بهترین پروتکل های بیسیم

بهترین پروتکل های بیسیم برای اینترنت اشیا

مقدمه

در حال حاضر بیشتر روش های ارتباطی ماشین با ماشین(M2M)با استاندارد 2G GPRS کار می‌کنند و به پوشش 2G EDGE و سیمکارت نیاز دارند. با وجود اینکه که اپراتورها به دلیل کاهش هزینه‌ها، برخی از شبکه های 2G را از رده خارج می‌کنند، ولی در پنج سال گذشته پروتکل های بیسیم جدیدی نیز  مانند Zigbee ، LoRa ، LTE-M ، Wi-Fi 802.11ah (HaLow), 802.11af (White-Fi). ظهور کرده است. بسته به نوع کاربرد، نیازهای امنیتی و عوامل هزینه‌زا، برخی از این استانداردها بهتر از سایرین هستند. در ادامه بهترین پروتکل های بیسیم ، ویژگی ها و مزایای آنها را بررسی خواهیم کرد:

Zigbee (اختصاصی برای هر برند ، کوتاه برد ، ارزان و اساساً ایمن)

علامت تجاری Zigbee متعلق به Zigbee Alliance است که شامل گروهی از شرکت ها که استاندارد Zigbee را ایجاد و منتشر کرده‌اند. طبق اطلاعات روی وب سایت آنها، صدها میلیون دستگاه با بیش از 2200 برند دارای گواهینامه از فناوری Zigbee در سراسر جهان استفاده می‌کنند. زیگبی در سال 1998 متولد شد، در سال 2003 استاندارد شد و در سال 2006 ویرایش شد. نام آن نیز از روی رقص مخصوص زنبور عسل (waggle dance)در زمان پیدا کردن منبع غذایی جدید گرفته شده است.

Zigbee

زیگبی یک گزینه بسیار محبوب برای تولید کنندگان دستگاه‌های اینترنت اشیا است . بیشتر ویژگی‌های اساسی یک شبکه ارتباطی خوب (کیفیت ارتباط ، برد یا محدوده پوشش ، امنیت)را فراهم می‌کند . به عنوان یک استانداردِ باز، امکان کار کردن با هر دستگاه دارای گواهی Zigbee را فراهم می‌کند. بزرگترین مشکل تولیدکنندگان دستگاه‌های اینترنت اشیا، هزینه عضویت در اتحادیه، صدور گواهینامه و کمبود وجود مجوز های باز یا GPL می‌باشد. OEM ها یا همان تولیدکنندگان اصلی دستگاه‌های اینترنت اشیا برای استفاده از این فناوری، باید عضو این اتحادیه شوند. Zigbee یک شبکه بی سیم، کم مصرف، با نرخ پایین ارسال و دریافت دیتا و بررای بکارگیری در فواصل نزدیک می‌باشد . از توپولوژی شبکه مش نیز پشتیبانی می‌کند.

این پروتکل به خصوص برای دستگاه‌های خانگی و اداری، جایی که دستگاه‌ها در یک محیط کوچک قرار دارند، مناسب است. زیگبی فقط در فواصل 10 تا 100 متری خط مستقیم دید بصری کار می‌کند. از استاندارد بی سیم IEEE 802.15 WPAN استفاده می‌کند و برای انتقال داده‌ها با سرعت‌های 250 کیلوبیت بر ثانیه ، 40 کیلوبیت بر ثانیه و 20 کیلوبیت بر ثانیه را ارائه می‌دهد. پایین بودن نرخ داده‌های ارسالی و دریافتی و فاصله کم دستگاه‌ها در این استاندارد، باعث می‌شود دستگاه‌ها از باتری‌های کوچکتری استفاده کنند که می‌تواند سال‌ها به جای هفته‌ها دوام داشته باشند.

لورا  lORA (اختصاصی برای هر برند ، دور برد ، ارزان و ایمن)

مشابه زیگبی LoRaWan نیز یک فناوری اختصاصی (proprietary) ، دارای استاندارد جهانی باز است . توسط اتحادیه “لورا” ، که یک سازمان غیرانتفاعی است، تعریف و کنترل می‌شود. تفاوت اصلی این دو این می‌باشد که، در حالی که زیگبییک پروتکل اینترنت اشیا کوتاه برد است که هدف آن اتصال تعدادی دستگاه در فواصل کوتاه و نزدیک به هم است، لورا روی شبکه های گسترده متمرکز است. برای ارتباطات دوربرد، لورا اختصاصا از فرکانس‌های رادیویی ساب گیگاهرتز Sub-GHz استفاده می‌کند که برد بیشتر و مصرف باتری کمتری دارند.

