زیگ بی zigbee چیست؟

زیگ بی zigbee چیست؟

ZigBee یک تکنولوژی بر مبنای استاندارد IEEE 802.15.4 است که برای دسته‌ای از پروتکل‌های ارتباطی سطح بالا طراحی شده و به کمک رادیو‌های دیجیتال کوچک و کم مصرف از آن برای ساخت شبکه‌های شخصی بی سیم برای مصارفی چون اتوماسیون خانگی، جمع‌آوری داده‌های دستگاه‌های پزشکی و سایر نیاز‌های با پهنای باند کم برای پروژه‌های کوچک مقیاس که به ارتباط بی سیم نیاز دارند استفاده می‌شود. هدف تکنولوژیکی که توسط ZigBee تعریف شده، ساده‌تر و ارزان تر بودن نسبت به سایر شبکه‌های شخصی بی‌سیم (WPAN) مانند بلوتوث یا وای‌فای است. کاربرد‌های این تکنولوژی شامل چراغ‌های برق بی سیم، کنترل کننده‌های مصرف برق به همراه نمایشگر‌های داخل خانه، سیستم‌های مدیریت ترافیک و سایر تجهیزات مصرفی و صنعتی که به انتقال داده بی‌سیم، کوتاه برد و با نرخ انتقال پایین نیاز دارند است. مصرف توان کم این سیستم فاصله انتقال را به 10 تا 100 متر شعاع دید محدود می‌کند که میزان دقیق آن به توان خروجی خصوصیات محیطی بستگی دارد. دستگاه‌های ZigBee می‌توانند با گذراندن داده‌ها از یک شبکه توری از دستگاه‌های واسطه آن‌ها را در فواصل طولانی نیز منتقل کنند. ZigBee معمولا در کاربرد‌های با نرخ انتقال داده کم که به عمر باتری طولانی و شبکه‌های ایمن نیاز دارند استفاده می‌شود. (شبکه‌های ZigBee با کلید‌های رمزنگاری متقارن 128 بیتی ایمن شده‌اند)

ZigBee نرخ انتقال داده تعریف شده‌ای برابر 250 کیلوبیت در ثانیه دارد که برای انتقال داده‌ها به صورت متناوب از یک سنسور یا دستگاه ورودی بسیار مناسب است. ایده ZigBee در سال 1998 ایجاد شد این سیستم در سال 2003 استانداردسازی شد و در سال 2006 مجددا مورد بازبینی قرار گرفت. نام این سیستم به نوعی رقص در میان زنبور‌های عسل اشاره دارد که وقتی به کندو بر می‌گردند آن را انجام می‌دهند.

 

