Zigbee

پروتکل ZIGBEE و Z-WAVE و کاربرد آن‌ها در هوشمندسازی

مقدمه

هر دو تکنولوژی ، به‌واسطۀ ماهیت خود، خط انتقال کوتاه یا متوسط دارند. برای به‌کارگیری آن‌ها در محصولات باید توجه کامل به نقاط اشتراک و تفاوت‌های Z-Wave و پروتکل Zigbee داشت تا محصول نهایی با صرف کمترین هزینه بیشترین کارایی را داشته باشد.

پروتکل ZigBee از استاندارد802.15.4 موسسهIEEE سال 2003 برای لایه فیزیکی و لایه MAC پیروی می‌کند. توپولوژی‌های این ماژول شبکه شامل ستاره، درخت، درخته خوشه‌ای و مش‌بندی می‌شود.

این پروتکل از یک سلسله مراتب ارتباطی استفاده می‌کند. دستگاهی که به شبکه می‌پیوندد می‌تواند یک روتر یا یک گره باشد و روترها می‌توانند دستگاه‌ های بیشتری را بپذیرند و پشتیبانی کنند.

توپولوژی های پروتکل Zigbee

توپولوژی ستاره (ُStar):

توپولوژی ستاره

توپولوژی ستاره شامل یک هماهنگ کننده و چندین گره است. همانطور که در شکل 2.2 نشان داده شده است، در این توپولوژی، گره فقط با هماهنگ‌کننده ارتباط برقرار می‌کند. هرگونه تبادل بسته گره‌ها باید از طریق هماهنگ کننده انجام شود.

از معایب این توپولوژی این است که کارکرد شبکه به هماهنگ کننده شبکه بستگی دارد و از آنجا که همه بسته‌های بین دستگاه‌ها باید از طریق هماهنگ کننده عبور کنند، ممکن است هماهنگ کننده دچار تنگنا شود. همچنین هیچ مسیر جایگزینی از مبدأ به مقصد وجود ندارد.

اما مزیت توپولوژی ستاره این است که ساده است و بسته‌ها برای رسیدن به مقصد خود حداکثر دو هاپ را پشت سر می‌گذارند.

توپولوژی درخت (ُTree):

توپولوژی درختی

در این توپولوژی، شبکه از یک گره مرکزی (ریشه درخت) تشکیل شده است که یک هماهنگ‌کننده، چندین روتر و گره را شامل می‌شود. همانطور که در شکل 2.3 نشان داده شده است. عملکرد روتر گسترش پوشش شبکه است. گره‌های انتهایی که به هماهنگ‌کننده یا روتر وصل می‌شوند اصطلاحاً “فرزند” نامیده می‌شوند. فقط روترها و هماهنگ‌کننده‌ها می‌توانند فرزند داشته باشند. هر گره فقط قادر به برقراری ارتباط با والدین خود (روتر یا هماهنگ‌کننده) است. هماهنگ‌کننده و روتر می‌توانند فرزند داشته باشند و بنابراین تنها دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند والدین باشند.

یک مورد خاص از توپولوژی درخت، توپولوژی درخت خوشه‌ای نامیده می‌شود. از مضرات توپولوژی درخت این است که:

  • اگر یکی از والدین غیرفعال شود، فرزند نمی‌توانند با سایر دستگاه‌های موجود در شبکه ارتباط برقرار کنند.
  • حتی اگر دو گره از لحاظ جغرافیایی به یکدیگر نزدیک باشند ، نمی‌توانند مستقیماً ارتباط برقرار کنند.

توپولوژی درخت خوشه‌ای یا خوشه‌بندی (Cluster tree):

توپولوژی درخت خوشه مورد خاصی از توپولوژی درخت است که در آن والدین به همراه فرزندان خود، یک خوشه نامیده می‌شوند. همانطور که در شکل 2.4 نشان داده شده است، هر خوشه با شناسه خوشه‌ای مشخص می‌شود. پروتکل Zigbee از توپولوژی درخت خوشه‌ای پشتیبانی نمی‌کند اما IEEE 802.15.4 از آن پشتیبانی می‌کند.

توپولوژی مش (Mesh):

توپولوژی مش که از آن به عنوان شبکه همتا استفاده می‌شود شامل یک هماهنگ‌کننده، چندین روتر و گره است. ویژگی‌های توپولوژی مش عبارتند از :

  • توپولوژی مش یک شبکه چندوجهی است و بسته‌ها برای رسیدن به مقصد خود از چندین هاب عبور می‌کنند.
  • با افزودن دستگاه‌های بیشتر به شبکه می‌توان دامنه یک شبکه را افزایش داد.
  • نواحی غیرقابل بازیابی یا اصطلاحاً “مرده” را از بین می‌برد.
  • توپولوژی مش نوعی خوددرمانی می‌کند یعنی در هنگام انتقال اگر مسیری نتواند کار کند گره مسیر دیگری را پیدا می‌کند و به مقصد می‌رسد.
  • دستگاه‌ها می‌توانند به یکدیگر نزدیک باشند تا از انرژی کمتری استفاده کنند.
  • اضافه یا حذف یک دستگاه آسان است.
  • هر دستگاه منبع می‌تواند با هر وسیله مقصد در شبکه ارتباط برقرار کند.
  • مسیریابی مش از پروتکل مسیریابی پیچیده‌تر از توپولوژی ستاره استفاده می‌کند.

Z-Wave و Zigbee هر دو تکنولوژی‌های بی‌سیم با توپولوژی مش توان پایین هستند که برای انتقال مقادیر کوچک داده‌ها از فاصله کوتاه تا متوسط، طراحی ‌شده‌اند. بااین‌حال بین این دو تکنولوژی تفاوت‌هایی وجود دارد. اما قبل از مطرح کردن تفاوت‌ها ابتدا یک خلاصه‌ی کوتاه ازآنچه این تکنولوژی‌های بی‌سیم به‌صورت مشترک دارند، بررسی می‌گردد.