این فرکانس‌های رادیوییِ بدون مجوز یا آزاد (Unlicensed) شامل: 169 مگاهرتز ، 433 مگاهرتز ، 868 مگاهرتز در اروپا و 915 مگاهرتز در آمریکای شمالی هستند و انتقال داده‌ها را با سرعتی بین  0.3 کیلوبیت در ثانیه تا 50 کیلوبیت در ثانیه فراهم می‌کنند. “لورا” گزینه مناسبی برای استقرار تعداد زیادی سنسور غیر حیاتی (سنسورهایی که با اطلاعات محرمانه کاربران و عملکردهای حیاتی جامعه ارتباطی ندارد (non-critical sensors)) و دستگاه‌های کنترل در مناطق وسیع، مناسب است.

لورا

استفاده از فرکانس‌های رادیوییِ بدون مجوز یا آزاد (Unlicensed) این پروتکل را به گزینه ای مناسب برای استقرار سنسورهای محیطی در سطح شهر، کنترل و نظارت بر چراغ های خیابان، واحدهای کنترلی ِمزارع کشاورزی و نظارت بر اشیا کوچک، تبدیل می کند. اتحادیه لورا معتقد است که این استاندارد می‌تواند برای زیرساخت‌های حیاتی نیز مورد استفاده قرار گیرد. اطلاعات شخصی محرمانه یا عملکردهای حیاتی جامعه نیاز به ارتباط ایمن دارند. به همین دلیل این پروتکل می تواند از کلیدهای 64 بیتی و 128 بیتی برای رمزگذاری شبکه، برنامه‌ها و دستگاه‌ها استفاده کند.

لورا به عنوان یک استاندارد جدید با کاربردهای گسترده برای ارتباطات ماشین با ماشین بیشتر M2M به بازار عرضه شده است . استفاده از فرکانس های رادیوییِ بدون مجوز یا آزاد (Unlicensed) و درگاه‌هایی (gateway) که می توانند به طور مستقل از اپراتور های تلفن همراه نصب شوند، لورا را برای تولیدکنندگان دستگاه های اینترنت اشیا که قصد دارند محصولاتشان را در یک منطقه وسیع استفاده کنند، بسیار جذاب می‌کند.

LTE-Mراهکار سلولار (مبتنی بر شبکه های تلفن همراه)

در این پروتکل از شبکه‌های تلفن همراه برای ارتباط دستگاه‌ها در پلتفرمی ایمن و همچنین برای ارتباطات دوربرد استفاده می‌گردد.LTE-M یک سیستم بی‌سیم تلفن همراه است که توسط انجمن صنفی GSMA و سازمان استاندارد 3GPP پشتیبانی می شود. (LTE همان چیزی است که معمولاً به عنوان شبکه های تلفن همراه 4G شناخته می‌شود.) یکی از اصلی‌ترین مزایای LTE-M پتانسیل اتصال جهانیآن است . البته این استاندارد تنها سیستم مناسب برای ردیابی اجسام متحرک در مسافت‌ها و زمان‌های طولانی است.

به گفتهGSMA : ” این فناوری پوشش شبکه‌های داخلی و خارجی را همزمان بهبود می‌بخشد. از تعداد زیادی دستگاه با مصرف، توان و نرخ تأخیر پایین، هزینه فوق‌العاده کم و معماری بهینه شبکه پشتیبانی می‌کند. از آنجا که این فناوری از طریق شبکه‌های تلفن همراه کار می‌کند. می‌توان از LTE-M برای نظارت، کنترل و دریافت اطلاعات از دستگاه‌های اینترنت اشیا استقرار یافته در انواع استراتژی‌های حمل و نقل مانند کامیون‌ها، قطارها، قایق‌ها و غیره استفاده کرد.

شبکه های تلفن همراه

در صورت عدم دسترسی به شبکه LTE برای حفظ اتصال، سیستم می‌تواند از WCDMA (3G) یا GPRS / EDGE (2G) استفاده کند. LTE-M بدون نیاز به استفاده از سیستم های مبتنی بر ماهواره مانند GPS یا Galileo ، خدمات موقعیت‌یابی را بر اساس موقعیت برج‌های سلولار خود ارائه می‌دهد. این ویژگی باعث صرفه‌جویی در هزینه‌های تولیدکنندگان دستگاه‌های اینترنت اشیا خواهد شد. بزرگترین مزیت LTE-M امنیت آن است.

