زیگبی چیست؟معرفی کامل تکنولوژیZigbee

زیگبی چیست؟معرفی کامل تکنولوژیZigbee

Zigbee پروتکلی است که برای اتصال دستگاه های هوشمند مانند چراغ ها، دوشاخه ها و قفل های هوشمند به یک شبکه خانگی استفاده می شود. شما می توانید از این شبکه خانگی همانطور که هست با کنترل از راه دور استفاده کنید.

این یک تعریف بسیار مختصر از تکنولوژی زیگیبی میباشد که شاید مدتی است آنرا زیاد دیده باشید و برایتان سوال پیش آمده باشد که زیگبی چیست؟ موارد استفاده آن چیست ؟چه مزایا ومعایبی دارد؟و هرآنچه که درمورد آن نیاز دارید را در این مقاله برای شما آماده کرده ایم.

• همچنین مطالعه کنید : خانه هوشمند چیست و چه مزایایی دارد؟

در ادامه چند تعریف کلی از فناوری زیگبی ارائه شده است که هرکدام از آنها صحیح میباشد.

1. زیگبی یک فناوری بی‌سیم مبتنی بر استاندارد است که برای فعال کردن شبکه‌های بی‌سیم ماشین به ماشین (M2M) و اینترنت اشیا (IoT) کم‌هزینه و کم مصرف توسعه یافته است.
2. Zigbee یک پروتکل یا فناوری بی سیم است که برای اتصال دستگاه ها و برقراری ارتباط بین آنها استفاده می شود. این یک فناوری مبتنی بر استاندارد است که بر اساس استاندارد IEEE 802.15.4 کار می کند. در سال 2003 استاندارد شد و سپس در سال 2006 استاندارد تغییر کرد.
3. زیگبی(ZigBee) یک گروه کاری شبکه شخصی با نرخ پایین 4 است. این یک فناوری شبکه خانگی است. ZigBee یک استاندارد تکنولوژیکی است که برای کنترل و سنجش شبکه ایجاد شده است.زیگبی یک شبکه کنترل شخصی یا خانگی است (Personal Area)، که توسط Zigbee Alliance ایجاد شده است.

4. Zigbee پروتکلی است که برای اتصال دستگاه های هوشمند مانند چراغ ها، دوشاخه ها و قفل های هوشمند به یک شبکه خانگی استفاده می شود. شما می توانید از این شبکه خانگی همانطور که هست با کنترل از راه دور استفاده کنید.

همانطور که مشاهده کردید همه تعاریف ذکر شده در بالا درست بوده و دارای مفهوم کلی از تکنولوژی زیگبی میباشد.

Zigbee مشابه پروتکل‌های رقیب مانند Z-Wave، Matter، Wi-Fi و Bluetooth است، اما با آنهامتفاوت است. همه آنها شبکه های نسبتاً ایمنی ایجاد می کنند که می توانید آنها را به هاب متصل کنید و با تلفن یا یک برنامه دسکتاپ کنترل کنید. Zigbee جوانب مثبت و منفی دارد. بزرگ‌ترین تفاوت‌ها برای شما، به‌عنوان یک مصرف کننده، دستگاه‌های پشتیبانی‌شده است، زیرا Zigbee ا چراغ‌ها و دوشاخه‌های هوشمند بیشتر ارائه می‌کند، جایی که پروتکل‌های دیگر از دستگاه‌های هوشمند مختلف پشتیبانی می‌کنند.

ZigBee استانداردی است که نیاز به اجرای بسیار کم هزینه دستگاه های کم مصرف با نرخ داده کم برای ارتباطات بی سیم کوتاه برد را برطرف می کند.

دستگاه های هوشمند Zigbee با استفاده از یک فرستنده رادیویی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. این تراشه بر روی پروتکل IEEE 802.15.4 با فرکانس 2.4 گیگاهرتز کار می کند که ممکن است آن را به عنوان همان باند مورد استفاده توسط Wi-Fi و بلوتوث تشخیص دهید. برخلاف وای فای ,زیگبی  برد کمتری در حدود 10-20 متر در داخل خانه دارد زیرا انرژی کمتری مصرف می کند. این به طور چشمگیری عمر باتری دستگاه های Zigbee را افزایش می دهد.

