زیگبی (Zigbee) چیست؟

زیگبی (Zigbee) چیست؟

زیگبی (Zigbee) چیست؟

زیگبی نوعی شبکه بی سیم است که در انستیتو مهندسان برق و الکترونیک با کد IEEE 802.15.4 استاندارد سازی شده است. ​در فن آوری Zigbee طراحی به نحوی ست که سیگنال های رادیویی دیجیتال با انرژی کم (low power) در شبکه های شخصی (PAN) با وسعت و برد کم توزیع می شود و پهنای باند به دست آمده نیز کم است. در قبال از دست دادن پهنای باند انتقالی و برد پوشش، قیمت مقرون به صرفه و مصرف بسیار کم انرژی به دست می آید. 

شبکه بی سیم Zigbee نسبت به شبکه های بی سیم دیگر نظیر WiFi و Bluetooth ارزان تر است و در شبکه هایی ​کاربرد​ دارد که ارسال داده ی ​با نرخ و مصرف انرژی پایین ​مورد نیاز باشد.

از طرفی​ زیگبی در مقایسه با  وای فای و بلوتوث سرعت​ انتقال داده​ کمتری دارد، علت این ​تفاوت را می توان در هدف از طراحی این فناوری دانست که به منظور صرفه جویی در مصرف انرژی بوده و برای ایجاد شبکه هایی مورد استفاده قرار می گیرد که به انتقال داده های کم، بهره وری انرژی و شبکه ای ایمن نیاز دارند.

​به مدد این نوع طر​احی، استفاده از Zigbee​​ به نسبت دیگر انواع شبکه بی سیم​ هزینه ی کمتری​ دارد.

​تاریخچه Zigbee

شبکه هایی نظیر زیگبی در دهه ۱۹۹۰ در عرصه شبکه های بی سیم به وجود آمدند و مورد استفاده قرار گرفتند. شبکه Zigbee در سال ۲۰۰۴ توسط انستیتو IEEE با کد IEEE 802.15.4-2003 ​استاندارد سازی شد و پس از آن اتحادیه Zigbee در ماه جون سال ۲۰۰۵ اولین Specification را با عنوان Specification 1.0 منتشر کرد. این مشخصات به Zigbee 2004 Specification معروف است. 

رابطه بین اتحادیه Zigbee و استاندارد IEEE 802.15.4-2003 نظیر ارتباط بین اتحادیه WiFi و استاندارد IEEE 802.11 است. 

انواع توپولوژی های شبکه Zigbee

شبکه های زیگبی می توانند بصورت توپولوژی های ستاره ای (star)، نقطه به نقطه (peer-to-peer)، کلاستر و مش (mesh) پیکربندی شوند، اما دلیل نامگذاری این فناوری به خاطر توپولوژی مش است. فناوری زیگبی با استفاده از توپولوژی مش، مسیرهای متفاوتی را میان دستگاه ها ایجاد می کند (همانند شبکه اینترنت) و با این روش احتمال قطعی شبکه از یک نقطه را برطرف می سازد.

زیگبی (Zigbee) چیست؟

انواع دستگاه های Zigbee

یک شبکه Zigbee از node های زیگبی تشکیل می شود. ساختار سخت افزاری یک دستگاه Zigbee شامل یک میکروکنترلر، یک فرستنده/گیرنده رادیویی و یک آنتن است. 

این ساختار سخت افزاری در تمامی کاربردها یکسان است و باقی داستان به صورت نرم افزار اتفاق می افتد. یک دستگاه زیگبی یا یک Zigbee Node می تواند برای کاربرد های متنوعی مورد استفاده قرار بگیرد، بر این اساس یک Zigbee node می تواند به عنوان نقطه اتصال دیگر Node ها به شبکه باشد، یا اینکه کار مسیر دهی را انجام دهد و بسیاری از نقش های دیگر که بدون تغییر در سخت افزار و به صورت نرم افزاری انجام می شود. 

یک دستگاه زیگبی می تواند به صورت یک دستگاه با تمامی قابلیت های شبکه زیگبی عرضه شود که به آن FFD یا Full Function Device می گویند.

گاهی نیز ممکن است که دستگاه زیگبی با قابلیت های نرم افزاری محدودی عرضه شود که به آن RFD یا Reduced-Function Device می گویند.

