور دائمی به منبع تغذیه یا برق متصل باشد.
| ویژگی | Zigbee | Wi-Fi | Bluetooth | Z-Wave |
|---|---|---|---|---|
| مصرف انرژی | بسیار کم | بالا | متوسط | کم |
| برد | متوسط (۱۰-۱۰۰ متر) | بالا (۱۰۰-۳۰۰ متر) | کوتاه (۱۰-۳۰ متر) | متوسط (۳۰-۱۰۰ متر) |
| نرخ داده | پایین (۲۰-۲۵۰ کیلوبیت بر ثانیه) | بالا (مگابیت بر ثانیه) | متوسط (مگابیت بر ثانیه) | پایین (۹.۶-۱۰۰ کیلوبیت بر ثانیه) |
| تعداد گره‌ها | زیاد (۶۵۰۰۰) | متوسط (۲۵۵) | کم (۷) | متوسط (۲۳۲) |
| توپولوژی | مش | ستاره | ستاره | مش |
| امنیت | بالا | بالا | متوسط | بالا |
| پیچیدگی پیاده‌سازی | متوسط | کم | کم | متوسط |
| کاربردها | خانه‌های هوشمند، اتوماسیون صنعتی، مراقبت‌های بهداشتی، شبکه‌های شهری هوشمند | خانه‌های هوشمند، اینترنت، انتقال داده‌های حجیم | دستگاه‌های صوتی، لوازم جانبی کامپیوتر، پوشیدنی‌ها | خانه‌های هوشمند، اتوماسیون ساختمان |
روتر زیگبی (ZR):
روترهای زیگبی دستگاه‌های متصل به برق دائمی هستند و این‌ها زیرساخت شبکه زیگبی را فراهم میکنند. آنها ارتباطات بین دستگاه‌ها را هدایت میکنند تا یک مسیر واقعی از یک دستگاه به دستگاه دیگر ایجاد کنند. در یک شبکه زیگبی می‌تواند روترهای زیادی وجود داشته باشد و این‌ها معمولاً دستگاه‌های هوشمند مانند لامپ‌ها، پریزها، دوشاخه‌ها، کلیدهای روشنایی و ماژول‌های دستگاه‌ها هستند – معمولاً هر دستگاه زیگبی که به برق AC متصل باشد.
دستگاه انتهایی زیگبی (ZED) :
دستگاه‌های انتهایی ساده‌ترین دستگاه‌ها در شبکه هستند که تنها می‌توانند داده‌ها را ارسال یا دریافت کنند و نمی‌توانند وظایف مسیریابی را انجام دهند. این بدان معناست که آنها تنها می‌توانند با روترهای زیگبی یا به‌طور مستقیم با هماهنگ‌کننده زیگبی ارتباط برقرار کنند. دستگاه‌های انتهایی معمولاً با باتری کار میکنند و معمولاً دستگاه‌های هوشمندی مانند حسگرهای حرکتی، حسگرهای در، حسگرهای دما و قفل‌های در هستند.
سازگاری و تعامل‌پذیری زیگبی
در سال‌های اولیه، دستگاه‌های هوشمند زیگبی اغلب از پروتکل‌های “بسته” در لایه کاربرد استفاده می‌کردند، به این معنا که محصولات از فروشندگان مختلف نمی‌توانستند با یکدیگر تعامل داشته باشند. اما خوشبختانه این استاندارد از بسیاری جهات اصلاح شده است تا این مشکل را بهبود بخشد.
به‌طور کلی، دو پروفایل زیگبی در حال استفاده هستند: زیگبی لایت لینک (ZLL) و زیگبی اتوماسیون خانگی (ZHA). دستگاه‌های هر پروفایل باید به‌طور پیش‌فرض با یکدیگر کار کنند و به شرطی که کنترل‌کننده خانه هوشمند شما از یک پروفایل خاص پشتیبانی کند، دستگاه‌های آن پروفایل باید در آن کار کنند.
زیگبی همچنین از یک فرکانس واحد در سطح جهانی استفاده می‌کند – باند ۲.4GHz (همانند WiFi 2.4GHz). این بدان معناست که می‌توانید از دستگاه‌های مختلف از سرتاسر جهان در شبکه زیگبی خود استفاده کنید بدون اینکه نگران انتخاب فرکانس صحیح باشید!