دستگاه های Zigbee می توانند داده ها را از سایر دستگاه های Zigbee ارسال و دریافت کنند همچنین Zigbee  می توانند پیام Zigbee را از یک دستگاه به دستگاه دیگر کپی و ارسال کنند. این بدان معناست که می‌توانید دستگاه‌های هوشمند را شبکه کنید و آنها را به یک هاب مرکزی متصل کنید، حتی زمانی که برخی از این دستگاه‌ها خارج از محدوده (مستقیم) آن هاب هستند.

• دستگاه های Zigbee می توانند داده ها را از سایر دستگاه های Zigbee ارسال و دریافت کنند.

• یک هاب می تواند به چندین دستگاه متصل شود.

• Zigbee ارتباط دستگاه به دستگاه را ارائه می‌کند و پیام‌ها را برای محدوده مؤثرتری ارسال می‌کند.

  شبکه زیگبی چیست؟

شبکه های Zigbee از سه نوع نقش دستگاه استفاده می کنند.

• هماهنگ کننده:

هر شبکه به یک مدیر نیاز دارد.هماهنگ کننده شبکه Zigbee را راه اندازی می کند. در هر شبکه به یک هماهنگ کننده نیاز دارید. این نقش معمولاً توسط هاب انجام میشود. لازم نیست هماهنگ کننده شما یک هاب هوشمند باشد، اما توصیه می شود، زیرا این قوی ترین راه اندازی است.(با روترها ارتباط برقرار می کند. این دستگاه برای اتصال دستگاه ها استفاده می شود.)

هماهنگ کننده به عنوان نقطه مرکزی شبکه شما عمل می کند، جایی که می توانید مجوزها را تنظیم کنید، به دستگاه های دیگر اجازه دسترسی دهید و شبکه شخصی (PAN) خود را هماهنگ کنید. اگر از هاب استفاده می‌کنید، این مکان همچنین جایی است که دستگاه‌های خود را به وب و برنامه‌ها پیوند می‌دهید.

• روتر:

تمام دستگاه های با عملکرد کامل، که دستگاه های Zigbee بدون باتری تغذیه می شوند، به عنوان روتر برای تکرار سیگنال Zigbee عمل می کنند. روترها با تمام دستگاه های دیگر در محدوده شبکه صحبت می کنند و سیگنال شبکه را “تکرار” می کنند. مثل بازی کردن تلفن است، با این تفاوت که Zigbee واقعاً در بازی خوب است. تا زمانی که دستگاه‌های شما بتوانند یکدیگر را بشنوند، پیام را به خوبی منتقل می‌کنند.(برای انتقال داده ها بین دستگاه ها استفاده می شود.)

• دستگاه پایانی :

می‌توانید دستگاهی با عملکرد کم‌شده یا باتری‌دار خریداری کنید تا به‌عنوان دستگاه پایانی کار کند. این دستگاه بسیار ساده است و سیگنال ها را تکرار یا فوروارد نمی کند. نکته مهم این است که این دستگاه ها با یکدیگر صحبت نمی کنند. دستگاه‌های پایانی یا دستگاه‌های با عملکرد کم‌شده فقط با تکرارکننده‌ها و هماهنگ‌کننده‌ها صحبت می‌کنند. یعنی این پایان شبکه شماست. در بیشتر موارد، همه دستگاه‌ها دستگاه‌هایی با عملکرد کامل خواهند بود، مگر اینکه دستگاه‌های با باتری مانند چراغ‌های بی‌سیم، سوئیچ‌های ساده و غیره را انتخاب کنید.(این دستگاهی است که قرار است کنترل شود.)

