پروتکل zigbee چیست؟

چکیده

برای بررسی کاربرد این موضوع در خانه، Wi‑Fi یا Zigbee؟ کدام برای خانه هوشمند بهتر است؟ را هم بخوانید.

در مطالعه فضای هوشمند ربات خدمات خانگی، یک فناوری مهم نحوه ساخت یک شبکه ارتباطی است که دارای ویژگی های قابلیت اطمینان بالا و ساخت آسان باشد. در این مقاله، بر اساس ویژگی‌های پروتکل ZigBee، از فناوری ZigBee برای ساخت یک حسگر و شبکه عامل بی‌سیم استفاده شده است. چندین سرویس هوشمند مبتنی بر حسگر بی سیم ZigBee و شبکه بازیگر نشان داده شده است تا قابلیت اطمینان این شبکه ارتباطی را تأیید کند. حسگر بی سیم و شبکه بازیگر ZigBee یک پل اطلاعاتی برای اجزای موجود در فضای هوشمند ایجاد می کند، دستگاه های توزیع شده فضایی به طور یکپارچه به هم متصل می شوند. با استفاده از این شبکه، ربات می تواند اطلاعات انبوه را در فضای هوشمند به اشتراک بگذارد و عملکرد خود را با بسته های نوری بهبود بخشد، دستگاه های موجود در فضای هوشمند مانند لامپ، پرده را می توان به طور مستقل کنترل کرد.

Zigbee یک مشخصات مبتنی بر IEEE  برای مجموعه‌ای از پروتکل‌های ارتباطی سطح بالا است که برای ایجاد شبکه‌های منطقه شخصی با رادیوهای دیجیتال کوچک و کم مصرف، مانند اتوماسیون خانگی، جمع‌آوری داده‌های دستگاه‌های پزشکی و سایر موارد کم مصرف استفاده می‌شود.

نیازهای پهنای باند کم، طراحی شده برای پروژه های مقیاس کوچک که نیاز به اتصال بی سیم دارند.

از این رو، Zigbee یک شبکه موقت بی سیم کم مصرف، نرخ داده کم و مجاورت نزدیک است.

فناوری تعریف شده توسط مشخصات Zigbee ساده‌تر و ارزان‌تر از سایر شبکه‌های شخصی بی‌سیم (WPAN) مانند بلوتوث یا شبکه‌های بی‌سیم عمومی‌تر مانند Wi-Fi است.

کاربردها شامل سوئیچ های نور بی سیم، مانیتورهای انرژی خانه، سیستم های مدیریت ترافیک، و سایر تجهیزات مصرف کننده و صنعتی است که به انتقال داده های بی سیم با برد کوتاه و با سرعت پایین نیاز دارند.

مصرف انرژی کم آن، بسته به توان خروجی و ویژگی های محیطی، فاصله انتقال را به 10-100 متر خط دید محدود می کند.

دستگاه‌های Zigbee می‌توانند داده‌ها را در فواصل طولانی با عبور داده‌ها از طریق شبکه شبکه‌ای از دستگاه‌های میانی برای رسیدن به دستگاه‌های دورتر منتقل کنند.معمولاً در برنامه‌هایی با سرعت کم داده استفاده می‌شود که به عمر باتری طولانی و شبکه ایمن نیاز دارند.

این شبکه توسط کلیدهای رمزگذاری متقارن 128 بیتی ایمن می شوند و دارای نرخ تعریف شده 250 کیلوبیت بر ثانیه است که برای انتقال داده های متناوب از یک حسگر یا دستگاه ورودی مناسب است.

یک فناوری بی‌سیم مبتنی بر استاندارد است که برای فعال کردن شبکه‌های بی‌سیم ماشین به ماشین (M2M) و اینترنت اشیا کم‌هزینه و کم مصرف توسعه یافته است.

Zigbee برای برنامه های کم مصرف و نرخ داده کم است و یک استاندارد باز است.

از نظر تئوری، ترکیب پیاده‌سازی‌ها از تولیدکنندگان مختلف را امکان‌پذیر می‌سازد، اما در عمل، محصولات  Zigbee توسط فروشندگان گسترش یافته و سفارشی‌سازی شده‌اند و بنابراین، با مشکلات قابلیت همکاری مواجه شده‌اند.

برخلاف شبکه‌های وای‌فای که برای اتصال نقاط پایانی به شبکه‌های پرسرعت استفاده می‌شوند،  Zigbee از نرخ داده‌های بسیار پایین‌تری پشتیبانی می‌کند و از پروتکل شبکه‌ای برای اجتناب از دستگاه‌های هاب و ایجاد معماری خود ترمیم‌شونده استفاده می‌کند.