زیگ بی zigbee چیست؟

ZigBee دقیقا چیست؟

ZigBee یک استاندارد شبکه توری بی سیم کم هزینه و کم مصرف است که هدف آن توسعه استفاده از دستگاه‌های با طول عمر باتری طولانی در کاربردهای مختلف کنترل و نظارت بی‌سیم است. دستگاه‌های ZigBee زمان تاخیر کمی دارند که باعث کمتر شدن جریان متوسط مصرفی می‌شود. چیپ‌های ZigBee عمدتا با به همراه رادیو‌ها و میکروکنترلر‌هایی که حافظه فلش بین 60-256 کیلوبایت دارند به کار می‌رود. ZigBee در باندهای رادیویی صنعتی، علمی و پزشکی به کار می‌رود. فرکانس 2.4 گیگاهرتز متداول ترین فرکانس در استانداردهای جهانی است. این فرکانس در چین برابر 784 مگاهرتز، در اروپا برابر 858 مگاهرتز و در آمریکا و استرالیا برابر 915 مگاهرتز است. نرخ انتقال داده‌ها از 20 کیلوبیت بر ثانیه (باند 868 مگاهرتز) تا 250 کیلوبیت بر ثانیه (باند 2.4 گیگاهرتز) متغیر است. لایه شبکه ZigBee به طور بالقوه از شبکه‌های ستاره‌ای و درختی و شبکه‌های توری عمومی پشتیبانی می‌کند. هر شبکه باید یک دستگاه هماهنگ کننده به همراهش بوده که هدف از ساخت آن کنترل پارامتر‌های شبکه و تعمیر و نگهداری عمومی از آن است. در شبکه‌های ستاره‌ای، هماهنگ کننده باید به عنوان گره مرکزی مورد استفاده قرار گیرد. هر دو نوع شبکه‌ی درختی و توری امکان استفاده از روتر‌های ZigBee را برای افزایش ارتباطات در سطح شبکه فراهم کرده‌اند. ZigBee بر پایه لایه فیزیکی و لایه نظارت بر دسترسی به رسانه انتقال که در استاندارد IEEE 802.15.4 برای شبکه‌های شخصی بی‌سیم با انرخ انتقال پایین تعریف شده، ساخته شده است. این طراحی شامل 4 جز کلیدی اضافی نیز می‌شود: لایه شبکه – لایه کاربرد – اشیا دستگاه ZigBee (ZDO) – و اشیا کاربردی تعریف شده توسط تولید کننده که اجازه شخصی‌سازی را به استفاده کنندگان می‌دهند و از یکپارچه سازی سیستم حمایت می‌کنند. ZDO‌ها مسئولیت برخی از وظایف مانند ثبت و نگهداری نقش‌های دستگاه، مدیریت درخواست برای اتصال به شبکه و هم‌چنین پیدا کردن دستگاه و امنیت آن را به عهده می‌گیرند. ZigBee یکی از استاندارد‌های جهانی پروتکل ارتباطات است که توسط کارگروهی ویژه تحت IEEE 802.15 تعریف شده است. این استاندارد چهارمین استاندارد موجود در این شاخه است و هم‌چنین جدیدترین استاندارد در این زمینه به شمار می‌رود و در دستگاه‌هایی نرخ انتقال داده و مصرف توان بسیار پایین دارند و در واقع ویژگی اصلی آن‌ها طول عمر دراز مدت باتری آن‌ها است، به کار می‌رود. استاندارد‌های دیگر مانند Bluetooth یا IrDA برای کاربرد‌های با نرخ انتقال داده بالا مانند صدا، تصویر و یا ارتباطات LAN طراحی شده‌اند.

 

تاریخچه زیگبی

شبکه‌های دیجیتال رادیویی خود سازمان دهنده و تک کاره مشابه ZigBee در دهه 1990 به وجود آمدند. ZigBee تحت استاندارد IEEE 802.15.4-2003 در 14 دسامبر 2004 به تصویب رسید. ZigBee Alliance در دسترس بودن نسخه اول این تکنولوژی را در 13 ژوئن 2005 اعلام کرد که از آن به عنوان ZigBee 2004 یاد می‌شود.

 

کتابخانه خوشه ZigBee

در سپتامبر 2006، ساختار ZigBee 2006 به صورت رسمی اعلام شد و نسخه سال 2004 را از رده خارج کرد (نسخه سال 2006 ساختار پیام/اشتراک مقدار کلیدی موجود در نسخه سال 2004 را با یک “کتابخانه خوشه” جایگزین کرد). این کتابخانه مجموعه‌ای از دستورات استانداردسازی شده است که تحت گروه‌هایی به نام خوشه‌ها سازمان‌دهی شده‌اند. این خوشه‌ها نام‌هایی چون انرژی هوشمند، اتوماسیون خانگی و ZigBee Light Link دارند.

 

ZigBee PRO

ZigBee PRO که با نام ZigBee 2007 نیز شناخته می‌شود در 31 اکتبر 2007 ارائه شد و در همان سال به تایید نهایی رسید. ZigBee PRO به طور کامل قابلیت سازگاری با دستگاه‌های ZigBee 2006 را دارا است. یک دستگاه ZigBee 2007 می‌تواند به عضویت یک شبکه ZigBee 2006 در بیاید و به راحتی در آن کار کند و بر عکس. به دلیل اختلافات موجود در زمینه گزینه‌های مسیریابی، دستگاه‌های ZigBee PRO باید در یک شبکه ZigBee 2006 به دستگاه انتهایی غیر مسیریاب ZigBee(ZED) تبدیل شوند و همین طور دستگاه‌های ZigBee 2006 باید در شبکه‌های ZigBee PRO به ZED تبدیل شوند. برنامه‌های در حال اجرا بر روی این دستگاه‌ها بدون توجه به stack profile زیر آن‌ها به طور مشابه اجرا می‌شوند. اولین پروفایل کاربردی ZigBee (اتوماسیون خانگی) در 2 نوامبر 2007 معرفی شد.

 

موارد استفاده ZigBee

پروتکل‌های ZigBee برای کاربرد‌های با مصرف توان کم و با نرخ انتقال پایین طراحی شده‌اند. شبکه‌ای که از طریق این پروتکل اجرا می‌شود تنها از نقادیر بسیار کمی انرژی یا توان استفاده خواهد کرد. دستگاه‌هایی که از این پروتکل استفاده می‌کنند باید طول عمر باتری حداقل 2 ساله داشته تا بتوانند گواهی‌نامه مخصوص ZigBee را دریافت کنند. کاربرد‌های متداول شامل موارد زیر می‌شوند:

• سرگرمی‌های خانگی و کنترل: اتوماسیون خانگی مانند QIVICON، روشنایی هوشمند، کنترل دمای پیشرفته، کاربردهای ایمنی و امنیتی‌ فیلم و موسیقی.
• حسگر شبکه بی سیم: که با سنسور‌های تکی مانند Telosb یا Tmote یا Memsic آغاز شد
• کنترل صنعتی.
• تشخیص جاسازی شده.
• جمع‌آوری داده‌های پزشکی.
• هشدار دود و ورود فرد غریبه.
• اتوماسیون ساختمان.

 

استاندارد و پروفایل‌های ZigBee

ZigBee Alliance مجموعه از شرکت‌ها است استاندارد ZigBee را نگهداری کرده و منتشر می‌کنند. عبارت ZigBee علامت تجاری ثبت شده این گروه به شمار می‌رود و یک استاندارد فنی تنها به شمار نمی‌رود. این مجموعه، پروفایل‌های کاربردی را منتشر می‌کند که به فروشندگان تجهیزات اصلی (OEM) اجازه می‌دهد تا محصولات سازگاری را ایجاد کنند. ارتباط بین ZigBee و IEEE 802.15.4 شبیه ارتباط بین IEEE 802.11 و Wi-Fi Alliance است. برای اهداف غیر تجاری، ZigBee برای عموم رایگان است. عضویت سطح پایین در ZigBee Alliance که به آن عضویت Adopter نیز گفته می‌شود اجازه دسترسی به نسخه‌های هنوز منتشر نشده ZigBee و اجازه ساخت محصولاتی با این نسخه‌های جدید برای عرضه به بازار را در اختیار اعضا می‌گذارد. شرایط عضویت در ZigBee Alliance برای توسعه دهندگان نرم‌افزارهای رایگان مشکل ایجاد می‌کند زیرا مبلغ عضویت سالیانه با پروانه عمومی همگانی GNU مطابقت ندارد. هم‌چنین این شرایط عضویت با اکثر پروانه‌های نرم‌افزارهای رایگان نیز مطابقت ندارد. از هیئت مدیره ZigBee Alliance خواسته شده تا پروانه خود را با GPL مطابقت دهند اما این درخواست توسط هیئت مدیره رد شده است. در طرف مقابل Bluetooth دارای پروانه بهره برداری GPL است.