یک دستگاه FFD می توانایی پشتیبانی از تمامی قابلیت هایی که در استاندارد برای یک دستگاه Zigbee تعریف شده است را دارد این در حالی ست که RFD تنها قادر است که بخشی از قابلیت های تعریف شده در استاندارد را پشتیبانی کند. 

 بر اساس آنچه گفته شد دستگاه های Zigbee در ۵ دسته مختلف به شرح ذیل دسته بندی می شوند : 

 ۱- دستگاه های Coordinator

یک دستگاه کوردینیتور FFD است که مسئولیت مدیریت کل شبکه را برعهده دارد. با توجه به این هر شبکه فقط و فقط یک Coordinator دارد. دستگاه کوردینیتور مسئولیت انجام امور زیر را در شبکه برعهده دارد: 

– شروع شبکه و مدیریت آن 
– انتخاب کانال رادیویی مناسب در شبکه 
– آدرس دهی در شبکه 
– نگهداری لیست تجهیزات شبکه زیگبی

۲- دستگاه انتهایی در شبکه End Device 

دستگاه های End Device معمولا RFD هستند، قیمت ارزان تری دارند و انرژی الکتریکی کمتری مصرف می کنند. یک دستگاه End Device که ممکن است در برخی از متون با عنوان Child نیز از آن یاد شود در شبکه به یک Coordinator یا Router متصل می شود (که ممکن است با عنوان Parent نیز از آنها یاد شود). یک دستگاه End Device مسئول انجام عملیات زیر در شبکه است: 

– اتصال به شبکه یا ترک شبکه 
– انتقال اطلاعات به دستگاه بالادستی (Coordinator/Router)

۳- دستگاه Router

روتر زیگبی معمولا یک FFD است. روتر ها در شبکه های Zigbee معمولا در توپولوژی درختی یا Mesh جهت گسترش شبکه مورد استفاده قرار می گیرند.

وظیفه Zigbee Router مسیر یابی بهترین مسیر برای انتقال اطلاعات است. یک روتر تمامی کارهایی که یک Coordinator را انجام می دهد به غیر از اینکه مسئولیت راه اندازی شبکه فقط و فقط با Coordinator است و به همین دلیل هر شبکه تنها و تنها یک Coordinator دارد. 

 ۴- دستگاه Zigbee Trust Center یا ZTC

دستگاه ZTC دستگاهی ست که مدیریت امنیت شبکه را برعهده دارد و کلید امنیت را در شبکه مدیریت می کند و همچنین مسئولیت صحت یا عدم صحت بقیه دستگاه های Zigbee را در شبکه به عهده دارد. 

 ۵- دستگاه Zigbee Gateway

گیت وی زیگبی مسئولیت اتصال بین دو شبکه Zigbee متفاوت را بر عهده دارد. 

از بین ۵ دسته فوق ۳ دسته اول بیشترین کاربرد را دارند و در ۹۰ درصد مواقع مورد استفاده قرار می گیرند. نقش این دستگاه ها را در توپولوژی فرضی ذیل مشاهده می کنید.

زیگبی (Zigbee) چیست؟

کاربردهای Zigbee

شبکه های زیگبی با توجه به نوع طراحی، کارکرد و قیمت استفاده های متنوعی دارند، ولی بر اساس نیاز بازار و همچنین علاقه مندی تولیدکنندگان، در برخی از بازارها کاربرد بیشتری پیدا کرده اند که این بازارها و خلاصه ای از نوع استفاده در ذیل شرح داده شده است.

– راهکارهای مرتبط با خانه های هوشمند 
– کنترل سیستم هوشمند روشنایی
– صنایع
– اتوماسیون سیستم فروش در فروشگاه های خرده فروشی بزرگ 

– خانه های هوشمند 

در شبکه های خانه های هوشمند معمولا تجهیزات بسیاری زیادی مورد کنترل و مدیریت مرکزی قرار می گیرند. از این دست تجهیزات می توان به شیرهای آب، کنتور برق، درب ها، پنجره ها، پرده ها، یخچال، سیستم گرمایش/سرمایش، کنترل روشنایی خانه، کلید و پریز های برق و …. اشاره کرد.

منطقا در این نوع کاربرد استفاده از کابل کشی برای اتصال تمامی دستگاههایی که از آن ها نام برد شد ممکن نیست و از طرفی احتمالا استفاده از شبکه کابلی نسبت به شبکه بی سیم هزینه بیشتری در بر خواهد داشت. 