دستگاه‌های متصل به تلفن همراه باید دارای تراشه سیم کارت باشند. با وجود این قطعه، امکان تغییرات بدون دسترسی فیزیکی به دستگاه وجود ندارد. سیم کارت‌ها ماژول‌های ایمنی هستند که می‌توانند خدماتی مثل  احراز هویت و رمزگذاری داده‌ها را ارائه دهند. یکی دیگر از مزایای LTE-M این است که قادر به حفظ ارتباط حتی در هنگام قطع برق هستند. از آنجاکه این فناوری به شبکه‌های تلفن همراه متصل است. به Access Point (AP) نیازی ندارد و تا زمانی که باتری دستگاه IoT کار می‌کند، می‌تواند همچنان متصل باشد.

به همین دلیل است که از اینترنت اشیا مبتنی بر شبکه‌های تلفن همراه به طور گسترده‌ای برای برنامه‌های مهم مانند شبکه‌های برق، امنیت خانه و دفترِ کار، مدیریت ناوگان حمل و نقل و غیره استفاده می‌شود. تنها اشکال این فناوری هزینه‌های جاریِ آن است. ضمنا برای استفاده از این سیستم، اشتراک اپراتورهای تلفن همراه مورد نیاز است .و در هر دستگاه متصل باید یک سیم کارت وجود داشته باشد.

شبکه های بی سیمِ White-Fi و HaLow (کم هزینه ،پوشش گسترده ، اما امنیت کم)

HaLow

IEEE 802.11af (White-Fi) و IEEE 802.11ah (HaLow) از محبوب‌ترین راهکارهای ارتباطی هستند. هر دو از فرکانس های ارتباطی دارای مجوز استفاده می‌کنند و با سیگنال‌های بی سیمِ سنتی در باند 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز و همچنین شبکه‌های تلفن همراه 2G و 3G تداخل ندارند. البته برخی از فرکانس‌های ارتباطی با برخی کانالهای LTE در ایالات متحده، مشترک استفاده می‌شوند. White-Fi و شبکه ارتباطی آن (digital dividend spectrum) در ایالات متحده و اروپا تحت قوانین و استانداردهای متفاوتی کار می‌کنند و دستگاه‌های متصل باید در فواصل منظم به دنبال فرکانس‌های موجود باشند.

از آن طرف،HaLow ، از ارتباط وایفای با فرکانس 900 مگاهرتز استفاده می‌کند. مصرف کم انرژی برای کاربردهایی از جمله سنسورها و گجت‌های پوشیدنی را امکان‌پذیر می‌کند. از آنجا که این فرکانس به صورت آزادانه برای ارتباطات اساسی در دسترس است، HaLow استاندارد ترجیحی وایفای برای اینترنت اشیا است. بزرگترین مشکل HaLow این است که طیف رایگان باند یا فرکانس‌های ارتباطیِ آن، در سراسر جهان هماهنگ نیست. HaLow با 900 مگاهرتز در ایالات متحده ، 850 مگاهرتز در اروپا و 700 مگاهرتز در چین کار می‌کند . حتی در بسیاری از کشورها طیف عملیاتی ندارد.

به دلیل ماهیت باندهای فرکانس پایین، هیچکدام از این فناوری‌ها برای انتقال داده‌های پرسرعت یا حجم بالا مناسب نیستند. با این وجود می‌توان از آنها برای ایجاد اتصال برای تعداد قابل توجهی از دستگاه‌های مستقر در یک منطقه وسیع استفاده کرد. به دلیل عدم تداخل ارتباطی، سرعت کم در این فواصل قابل قبول است. HaLow انتقال داده را تا سرعت Kbps150 فراهم می‌کند. اتصال‌هایِ با طیف فرکانسی زیر یک گیگاهرتز همچنین برای نسل جدید دستگاه‌های کم مصرف بسیار مهم است و عمر باتری آن به جای چند هفته چندین سال است.

White-Fi

این عملکرد باتری برای میلیاردها حسگر و دستگاه‌های مانیتورینگ مستقر در شهرهای جهان لازم می‌باشد. HaLow همچنین چندین ویژگی جهتِ صرفه‌جویی در مصرف انرژی مانند Target Wake Time (TWT) و Traffic Indication Map (TIM) را ارائه می‌دهد که به دستگاه‌های اینترنت اشیا امکان برقراری ارتباط در فواصل زمانی انتخاب شده را می‌دهد، بنابراین در مصرف باتری صرفه‌جویی می‌کند.

سال گذشته، موسسه مهندسان برق و الکترونیک یا IEEE استانداردِ بی‌سیم دیگری را برای دستگاه‌های IoT به نام 802.11 ax معرفی کرد.مزیت این سیستم وایفای استفاده از باندهای فرکانسی 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز است که معمولاً در بیشتر نقاط دسترسی بی‌سیم وجود دارد.