چرا از زیگبی استفاده میکنیم؟

• کنترل از راه دور بهتر:

اگر چراغ های RF یا مادون قرمز در خانه دارید، خوشحال خواهید شد که بدانید Zigbee بسیار بهتر است. اگر از کنترل از راه دور استفاده می‌کنید، می‌توانید آن را در هر جایی برای فعال کردن دستگاه متصل نشان دهید. با این حال، ما یک هاب هوشمند را توصیه می کنیم، و این فقط به این دلیل نیست که ما در حال فروش آن هستیم. هاب های هوشمند به شما این امکان را می دهند که شبکه Zigbee خود را به وب متصل کنید تا بتوانید از تلفن خود به عنوان کنترل از راه دور استفاده کنید، اتوماسیون را راه اندازی کنید و هنگامی که در خانه نیستید دستگاه های خود را کنترل کنید.

• اتصال به Cloud :

Zigbee از طریق هاب هوشمندی که به آن اشاره کردیم به اینترنت پیوند می‌دهد. هاب به این معنی است که می‌توانید دستگاه‌ها را با برنامه‌های موجود در دستگاه‌های تلفن همراه، ابری یا دسکتاپ کنترل کنید. همچنین به معنای جمع آوری داده های استفاده، راه اندازی اتوماسیون و گزینه دعوت از چندین کاربر است که می توانند دستگاه های مشابه را کنترل کنند.

• امنیت:

Zigbee از کلیدهای رمزگذاری AES 128 بیتی، مشابه رقیب اصلی خود، Z-Wave استفاده می کند. این سیگنال‌های کوتاه برد، Zigbee را ایمن می‌کند. Zigbee به طور پیش فرض امن است. با این حال، بیشتر پروتکل‌های اتوماسیون خانگی هنگامی که آنها را به درستی پیکربندی می‌کنید سطوح امنیتی مشابهی دارند. این یک نقطه فروش نیست بلکه یک چیز ضروری است.

• پایدار بودن شبکه:

دستگاه‌های Zigbee به‌طور خودکار با خاموش شدن یک دستگاه در شبکه، مسیر خود را تغییر می‌دهند. شبکه شما قطع نمی‌شود زیرا به طور تصادفی چراغ راهرو را خاموش کرده‌اید، مگر اینکه این چراغ تنها رابط بین شبکه شما و بقیه دستگاه‌های خانه باشد.

• چند دستگاه :

با پشتیبانی از بسیاری از دستگاه ها در یک شبکه، هرگز به بیش از یک هاب Zigbee نیاز نخواهید داشت. اگر فقط چند دستگاه می‌خواهید، اگر دستگاه‌های هوشمند خود را در کل خانه پخش می‌کنید، ممکن است به یک تکرارکننده Zigbee یا پروتکل دیگری نیاز داشته باشید.

• بازدهی :

دستگاه های Zigbee در حالت آماده به کار انرژی بسیار کمی مصرف می کنند، که مصرف برق را تا حد زیادی کاهش می دهد و عمر باتری را در صورت لزوم بهبود می بخشد.

• مقرون به صرفه تر بودن:

دستگاه های Zigbee بسیار مقرون به صرفه هستند. دستگاه‌های Zigbee 20 تا 50 درصد ارزان‌تر از دستگاه‌های Z-Wave با عملکردهای مشابه و همچنین ارزان‌تر از دستگاه‌های روی Thread یا Matter هستند. از آنجایی که تراشه ها و گواهینامه در Zigbee در مقایسه با Z-Wave آسان تر و ارزان تر هستند، این تفاوت احتمالاً ادامه خواهد داشت.

ویژگی های عمومی زیگبی:

• مصرف برق کم
• سرعت داده پایین (20-250 کیلوبیت بر ثانیه)
• برد کوتاه (75-100 متر)
• زمان اتصال به شبکه (~ 30 میلی‌ثانیه)
• پشتیبانی از شبکه های کوچک و بزرگ (تا 65000 دستگاه (تئوری)؛ 240 دستگاه (عملی))
• هزینه کم محصولات و پیاده سازی ارزان (پروتکل منبع باز)
• 3 باند فرکانسی با 27 کانال.