به همین دلیل تجهیزات Zigbee یکی از محبوب ترین راه حل ها برای شبکه سازی تجهیزات در راهکار خانه های هوشمند است. 

همه تجهیزات نظیر پرده ها، درب ها و … از طریق یک برد الکترونیکی کوچک که از شبکه Zigbee پشتیبانی می کند و در درون آنها جایگذاری شده است، به یک کنترلر مرکزی متصل شده و کنترل می شوند. 

– کنترل سیستم های هوشمند روشنایی

در بسیاری از موارد نظیر پارک ها، ساختمان ها و مجتمع های بزرگ سیستم های روشنایی یک از مواردی ست که مصرف انرژی فراوانی دارد و کنترل مصرف این سیستم ها می تواند در مدت زمان صرفه جویی غیر قابل چشم پوشی ای در زمینه انرژی ایجاد کند.

با توجه به این موضوع و همچنین با توجه به خصوصیاتی که از شبکه های Zigbee شرح داد شده، زیگبی کاربرد فراوانی در کنترل مصرف انرژی در سیستم های روشنایی گسترده دارد.

– صنایع 

صنایع کوچک و بزرگ یکی از مهمترین و سود آورترین بازارهای شبکه های Zigbee است. سودآوری استفاده از Zigbee در صنایع هم برای تولید کننده و هم برای مصرف کننده تعریف می شود. 

صنایع، دستگاه ها و تجهیزات فراوانی دارند که می بایست به صورت دائم و زنده آن ها را مانیتور یا کنترل کنند. از کارافتادن یا عدم صحت هر یک از این تجهیزات یا حسگرها می تواند ضرر غیر قابل جبرانی را به صنایع وارد کند.

از طرفی با توجه به ذات صنایع که در محیط های کارگاهی یا کارخانه ای مستقر هستند یا امکان کابل کشی وجود ندارد و یا هزینه کابل کشی برای ایجاد شبکه سرسام آور است. با توجه به این موضوعات و همچنین با توجه به اینکه اطلاعات که در صنایع برای کنترل یا مانیتورینگ تجهیزات لازم است معمولا حجم زیادی ندارد Zigbee به یکی از بهترین انتخاب ها در صنایع تبدیل شده است.

همچنین در این راستا بسیاری از سازندگان تجهیزات شبکه های صنعتی مانند موگزا سعی کرده اند تا تجهیزات Zigbee را با در نظر گرفتن شرایط استفاده در صنایع طراحی و تولید کنند.

– اتوماسیون سیستم فروش در فروشگاه های خرده فروشی بزرگ 

اتوماسیون در فروشگاه های بزرگ نظیر هایپر مارکت نیز موضوعی ست که نظیر همه کاربردهای دیگر مشکلات مشابه و راه حل مشابه دارد.

وسعت فروشگاه های بزرگ سبب می شود که کابل کشی در این فروشگاه ها کار مشکلی باشد، از طرفی انتخاب راهکار Zigbee می تواند در مصرف انرژی صرفه جویی کند و همچنین هزینه های اولیه راه اندازی شبکه را نیز پایین نگهدارد. 

جمع بندی

زیگبی شبکه ء بی سیمی ست که ذاتا برای کم کردن مصرف انرژی و هزینه های اولیه راه اندازی شبکه طراحی شده است. کم کردن مصرف انرژی و پایین نگهداشتن هزینه تولید تجهیزات به بهای از دست دادن برد بی سیم تجهیزات و همچنین پایین بودن پهنای باند ارتباط ایجاد شده انجام شده است.

لذا در صورتیکه کاربرد شما با این موارد همخوانی دارد می توانید انتظار داشته باشید که زیگبی برای شما بهترین انتخاب است. کاربرد شما زمانی با ذهنیت طراحی زیگبی همخوانی دارد که: 

– وسعت پوشش شبکه کم باشد.
– پهنای باند مورد نیاز برای انتقال اطلاعات کم باشد.
– امکان کابل کشی با هزینه محدود وجود نداشته باشد. 

در صورتیکه شرایط شبکه شما با شرایط Zigbee همخوانی داشته باشد، مطمئن باشید که هر نوع شبکه بی سیم دیگری می تواند چند برابر قیمت زیگبی برای شما هزینه در بر داشته باشد. 


منتشر شده

در

توسط

برچسب‌ها: