پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند

پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند بر اساس بستر ارتباطی به دو گروه تقسیم می شوند که هر کدام انواع مختلفی دارد. در این مقاله به بررسی هرکدام پرداخته شده

در این مقاله قصد داریم پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند را معرفی کنیم. حوزه پروتکل های ارتباطی بسیار گسترده است. از اینرو در نوشتار به بررسی مهمترین انواع آن می پردازیم. در ادامه ابتدا یک تعریف جامع و کامل از پروتکل ارائه خواهیم داد و سپس به معرفی و مقایسه پروتکل های مختلف مورد استفاده در خانه هوشمند خواهیم پرداخت.

پروتکل چیست؟

به بیان ساده، پروتکل زبان ارتباطی بین نودهای مختلف یک شبکه است. تجهیزات مورد استفاده در یک شبکه برای برقراری ارتباط با یکدیگر از اصول و استانداردهای خاصی تبعیت می کنند. اغلب فعالیت های انجام شده در شبکه براساس تبادل اطلاعات بین تجهیزات مختلف استوار است.

فارغ از اینکه تجهیزات با چه توپولوژی شبکه ای به هم متصل شده اند؛ جهت برقراری ارتباط بین دو نود در شبکه لازم است که آن ها زبان یکدیگر را بفهمند. بنابراین پروتکل یعنی استاندارد برقراری ارتباط بین نودهای مختلف یک شبکه.

پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند

تفاوت اصلی پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند در بستر ارتباطی و استاندارد تبادل اطلاعات آن ها است. یکی از موضوعات بسیار مهم در زمینه شبکه های انتقال اطلاعات، امنیت داده ها است. به منظور حفظ امنیت داده ها در ارتباط بین شبکه از رمزگذاری استفاده می شود.

رمزگذاری همان زبان واحد بین نودهای شبکه است. در هریک از نودهای شبکه یک بخش رمز وجود دارد که وظیفه رمز کردن اطلاعات ارسالی و رمزگشایی اطلاعات دریافتی را بر عهده دارد.

برای رمزگذاری الگوریتم ها و استانداردهای مختلفی وجود دارد اما به عنوان مثالی ساده فرض کنید الگوریتم رمز کردن ما معکوس کردن کلمات باشد. در اینصورت واحد رمزگذار کلمه روشن را به نشور و واحد رمزگشا کلمه نشور را به روشن تبدیل می کند.

مقایسه پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند

برای مقایسه پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند پارامترهای زیادی وجود دارند. مهمترین پارامترهای مقایسه عبارتند از:

  • امنیت اطلاعات: امنیت اطلاعات را می توان به عنوان مهمترین پارامتر اثر گذار بر کیفیت یک ارتباط معرفی کرد. رسیدن اطلاعات درست به مقصد و غیر قابل ترجمه بودن اطلاعات برای تجهیزات و افراد خارج از شبکه، مهمترین عوامل تعیین کننده امنیت یک ارتباط هستند.

بخش عمده امنیت اطلاعات از طریق رمزگذاری تامین می شود. بنابراین غیرقابل نفوذ بودن سیستم رمزگذاری و رمزگشایی از اهمیت بالایی برخوردار است.

  • بستر ارتباطی: منظور از بستر در یک شبکه، مسیر جابجایی اطلاعات بین نودهای مختلف است. از منظر بستر ارتباطی می توان پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند را به دو گروه کلی بی سیم و با سیم تقسیم کرد.

هریک از انواع ارتباط بی سیم یا باسیم خود به زیر شاخه های متنوعی تقسیم می شوند. تفاوت پروتکل های با سیم در نوع سیم مورد استفاده آن هاست و تفاوت ارتباط های بی سیم در باند فرکانسی مورد استفاده توسط آن هاست.

لازم به ذکر است که بستر ارتباطی بخشی از پروتکل به حساب می آید و نه کل پروتکل.

انواع پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند

پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند را می توان در دو گروه پروتکل های با سیم و پروتکل های بی سیم دسته بندی کرد.

در زمینه ارتباط بی سیم بسیاری از شرکت ها اقدام به توسعه پروتکل داخلی خود نموده اند. اما پروتکل های بین المللی Z-wave و Zig – bee مهمترین پروتکل های بی سیم بین المللی هستند.

پروتکل های ارتباط با سیم به دلیل نیاز به سخت افزار جانبی از تنوع کمتری برخوردارند. انواع پروتکل های باسیم مورد استفاده در خانه هوشمند عبارتند از: KNX، mode bus، S bus، X 10 .