شروع کار با زیگبی:
مرحله اول راه اندازی زیگبی خرید یک هاب هوشمند میباشد.
مرحله دوم دستگاه های هوشمند خود را انتخاب کنید. اندازه اتاق را در نظر بگیرید. اگر از Zigbee استفاده می کنید، هر 10-20 متر به یک دستگاه نیاز دارید. دیوارهای شما بسته به ساختار داخلی خود ممکن است این فاصله را بسیار کاهش دهند. اگر دستگاه‌هایی ندارید که به هم نزدیک شوند، ممکن است برای پر کردن شکاف‌ها به یک توسعه‌دهنده محدوده Zigbee نیاز داشته باشید. این همچنین می تواند یک دوشاخه یا یک لامپ باشد که به عنوان افزایش دهنده برد استفاده می شود، زیرا همانطور که یاد گرفتیم، دستگاه های برق (بدون باتری) به عنوان روتر در شبکه مش Zigbee عمل می کنند.

اگر فضای زیادی بین اتاق‌ها دارید، به یک فناوری خانه هوشمند متفاوت با برد مستقیم بیشتر مانند Z-Wave نیاز دارید.

مرحله سوم تنظیم کردن هاب خود.

مرحله چهارم دستگاه های هوشمند خود را به برق وصل کنید.

مزایای زیگبی چیست؟

• طراحی شده برای مصرف انرژی کم.
• امنیت شبکه و خدمات پشتیبانی برنامه را ارائه می دهد که در بالای IEEE کار می کنند.
• Zigbee خانه هایی را به طور کامل شبکه می کند که همه دستگاه ها قادر به برقراری ارتباط و بودن هستند.
• قابلیت استفاده در خانه هوشمند.
• پیاده سازی آسان.
• ویژگی های امنیتی مناسب.
• هزینه کم (تراشه‌ها و ماژول‌های Zigbee نسبتاً ارزان هستند، که آن را به یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه برای برنامه‌های IoT تبدیل می‌کند.)
• شبکه مش( Zigbee از توپولوژی شبکه مش استفاده می کند که به دستگاه ها اجازه می دهد بدون نیاز به هاب مرکزی یا روتر با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این امر آن را برای استفاده در برنامه های کاربردی خانه های هوشمند که در آن دستگاه ها نیاز به ارتباط با یکدیگر و با یک مرکز کنترل مرکزی دارند، ایده آل می کند.)
• قابلیت اطمینان (پروتکل Zigbee به گونه ای طراحی شده است که بسیار قابل اعتماد است، با مکانیسم های قوی برای اطمینان از اینکه داده ها حتی در شرایط نامطلوب به طور قابل اعتماد تحویل می شوند.)

معایب زیگبی چیست؟

• برد محدود (Zigbee در مقایسه با سایر پروتکل های ارتباطی بی سیم برد نسبتاً کوتاهی دارد که می تواند آن را برای انواع خاصی از برنامه ها یا برای استفاده در ساختمان های بزرگ کمتر مناسب کند.)
• نرخ داده محدود (Zigbee برای برنامه‌های با سرعت پایین طراحی شده است، که می‌تواند آن را برای برنامه‌هایی که نیاز به انتقال داده با سرعت بالا دارند، گزینه خیلی مناسبی نباشد.)
• قابلیت همکاری (Zigbee به اندازه سایر پروتکل‌های اینترنت اشیا مورد استفاده قرار نگرفته است، که می‌تواند یافتن دستگاه‌هایی که با یکدیگر سازگار هستند را دشوار کند.)
• امنیت (ویژگی‌های امنیتی Zigbee به اندازه سایر پروتکل‌های IoT قوی نیست و آن را در برابر هک و سایر تهدیدات امنیتی آسیب‌پذیرتر می‌کند.)