 

پروفایل‌های کاربردی ZigBee

لیست کاربرد‌هایی که تا به حال منتشر شده یا در حال توسعه یافتن هستند به شرح زیر است:

نسخه‌های عرضه شده ZigBee

• اتوماسیون خانگی 1.2
• انرژی هوشمند 1.1b
• خدمات مخابراتی 1
• مراقبت‌های پزشکی 1.0
• RF4CE- کنترل از راه دور 1.0
• RF4CE- دستگاه ورودی 1.0
• کنترل از راه دور 2.0
• Light Link 1.0
• IP 1.0
• اتوماسیون ساختمان‌های تجاری 1.0
• Gateway 1.0
• Green Power 1.0 ویژگی کنترل از راه دور بدون نیاز به باتری

 

نسخه‌های در حال توسعه ZigBee

• انرژی هوشمندZigBee 2.0
• انرژی هوشمند 1.2/1.3
• Light Link 1.1
• اتوماسیون خانگی 1.3

 

نسخه 2 انرژی هوشمند ZigBee پروتکل اینترنتی را برای زیرنظر گرفتن، کنترل کردن، اطلاع رسانی و اتوماتیک کردن استفاده از آب و انرژی تعریف می‌کند. این نسخه یک بروزرسانی نسبت به نسخه شماره 1 محسوب می‌شود. این پروتکل هم‌چنین خدماتی چون شارژ وسایل نقلیه الکتریکی با اتصال به پریز برق، نصب تنظیم و دانلود نرم‌افزار سیستم، خدمات پیش پرداخت، اطلاعات کاربری و پیام رسانی، کنترل بار، پیک سایی و سایر اطلاعات عمومی و رابط‌های مختلف برای شبکه‌های بی‌سیم و سیمی ارائه می‌کند. این پروتکل توسط شرکای زیر در حال توسعه و طراحی است:

• انجمن HomeGrid که مسئولیت بازاریابی و به دست آوردن گواهی تکنولوژی و محصولات ITU-T G.hn را بر عهده دارد.
• HomePlug Powerline Alliance
• انجمن بین المللی مهندسین خودرو SAE International
• SunSpec Alliance
• Wi-Fi Alliance

انرژی هوشمند ZigBee بر ZigBee IP تکیه کرده که یک لایه شبکه است که ترافیک استاندارد IPv6 را به IEEE 802.15.4 تغییر مسیر می‌دهد. این کار از طریق فشرده سازی هدر IP انجام می‌گیرد. در سال 2009، کنسرسیوم RF4CE و ZigBee Alliance توافق کردند تا به طور مشترک استانداردی را برای کنترل از راه دور‌های با فرکانس رادیویی تدوین کنند. ZigBee RF4CE نیز در همین راستا و برای طیف گسترده‌ای از محصولات الکترونیکی مصرفی مانند تلویزیون‌ها و گیرنده‌های دیجیتال طراحی شد و قول مزایای بسیار بیش‌تر نسبت به کنترل‌های موجود در بازار را به مشترکین داد. این مزایا شامل ارتباط قوی‌تر، افزایش قابلیت اطمینان پذیری، انعطاف پذیری و ویژگی‌های بهبود یافته، چندمنظوره بودن و قابلیت کار کردن از پشت موانع هستند. ZigBee RF4CE مقداری از بار شبکه را تحمل می‌کند و از همه ویژگی‌های شبکه‌های توری پشتیبانی نمی‌کند. اغلب از این ویژگی‌ها برای تنظیمات با حافظه کمتر در دستگاه‌های با هزینه کم مانند کنترل‌ها، صرف نظر می‌شود. با معرفی دومین پروفایل کاربردی ZigBee RF4CE در سال 2012 و به دست گرفتن بخشی از بازار، تیم ZigBee RF4CE بررسی کلی استاندارد فعلی موجود، ‌کاربردها و آینده این تکنولوژی را بر عهده دارد.