همچنین یک استاندارد نوظهور به نام زیگبی ۳.۰ وجود دارد که پروفایل‌های ZLL و ZHA را ترکیب می‌کند و نقاط قوت هر یک را به یک استاندارد جدید تبدیل می‌کند. در بیشتر موارد، دستگاه‌های زیگبی ۳.۰ با کنترل‌کننده‌های زیگبی که تنها از ZLL یا ZHA پشتیبانی میکنند، سازگار هستند.
چه دستگاه‌هایی از زگبی استفاده میکنند؟
هزاران دستگاه از صدها تولیدکننده مختلف از زیگبی استفاده میکنند، بنابراین می‌توانید مطمئن باشید که احتمال بالایی وجود دارد که دستگاهی متناسب با اکثر نیازها پیدا کنید.
کنترل‌های درب گاراژ، قفل‌ها، چراغ‌ها، حسگرهای حرکتی، حسگرهای در، دتکتورهای دود، ترموستات‌ها، کنترل‌های از راه دور، آژیرها و دستگاه‌های خانگی همه به‌طور گسترده‌ای تحت پوشش قرار دارند.
زیگبی با حمایت برخی از بزرگ‌ترین شرکت‌های جهان، از جمله فیلیپس، نست، سامسونگ، تکسا، زیمنس و ویرپول، در حال حاضر در میلیون‌ها دستگاه خانه هوشمند در سراسر جهان به کار گرفته می‌شود. چراغ‌ها، ترموستات‌ها، آلارم‌ها، یخچال‌ها، درها، دستگاه‌های خانگی و کنتورهای utility – همه به زیگبی مجهز میشوند.
به‌تازگی شرکت‌هایی مانند آمازون، اپل و گوگل نیز شروع به ادغام زیگبی در بلندگوهای هوشمند و صفحه‌نمایش‌های هوشمند خود کرده‌اند!
آینده ZigBee
ZigBee به عنوان یکی از فناوری‌های اصلی ارتباطات بی‌سیم در اینترنت اشیا، آینده روشنی دارد. با رشد روزافزون اینترنت اشیا، انتظار می‌رود که استفاده از ZigBee نیز افزایش یابد. در آینده، ZigBee با سایر فناوری‌های بی‌سیم مانند 5G و Wi-Fi 6 ادغام خواهد شد تا شبکه‌های ترکیبی قدرتمندتری را ایجاد کند. همچنین، با توسعه استانداردهای جدید ZigBee، قابلیت‌ها و کاربردهای این فناوری نیز گسترش خواهد یافت.
در نتیجه، ZigBee یک فناوری بی‌سیم قدرتمند و انعطاف‌پذیر است که برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای اینترنت اشیا مناسب است. این فناوری به دلیل قابلیت اطمینان بالا، مصرف انرژی کم، امنیت بالا و پشتیبانی از تعداد زیادی گره، به طور گسترده‌ای در خانه‌های هوشمند، اتوماسیون صنعتی، مراقبت‌های بهداشتی و سایر صنایع استفاده می‌شود. در آینده، انتظار می‌رود که ZigBee به یکی از فناوری‌های اصلی ارتباطات بی‌سیم در اینترنت اشیا تبدیل شود.
آیا زیگبی بهتر از WIFI است؟
استانداردهای فعلی Wi-Fi به‌خوبی برای وظایف با پهنای باند بالا مانند پخش ویدیو، گوش دادن به موسیقی و بازی کردن برای چند دستگاه مشتری مانند رایانه‌ها، لپ‌تاپ‌ها، گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها مناسب هستند. متأسفانه، آنها برای موقعیت‌هایی که نیاز به ارتباط سریع بین تعداد زیادی از دستگاه‌ها با داده‌های کمتر وجود دارد، چندان مناسب نیستند.
بیشتر تجهیزات WiFi خانگی به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که از حداکثر تعداد خاصی از دستگاه‌های مشتری پشتیبانی کنند – معمولاً بین ۳۲ تا ۶۴ دستگاه. بنابراین، وقتی تمام دستگاه‌های Wi-Fi که در حال حاضر استفاده می‌کنید را جمع‌بندی کنید، ممکن است متوجه شوید که به این محدودیت‌ها نزدیک شده‌اید!