مشخصات Zigbee

بر اساس مشخصات انجمن استانداردهای موسسه مهندسین برق و الکترونیک است وبرای شبکه های کنترل و حسگر بر اساس استاندارد بی سیم IEEE  برای شبکه های شخصی بی سیم (WPAN) ساخته شده است. WPAN های Zigbee در فرکانس های 2.4 گیگاهرتز، 900 مگاهرتز و 868 مگاهرتز کار می کنند.

مشخصات Zigbee که توسط Zigbee Alliance نگهداری و به روز می شوند، استاندارد IEEE  را با افزودن لایه های شبکه و امنیتی علاوه بر چارچوب برنامه، تقویت می کنند.

استانداردهای ایجاد شده توسط اتحاد را می توان برای ایجاد پیشنهادهای چند فروشنده قابل استفاده کرد.

تولید کنندگانی که در حال توسعه برنامه های کاربردی سفارشی هستند که نیازی به کار با برنامه های دیگر سازندگان ندارند، می توانند تغییرات و برنامه های افزودنی خاص خود را ایجاد کنند.

سه مشخصات Zigbee وجود دارد:

1. Zigbee PRO
2. Zigbee RF4CE
3. Zigbee IP

هدف Zigbee PRO ارائه پایه‌ای برای IoT با ویژگی‌هایی برای پشتیبانی از شبکه‌های کم‌هزینه و بسیار قابل اعتماد برای ارتباط دستگاه به دستگاه است. Zigbee PRO همچنین Green Power را ارائه می‌کند، ویژگی جدیدی که از برداشت انرژی یا دستگاه‌های خود تغذیه‌ای که نیازی به باتری یا منبع تغذیه AC ندارند، پشتیبانی می‌کند.

Zigbee RF4CE برای برنامه‌های ساده و دو طرفه کنترل دستگاه به دستگاه طراحی شده است که به عملکردهای شبکه مش با ویژگی‌های کامل ارائه شده توسط مشخصات Zigbee نیاز ندارند.

Zigbee IP استاندارد را برای شبکه های مش بی سیم کامل مبتنی بر IPv6 بهینه می کند و اتصالات اینترنتی را برای کنترل دستگاه های کم مصرف و کم هزینه ارائه می دهد.

شبکه مش

یک بخش کلیدی از پروتکل Zigbee توانایی آن در پشتیبانی از شبکه مش است و از معماری شبکه مش برای ارتباط استفاده می کند.

شبکه مش یک شبکه محلی (LAN) است، LAN بی سیم (WLAN) یا LAN مجازی (VLAN) است که یکی از دو ترتیب اتصال غیرمتمرکز را به کار می گیرد.

توپولوژی مش کامل یا توپولوژی مش جزئی:

در یک توپولوژی مش کامل، هر گره شبکه مستقیماً به گره های دیگر متصل می شود. در توپولوژی مش جزئی، برخی از گره ها به بقیه گره ها متصل می شوند، اما برخی تنها به گره هایی متصل هستند که بیشترین داده ها را با آنها مبادله می کنند.

پروتکل Zigbee سه نوع گره را تعریف می کند:

1. هماهنگ کننده ها
2. روترها
3. دستگاه های پایانی

اگرچه همه گره ها می توانند داده ها را ارسال و دریافت کنند، اما هر کدام نقش متفاوتی دارند.

در هر شبکه یک هماهنگ کننده وجود دارد که وظیفه آن ذخیره سازی اطلاعات مربوط به شبکه از جمله کلیدهای امنیتی است.

روترها گره های میانی هستند که داده ها را از دستگاه های دیگر منتقل می کنند.

دستگاه‌های پایانی می‌توانند دستگاه‌های کم مصرف یا باتری‌دار باشند، که می‌توانند با هماهنگ‌کننده یا روتر صحبت کنند، اما نمی‌توانند داده‌ها را از دستگاه‌های دیگر ارسال کنند.

اتحاد Zigbee

اتحاد Zigbee برای ساده‌سازی یکپارچه‌سازی محصولات بی‌سیم کار می‌کند تا به تولیدکنندگان محصول کمک کند تا کنترل بی‌سیم کارآمدتر و کم‌مصرف‌ تر را در محصولات خود سریع‌تر و مقرون‌ به‌ صرفه ‌تر معرفی کنند.