توپولوژی های شبکه Zigbee:

• توپولوژی ستاره (ZigBee Smart Energy): شامل یک هماهنگ کننده و چندین دستگاه نهایی است، دستگاه های پایانی فقط با هماهنگ کننده ارتباط برقرار می کنند.(این شکل از توپولوژی از چندین دستگاه نهایی و یک ارتباط دهنده تشکیل شده است. دستگاه های نهایی فقط با هماهنگ کننده ارتباط برقرار می کنند.)

• توپولوژی مش (فرایند خود درمانی): توپولوژی مش از یک هماهنگ کننده، چندین مسیریاب و دستگاه پایانی تشکیل شده است.شبکه مش یک شبکه محلی (LAN)، 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.(توپولوژی مش فقط با یک هماهنگ کننده در کنار چندین دستگاه پایانی و روتر ارائه می شود.)

• توپولوژی درختی: در این توپولوژی، شبکه از یک گره مرکزی که یک هماهنگ کننده، چندین مسیریاب و دستگاه انتهایی است تشکیل شده است. عملکرد روتر گسترش پوشش شبکه است.(با توپولوژی درختی، شبکه شما دارای یک گره مرکزی است که شامل یک هماهنگ کننده، دستگاه های انتهایی متعدد و چند روتر است.)

  

معماری Zigbee:

معماری Zigbee ترکیبی از 6 لایه است که در ادامه به آنها اشاره میکنیم.

1. لایه کاربردی
2. لایه رابط برنامه
3. لایه امنیتی
4. لایه شبکه
5. لایه کنترل دسترسی متوسط
6. لایه فیزیکی

لایه کاربردی: لایه برنامه در پشته Zigbee بالاترین لایه پروتکل است و از زیر لایه پشتیبانی برنامه و شی دستگاه Zigbee تشکیل شده است. این شامل برنامه های کاربردی تعریف شده توسط سازنده است.

لایه رابط کاربری: این لایه به عنوان رابط بین لایه MAC و لایه برنامه عمل می کند. مسئول شبکه سازی مش است.

لایه کنترل دسترسی متوسط ​​(لایه MAC): لایه مسئول رابط بین لایه فیزیکی و شبکه است. لایه MAC همچنین مسئول ارائه PAN ID و همچنین کشف شبکه از طریق درخواست های beacon است.

لایه فیزیکی: پایین ترین دو لایه یعنی لایه فیزیکی و لایه MAC (کنترل دسترسی متوسط) با مشخصات IEEE 802.15.4 تعریف شده اند. لایه فیزیکی نزدیکترین لایه به سخت افزار است و مستقیماً رادیو Zigbee را کنترل و با آن ارتباط برقرار می کند. لایه فیزیکی بسته های داده را در بیت های هوایی برای انتقال و بالعکس در طول دریافت ترجمه می کند.

زیگبی توسط چه کسانی اسفاده میشود؟

Zigbee توسط انواع شرکت های کابلی و مخابراتی در ستاپ باکس ها، فرستنده های ماهواره ای و دروازه های خانگی برای ارائه محصولات نظارت خانگی و مدیریت انرژی به مشتریان خود استفاده می شود.

Zigbee 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.

شرکت های خدمات شهری می توانند از Zigbee در کنتورهای هوشمند خود برای نظارت، کنترل، اطلاع رسانی 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. Zigbee به 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.همچنین Zigbee از تعدادی دستگاه از جمله سبد خرید هوشمند، دستیار خرید شخصی، برچسب قفسه الکترونیکی و برچسب‌های ردیابی دارایی پشتیبانی می‌کند.

زیگبی تنها تکنولوژی مورد اسفاده برای اینترنت اشیا یا خانگی نیست ودر کنار دیگر تکنولوژیی ها که آنها هم مزایا ومعایب خود را دارند مورد استفاده قرار میگیرد اما باید توجه داشت که هرکدام را با توجه به نیاز خود باید مورد استفاده قرار داد.از دیگر پروتکل های مشابه میتوان به وایفای, بلوتوث ,Thread, Nb-iot , LwM2M ,Z-Wave, LoRaWANو …اشاره کرد که در مقاله های جداگانه به هریک از آنها میپردازیم.

مارو دنبال کنید