راهنمای جامع روش‌های اتصال در اینترنت اشیا (Internet of Things) — بخش سوم: زیگ‌بی (ZigBee)

در بخش های قبلی این سلسله آموزش ها به معرفی مقدماتی از شبکه‌ و فناوری های ارتباطی وای فای و ترد پرداختیم. در این مطلب به معرفی فناوری زیگبی (ZigBee) خواهیم پرداخت. با ما تا انتهای مطلب همراه باشید.

زیگبی (ZigBee)

زیگبی نیز مانند ترد یک ائتلاف میان بیش از 200 شرکت است که برای توسعه یک شبکه پایدار و ساده برای اتوماسیون خانگی و صنعتی گرد هم آمده‌اند.

اهداف طراحی زیگبی

زیگبی به منظور ارائه خدمات اتوماسیون خانگی و صنعتی طراحی شده است و از این ‌رو اهداف طراحی آن نیز بر همین اساس است:

• مصرف توان پایین
• امنیت
• حضور در کنار دیگر شبکه‌های رادیویی که از باند ISM استفاده می‌کنند.
• استانداردسازی
• هزینه پایین

زیگبی نیز همچون ترد بر پایه استاندارد IEEE 802.15.4 طراحی شده است.

خصوصیات زیگبی شکاف موجود در استاندارد 802.15.4 برای ایجاد یک شبکه توری واقعی را رفع می‌کند و همچنین از توپولوژی‌های دیگر مانند ستاره‌ای و درختی نیز پشتیبانی می‌کند.

دستگاه‌ها در شبکه زیگبی

در ادامه سه نوع دستگاه که در پروتکل زیگبی تعریف شده است آمده‌اند:

• هماهنگ‌کننده زیگبی
• روتر زیگبی
• دستگاه انتهایی زیگبی (گره)

هماهنگ‌کننده زیگبی

این دستگاه‌ها به عنوان مغز شبکه در زیگبی عمل می‌کنند و دستگاه‌ها را به شبکه متصل می‌کنند، کلیدهای امنیتی را نگهداری می‌کنند و همچنین به شبکه‌های دیگر پل می‌زنند. تنها یک هماهنگ‌کننده زیگبی در هر شبکه وجود دارد.

روتر زیگبی

شبکه‌های زیگبی ممکن است چند روتر برای خدمت‌رسانی به عنوان روترهای واسط یا انتقال داده درون شبکه داشته باشند.

دستگاه‌های انتهایی زیگبی

دستگاه‌های انتهایی تنها با گره والد خود (روتر یا هماهنگ‌کننده) ارتباط دارند. این دستگاه‌ها نمی‌توانند به طور مستقیم با دستگاه‌های انتهایی دیگر ارتباط بگیرند. این دستگاه‌ها نیز همچون شبکه ترد با این رویکرد طراحی شده‌اند که اغلب عمر خود را در حالت خواب باشند و تنها برای انتقال داده‌ها به والد خود بیدار می‌شوند.

زیگبی فرض کرده است که کانال‌های 11 تا 26 باند رادیویی 2.4 گیگاهرتز در اغلب رادیوها استفاده می‌شود. کانال‌های زیگبی به طور خاص چنان طراحی شده‌اند که در صورت انتساب صحیح کانال در دو شبکه، بدون تداخل در کنار کانال‌های وای فای عمل کنند.

نکته: بهترین استفاده طیفی برای هر دو شبکه زمانی است که کانال‌های 1، 6، 11 به وای فای اختصاص یابند و کانال‌های 15، 20، 25 به کانال‌های زیگبی.

زیگبی در برابر ترد

استاندارد زیگبی زمانی که ترد در سال 2014 معرفی شد با چالش عمده‌ای مواجه گشت. ائتلاف زیگبی مجبور شد پروتکل جدید خود به نام زیگبی 3 را معرفی کند. آن‌ها تلاش کردند تا در زمینه‌هایی که ترد و دیگر شبکه‌ها جایگزین‌های بهتری برای اتوماسیون خانگی محسوب می‌شوند وارد شوند.

زیگبی 3 دارای امکانات بیشتری مانند زیگبی RF4CE و توان سبز زیگبی است.

زیگبی RF4CE به‌منظور جایگزینی ریموت IR در کنترل از راه‌های دور رادیویی طراحی شده است. این پروتکل با هدف ایجاد یک کنترل‌کننده ریموت سراسری طراحی شده است که برای کنترل دستگاه‌های راه دور و همچنین روشنایی‌ها و لامپ‌ها استفاده می‌شود. ضمناً این پروتکل محدودیت‌های IR را نیز پوشش می‌دهد.

توان سبز زیگبی به عنوان یک استاندارد بسیار توان پایین برای پشتیبانی از دستگاه‌های دارای انرژی کم طراحی شده است. این پروتکل با مدیریت شبکه به نحوی که بتوان برای مدتی طولانی دستگاه را خاموش کرد، تضمین می‌کند که کمترین مقدار توان مصرف می‌شود.

یکی از مهم‌ترین خصوصیاتی که موجب شد زیگبی عقب‌تر از ترد قرار گیرد عدم تطبیق آن با IP بود. از سوی دیگر زیگبی نسخه 3 کاملاً با IP مطابقت دارد. بنابراین اکنون می‌توان دستگاه‌های زیگبی را از طریق روتر به اینترنت متصل کرد.

مزایا: کاملاً مشابه ترد

معایب: برد محدود، سرعت پایین انتقال داده

Xbee یک ماژول ارتباط رادیویی ساخت Digi International است که از پروتکل زیگبی پشتیبانی می‌کند. همچنین می‌توان فریم ویر این ماژول‌ها را آپدیت کرد تا از زیگبی نسخه پرو و DigiNesh نیز پشتیبانی کنند.