به طور کلی، 802.11 ax برای دستگاه های IoT با پوشش‌های محلی از HaLow مناسبتر است. انتظارات از 802.11 ax به دلیل بهبود وضعیت دسترسی به شبکه زیاد است . طبیعتاً مزایای بیشتری برای دستگاه‌های اینترنت اشیا فراهم می‌کند. امنیت بزرگترین مشکل است. در مقایسه با LTE-M که از سیم کارت تلفن همراه استفاده می‌کند، سیستم‌های بی‌سیم دچار نقصان در محافظت از عناصر ایمن و رمزگذاری سخت‌افزاری هستند. با این وجود برای استقرار صدها یا هزاران حسگر بی‌سیم در یک منطقه وسیع، White-Fi و HaLow می‌توانند یک استراتژی ارتباطیِ کم هزینه با عملکرد خوب را فراهم کنند.

 بلوتوث و BLE

بلوتوث و بلوتوث کم انرژی (BLE) فناوری‌های بی‌سیم هستند که برای انتقال داده‌ها از مسافت‌های کوتاه استفاده می‌شوند. این فناوری غالباً در دستگاه‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد که به تلفن‌ها و تبلت‌های کاربران متصل می‌شوند. به عنوان مثال این فناوری در بسیاری از سیستم‌های بلندگو استفاده می‌شود.

ble

BLE از انرژی کمتری نسبت به بلوتوث معمولی استفاده می‌کند و در سخت‌افزارهایی نظیر ردیاب تناسب اندام، ساعت‌های هوشمند و سایر دستگاههای متصل به منظور انتقال بی‌سیم داده‌ها بدون به خطر انداختن باتری گوشی کاربر استفاده می‌شود.

اخیراً BLE بسیار موردتوجه قرار گرفته است. این فناوری ابتدا در سال 2006 توسط شرکت نوکیا معرفی شد اما تا سال 2010 جزئی از استاندارد بلوتوث نشد. عمده‌ترین سیستم عامل‌های اصلی از جمله Windows 8، OS X، Linux، Windows Phone، Android و iOS هستند که از این فناوری پشتیبانی می‌کنند.

بلوتوث از امواج رادیویی UHF برای انتقال داده استفاده می‌کند. این فناوری در ابتدا به عنوان IEEE 802.15.1 استاندارد شده بود اما IEEE دیگر آن استاندارد خاص را حفظ نمی‌کند.

شرکتهایی که با بلوتوث کار می کنند غالباً به گروه بلوتوث (SIG) علاقه‌مند هستند. این گروه در حال حاضر بیش از 20،000 عضو دارد و قبل از عرضه به عنوان دستگاه بلوتوث به بازار مصرف کننده یا تجارت، باید محصولی را تأیید کند. این مجوز کمک می‌کند تا اطمینان حاصل شود که تمام دستگاه‌های بلوتوث به روشی استاندارد کار می‌کنند و تجربه مشابهی را برای مصرف کنندگان فراهم می‌کنند.

 WiMax

WiMax مخفف عبارت همکاری جهانی برای دسترسی مایکروویو است. این فناوری بی‌سیم اجازه می‌دهد تا داده‌ها با سرعت 30 تا 40 مگابیت در ثانیه منتقل شوند. این اصطلاح به طور خاص به اجرای عملیاتی گروهی به صورت بی‌سیم IEEE 802.16 اطلاق می‌شود.

این فناوری توسط چندین شرکت مخابراتی موبایل به ویژه اسپرینت مورد استفاده قرار گرفت تا داده‌های بی‌سیم را به مشتریان خود تحویل دهد. Sprint به همراه بسیاری از شرکت‌های مخابراتی دیگر که از این فناوری استفاده کرده‌اند و از آن زمان به استفاده از شبکه‌های سریعتر LTE 4G روی آورده‌اند.

انجمن WiMax قبل از فروش آنها به مصرف کننده یا مشاغل، دستگاه‌ها را تأیید می‌کند. این فناوری می‌تواند هم در داخل خانه و هم در خارج از منزل مورد استفاده قرار گیرد، با این حال دستگاه‌های WiMax معمولاً هنگام استفاده در بیرون یا از پشت یک پنجره، سیگنال بهتری ایجاد می‌کنند.

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

10 پاسخ

  1. whoah this blog is wonderful i really like reading your articles. Keep up the great paintings! You realize, a lot of people are hunting round for this info, you could help them greatly.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.