البته پروتکل های ارتباطی دیگری نیز در هر گروه حضور دارند که به دلیل فراگیر نبودن از پرداختن به آن اجتناب می کنیم.

پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند باسیم

پروتکل KNX

از جمله پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند قدیمی و پر طرفدار می توان به KNX اشاره کرد. KNX یک استاندارد بین المللی کنترل ساختمان است (ISO/IEC 14543) که با استفاده از تکنولوژي اطلاعات، تجهیزات مختلف از قبیل سنسور ها، عملگرها، کنترلرها و ترمینالها را به یکدیگر متصل می کند.

ویژگی ها:

  • این پروتکل امکان برقراری ارتباط محصولات تولید کنندگان مختلف تجهیزات خانه هوشمند با یکدیگر را فراهم می کند.
  • کلید های پروتکل KNX در قوطی کلیدهای با استاندارد اروپایی و آمریکایی نصب می شوند.
  • به دلیل استفاده از کابل شیلد دار در نصب تجهیزات نویز کمی به سیستم وارد می گردد.
  • امکان کنترل رطوبت، مصرف جریان الکتریکی، کلید روشنایی و سیستم سرمایشی گرمایشی و … .

پروتکل X-10

ویژگی اصلی پروتکل X-10 ارسال فرمان هاي کنترلی از طریق شبکه تغذیه برق شهر است. به این ترتیب نیاز به سیم کشی دوباره و یا دستکاري در وضعیت برق خانه مرتفع می گردد.

پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند نقش مهمی در طراحی سیستم دارند. براي طراحی خانه هوشمند با پروتکل X10، کافی است وسیله برقی خود را از طریق واسطه اي به پریز موجود در منزل متصل کنید. به این ترتیب قادر خواهید بود با فرستنده سازگار با این پروتکل، وسیله مورد نظر را با توجه به آی دی تنظیم شده آن کنترل کنید.

ویژگی ها:

  •  هزینه پایین براي توسعه کامل سیستم.
  •  قابلیت سازگاري و همکاري در میان محصولات تجاري.
  • ریموت هاي X-10 با تکنولوژی RF فعالیت می شوند.
  • حداکثر تعداد 256 دستگاه توسط پروتکل X-10 قابل کنترل است.
  • بر روی تلویزیون و رادیو نویز ایجاد می کند.
  • از سیستم هایی که موتور الکتریکی دارند نویز پذیر است.
  •  براي حذف نویز مجبور به استفاده از فیلتر هاي متعدد می باشد.

پروتکل مدباس

شبکه ModBus یکی از پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند است که کاربرد اولیه آن در استفاده از PLC ها بود. ولی بتدریج بعنوان یک استاندارد ارتباطی پذیرفته شد و بسیاری از سازندگان تجهیزات اتوماسیون آن را پشتیبانی کردند.

پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند

در حال حاضر Modbus بصورت یک استاندارد متن باز درآمده است که محصولات سازندگان مختلف به سهولت توسط این پروتکل با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند.

ویژگی ها:

  • جهت کاربردهای صنعتی توسعه و گسترش یافته است
  • به صورت رایگان منتشر شده است
  • گسترش پذیری و نگهداری ساده ای دارد
  • اجازه انتقال بیت ها و بایت ها را بدون محدودیت خاصی به تولید کننده دستگاه می دهد

Modbus پروتکل جهت برقراری ارتباط بین تعداد زیادی (تا 247) دستگاه متصل به یک شبکه استفاده می شود، به عنوان مثال دما و رطوبت اندازه گیری شده توسط سنسورها از طریق این پروتکل توسط کنترل کننده مرکزی قرائت می شود.

پروتکل های خانه هوشمند بی سیم

همانطور که در ابتدای مقاله بیان کردیم در حوزه پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند استانداردهای مختلفی معرفی شده اند. همچنین با استفاده از بسترهای ارتباطی مختلف، تولیدکنندگان اقدام به توسعه پروتکل های مختلفی کرده اند.

در ادامه به معرفی مهمترین پروتکل های ارتباط بی سیم پرداخته شده است.

پروتکل  zigbee

یکی از پروتکل های ارتباطی خانه هوشمند است که براي ارتباط بی سیم با فواصل کم استفاده می شود. ZigBee پروتکلی دو سویه است که با مصرف انرژي کم و هزینه پایین بین دستگاه هاي الکتریکی ارتباط برقرار می کند.