با این حال، توسعه Wi-Fi با سرعت ادامه دارد و دستگاه‌های جدید با استانداردهای Wi-Fi 6 اکنون در دسترس هستند که از سرعت‌های بالاتر، قابلیت اطمینان بهتر و تراکم بیشتر دستگاه‌های مشتری پشتیبانی میکنند. بنابراین، ممکن است دستگاه‌های هوشمند Wi-Fi بتوانند با فناوری‌هایی مانند زگبی و Z-Wave رقابت کنند، هرچند که برای بهره‌مندی از این بهبودها نیاز به ارتقاء زیرساخت Wi-Fi خود دارید.
زیگبی به‌طور خاص با توجه به این نیاز طراحی شده است، بنابراین بیشتر برای کاربردهای خانه هوشمند مناسب است.
کلید شبکه به‌طور مشترک توسط تمام دستگاه‌های موجود در شبکه برای انتقال امن پیام‌ها استفاده می‌شود. این کلید توسط یک “مرکز اعتماد” (Trust Center) تولید می‌شود که در بیشتر موارد، کنترل‌کننده خانه هوشمند خواهد بود.
زمانی که دستگاه‌های جدید به شبکه ملحق میشوند، کلید شبکه به آنها ارسال می‌شود تا بتوانند به‌طور امن با سایر دستگاه‌ها ارتباط برقرار کنند. این فرآیند به تضمین امنیت و یکپارچگی شبکه کمک می‌کند.
کلید شبکه هرگز به دستگاه‌ها به‌صورت غیررمزگذاری شده ارسال نمی‌شود. در عوض، از یک کلید لینک استاندارد پیش‌فرض زگبی برای حفاظت از کلید شبکه در حین انتقال به دستگاه‌های ملحق‌شونده استفاده می‌شود.این رویکرد امنیتی اطمینان می‌دهد که حتی در حین ارسال، کلید شبکه در برابر دسترسی غیرمجاز محافظت می‌شود و تنها دستگاه‌های مجاز می‌توانند به آن دسترسی پیدا کنند.
کلیدهای لینک نیز برای ارتباط رمزگذاری‌شده بین دستگاه‌ها استفاده میشوند و توسط مرکز اعتماد (Trust Center) تولید و ارائه میشوند. این امر یک لایه اضافی امنیتی فراهم می‌کند، زیرا به این معنی است که سایر دستگاه‌ها نمی‌توانند آن ارتباط را رهگیری کنند.
این مکانیزم باعث می‌شود که تبادل داده‌ها بین دستگاه‌ها ایمن‌تر باشد و از دسترسی غیرمجاز به اطلاعات جلوگیری کند. برای تأمین امنیت خانه هوشمند خود به‌طور کلی، پیاده‌سازی بهترین شیوه‌ها به منظور کاهش هرگونه مشکل احتمالی بسیار مهم است. رعایت استانداردهای صنعتی و فناوری‌های شناخته‌شده‌ای مانند Z-Wave و Zigbee، استفاده از گذرواژه‌های امن، اطمینان از امنیت اتصالات WiFi و Ethernet، به‌روز نگه‌داشتن نرم‌افزار دستگاه‌های هوشمند، هاب‌ها و دروازه‌ها، همگی به حفظ سلامت، ثبات و امنیت سیستم اتوماسیون خانگی شما کمک میکنند.
این اقدامات می‌توانند به جلوگیری از حملات سایبری و دسترسی غیرمجاز به دستگاه‌های شما کمک کنند و اطمینان حاصل کنند که سیستم شما به خوبی کار می‌کند.
برق وسایلی که با این راه بهم متصل میشن چجوری تامین میشه؟ اگه باتری میخورن چند وقت یه بار باید باتری هاشون تعویض بشه؟
برق تجهیزاتی که به وسیله پروتکل های بی سیم مثل زیگبی به هم یا سیستم مرکزی هوشمند ساختمانی متصل میشوند با باتری های عادی تامین میشوند. به علت مصرف بسیار پایین انرژی در این پروتکل های ارتباطی، باتری های معمولا بین شش ماه تا یک سال کار میکنند.همجنین این تجهیزات هشدار دهنده کاهش ظرفیت باتری دارن که پیش از تمام شدن باتری به شما از طریق اپلیکیشن خانه هوشمند اعلان میشه.