اعضای اتحاد استانداردهایی را ایجاد می کنند که ارتباطات بی سیم قابل اعتماد، ایمن، کم مصرف و با استفاده آسان را با استفاده از فرآیند توسعه استانداردهای باز برای هدایت کار خود ارائه می دهند.

این اتحاد توسط کمیته ها، گروه های کاری، گروه های مطالعاتی، گروه های ویژه و گروه های ذینفع سازماندهی می شود.

سه نوع عضویت با حقوق و مزایای متفاوت وجود دارد:

یک پذیرنده دسترسی به مشخصات نهایی، تایید شده، مشارکت در رویدادهای قابلیت همکاری و دسترسی به اسناد استاندارد کار/گروه وظیفه و فعالیت‌های توسعه را ارائه می‌دهد.

یک شرکت‌کننده حق رای را در گروه‌های کاری ارائه می‌کند و به تمام استانداردها و مشخصات Zigbee Alliance در حال توسعه دسترسی دارد.

یک مروج حق رای خودکار در همه گروه های کاری، حقوق تایید نهایی در مورد همه استانداردها و یک صندلی در هیئت مدیره اتحاد را ارائه می دهد.

چه کسی از Zigbee استفاده می کند؟

Zigbee توسط شرکت‌های کابلی و مخابراتی مختلف در جعبه‌های تنظیم، فرستنده‌های ماهواره‌ای و دروازه‌های خانگی برای ارائه محصولات نظارتی خانگی و مدیریت انرژی به مشتریان خود استفاده می‌شود.

همچنین توسط فروشندگانی که محصولات روشنایی متصل را برای خانه ها و مشاغل ارائه می دهند استفاده می شود.

با محصولات خانه هوشمند مبتنی بر Zigbee، مصرف کنندگان می توانند برای بهبود مدیریت انرژی، فیگورهای LED، لامپ ها، کنترل از راه دور و سوئیچ ها را در خانه و از راه دور کنترل کنند.

شرکت‌های خدمات شهری می‌توانند از Zigbee در کنتورهای هوشمند خود برای نظارت، کنترل، اطلاع‌رسانی و خودکارسازی تحویل و استفاده از انرژی و آب استفاده کنند.

کنتورهای هوشمند اطلاعات و اتوماسیون مورد نیاز برای کاهش مصرف انرژی و صرفه جویی در هزینه را در اختیار مصرف کنندگان قرار می دهند.

محصولات مبتنی بر Zigbee همچنین با فعال کردن تسویه‌حساب سریع‌تر، کمک در فروشگاه و مکان اقلام در فروشگاه، تجربه خرید را برای مصرف‌کنندگان افزایش می‌دهند وبه خرده‌فروشان کمک می‌کند تا با اطمینان از تمام نشدن موجودی کالاها و پشتیبانی از شیوه‌های موجودی به‌موقع، و همچنین نظارت بر دما، رطوبت، نشت و غیره، کارآمدتر کار کنند.

Zigbee از تعدادی دستگاه از جمله سبدهای خرید هوشمند، دستیاران خرید شخصی، برچسب‌های قفسه الکترونیکی و برچسب‌های ردیابی دارایی پشتیبانی می‌کند.

برنامه ای برای گسترش فناوری قابلیت همکاری خود فراتر از Dotdot، یک زبان جهانی برای اینترنت اشیا، به اشیاء هوشمند اجازه می دهد تا با هم در هر شبکه ای کار کنند، قفل بازارهای جدید را برای اعضا باز کنند و اینترنت اشیاء تکه تکه شده را متحد کنند.

ویژگی های عمومی استاندارد Zigbee:

1. مصرف برق کم
2. سرعت داده پایین
3. برد کوتاه
4. زمان اتصال به شبکه
5. پشتیبانی از شبکه های کوچک و بزرگ
6. هزینه کم محصولات و پیاده سازی ارزان
7. چرخه کاری بسیار کم

برنامه های کاربردی Zigbee:

1. اتوماسیون خانگی
2. جمع آوری داده های پزشکی
3. سیستم های کنترل صنعتی
4. سیستم قرائت کنتور
5. سیستم کنترل نور

نتیجه گیری

شبکه حسگر و بی سیم مبتنی بر فناوری ZigBee معرفی شده است. این خدمات قابلیت اطمینان شبکه را تایید کردند. اما مطالعه ما از حسگر بی سیم ZigBee و شبکه بازیگر در فضای هوشمند ربات خدمات خانگی محدود است.