نقاط مشترک Z-wave و Zigbee:

پروتکل zigbee

  • هر دو تکنولوژی از شبکه‌ی مش استفاده می‌کنند. هر گره در سیستم هم به‌عنوان منبع داده بی‌سیم و هم تکرارکننده عمل می‌کند. اطلاعات از یک گره‌ی حسگر به گره‌ی بعدی می‌روند تا زمانی که به درگاه خروجی منتقل شوند.
  • هر دو تکنولوژی از پروتکل IEEE 802.15.4، برای لایه‌ی فیزیکی شبکه (لایه OSI 1) و ایجاد برنامه‌های کنترل دسترسی متوسط (MAC) استفاده می‌کنند.
  • هر دو به‌صورت گسترده در سنسورهای داده‌های شبکه‌ی محلی مانند سیستم‌های امنیتی، کنترل ‌کننده‌های شبکه هوشمند شهری، سیستم‌های کنترل تهویه مطبوع، اتوماسیون خانگی و کنترل روشنایی مورداستفاده قرار می‌گیرند.

 تفاوت‌های Z-Wave و Zigbee:

  • Z-wave دارای یک اکوسیستم کنترل‌شده است که به خانه‌ها و فضای ساختمان هوشمند کمک می‌کند، درحالی‌که Zigbee را می‌توان برای تعدادی از اپلیکیشن‌ها استفاده کرد. بدین ترتیب انتظار نمی‌رود که دو دستگاه Zigbee با یکدیگر سازگار باشند، مگر اینکه پیش از آن برای سازگاری با یکدیگر برنامه‌ریزی‌شده باشند. از طرف دیگر، یک برنامه Z-Wave تقریباً همیشه می‌تواند با یک دستگاه Z-Wave ادغام شود. این یکی از اصلی‌ترین مواردی است که مهندسین برای ساخت دستگاه‌ها و به‌کارگیری این تکنولوژی‌ها در نظر می‌گیرند.
  • ZigBee از استاندارد جهانی فرکانس2.4GHz ISM استفاده می‌کند، درحالی‌که Z-Wave از باند 915 MHz ISM (در ایالات‌ متحده) و 868 MHz RFID (در اروپا) استفاده می‌کند. استاندارد جهانی ZigBee اجازه می‌دهد تا سخت‌افزار آن در همه‌ی کشورها مورداستفاده قرار گیرد. بااین‌حال، باند 2.4 گیگاهرتز می‌تواند به تداخل شدید در سیستم‌های وای فای و بلوتوث منجر شود، درحالی‌که نوارهای فرعی Z-Wave با مشکلات مشابهی مواجه نیستند.
  • بسیاری از ارائه‌دهندگان، امواج رادیویی Zigbee را تولید می‌کنند، اما Z-Wave از سیستم رادیویی اختصاصی Sigma استفاده می‌کند. ازآنجایی‌که Z-Wave با مشکلات کمتری نسبت به پروتکل ZigBee مواجه است، وجود سیستم رادیو اختصاصی برای آن‌ها می‌تواند مفید باشد.
  • Z-Wave از مدولاسیون تغییر شکل فرکانس (FSK) استفاده می‌کند، درحالی‌که مدولاسیون پروتکل Zigbee از طریق طیف گسترده‌ای از توالی (DSSS) انجام می‌شود که هر یک از آن‌ها دارای نقاط مثبت و منفی خاص خود هستند.

سازگاری Zigbee

ZigBee، احتیاطی برای بدنه‌های استاندارد بی‌سیم به شمار می‌رود. بسیاری از تولیدکنندگان تجهیزات بی‌سیم از پروتکل Zigbee برای تولید دستگاه‌هایی که واقعاً سازگار نیستند استفاده می‌کنند تا مشکلات عمده‌ای را که برای OEM ها وجود دارد برطرف نمایند. اما اینکه آیا پروتکل Zigbee فرصت‌های خود را برای اینکه بیشتر شبیه به Z-Wave مورد قابلیت همکاری استفاده شود ازدست‌داده است یا نه بحث دیگری است.

کدامیک از این دو تکنولوژی برای برنامه‌ی کاری شما مناسب‌تر است؟

اگر شما در حال ساخت یک محصول با توجه به تکنولوژی‌های روز هستید، اول باید مطمئن شوید که آیا توپولوژی مش برای کار شما مناسب خواهد بود یا خیر. اگر شما به انتقال داده‌ها در مسافت‌های طولانی نیاز دارید، توپولوژی مش ممکن است انتخاب اشتباهی باشد.

هر دو تکنولوژی ، به‌واسطۀ ماهیت خود، خط انتقال کوتاه یا متوسط دارند. برای به‌کارگیری آن‌ها در محصولات باید توجه کامل به نقاط اشتراک و تفاوت‌های Z-Wave و پروتکل Zigbee داشت تا محصول نهایی با صرف کمترین هزینه بیشترین کارایی را داشته باشد.

فهرست مطالب

مقالات مرتبط
آموزش ھوشمندسازی ساختمان (BMS) – قسمت چهارم
اموزش هوشمندسازی(BMS) – قسمت سوم
آموزش ھوشمند سازی ساختمان (BMS) – قسمت دوم
آموزش هوشمند سازی ساختمان (BMS) – قسمت اول
BMS چیست؟ مزایای سیستم هوشمند ساختمان

اشتراک گذاری :

اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در whatsapp
اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در email

5 پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.