زیگ بی zigbee چیست؟
ZigBee یک تکنولوژی بر مبنای استاندارد IEEE 802.15.4 است که برای دسته ای از پروتکل های ارتباطی سطح بالا طراحی شده و به کمک رادیو های دیجیتال کوچک و کم مصرف از آن برای ساخت شبکه های شخصی بی سیم برای مصارفی چون اتوماسیون خانگی، جمع آوری داده های دستگاه های پزشکی و سایر نیاز های با پهنای باند کم برای پروژه های کوچک مقیاس که به ارتباط بی سیم نیاز دارند استفاده می شود.
هدف تکنولوژیکی که توسط ZigBee تعریف شده، ساده تر و ارزان تر بودن نسبت به سایر شبکه های شخصی بی سیم (WPAN) مانند بلوتوث یا وای فای است. کاربرد های این تکنولوژی شامل چراغ های برق بی سیم، کنترل کننده های مصرف برق به همراه نمایشگر های داخل خانه، سیستم های مدیریت ترافیک و سایر تجهیزات مصرفی و صنعتی که به انتقال داده بی سیم، کوتاه برد و با نرخ انتقال پایین نیاز دارند می باشد.
مصرف توان کم این سیستم فاصله انتقال را به 10 تا 100 متر شعاع دید محدود می کند که میزان دقیق آن به توان خروجی خصوصیات محیطی بستگی دارد. دستگاه های ZigBee می توانند با گذراندن داده ها از یک شبکه توری از دستگاه های واسطه آن ها را در فواصل طولانی نیز منتقل کنند. ZigBee معمولا در کاربرد های با نرخ انتقال داده کم که به عمر باتری طولانی و شبکه های ایمن نیاز دارند استفاده می شود(شبکه های ZigBee با کلید های رمزنگاری متقارن 128 بیتی ایمن شده اند).ZigBee نرخ انتقال داده تعریف شده ای برابر 250 کیلوبیت در ثانیه دارد که برای انتقال داده ها 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 زنبور های عسل اشاره دارد که وقتی به کندو بر می گردند آن را انجام می دهند.
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 دستگاه های با طول عمر باتری طولانی در کاربردهای مختلف کنترل و نظارت بی سیم می باشد. دستگاه های ZigBee زمان تاخیر کمی دارند که باعث کمتر شدن جریان متوسط مصرفی می شود. چیپ های ZigBee عمدتا با به همراه رادیو ها و میکروکنترلر هایی که حافظه فلش بین 60-256 کیلوبایت دارند به کار می رود.ZigBee در باند های رادیویی صنعتی، علمی و پزشکی به کار می رود. فرکانس 2.4 گیگاهرتز متداول ترین فرکانس در استاندارد های جهانی می باشد. این فرکانس در چین برابر 784 مگاهرتز، در اروپا برابر 858 مگاهرتز و در آمریکا و استرالیا برابر 915 مگاهرتز می باشد. نرخ انتقال داده ها 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 شبکه های ستاره ای و درختی و شبکه های توری عمومی پشتیبانی می کند. هر شبکه باید یک دستگاه هماهنگ کننده داشته باشد که هدف از ساخت آن کنترل پارامتر های شبکه و تعمیر و نگهداری عمومی از آن است. در شبکه های ستاره ای، هماهنگ کننده باید به عنوان گره مرکزی مورد استفاده قرار گیرد. هر دو نوع شبکه ی درختی و توری امکان استفاده از روتر های ZigBee را برای افزایش ارتباطات در سطح شبکه فراهم کرده اند.
ZigBee بر پایه لایه فیزیکی و لایه نظارت بر دسترسی به رسانه انتقال که در استاندارد IEEE 802.15.4 برای شبکه های شخصی بی سیم با انرخ انتقال پایین تعریف شده، ساخته شده است. این طراحی شامل 4 جز کلیدی اضافی نیز می شود: لایه شبکه – لایه کاربرد- اشیا دستگاه ZigBee (ZDO)- و اشیا کاربردی تعریف شده توسط تولید کننده که اجازه شخصی سازی را به استفاده کنندگان می دهند و از یکپارچه سازی سیستم حمایت می کنند. ZDO ها مسئولیت برخی از وظایف مانند ثبت و نگهداری نقش های دستگاه، مدیریت درخواست برای اتصال به شبکه و همچنین پیدا کردن دستگاه و امنیت آن را به عهده می گیرند.
ZigBee یکی از استاندارد های 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 می رود و در دستگاه هایی نرخ انتقال داده و مصرف توان بسیار پایین دارند و در واقع ویژگی اصلی آن ها طول عمر دراز مدت باتری آن ها است، به کار می رود. استاندارد های دیگر مانند Bluetooth یا IrDA برای کاربرد های با نرخ انتقال داده بالا مانند صدا، تصویر و یا ارتباطات LAN طراحی شده اند.
تاریخچه زیگبی
شبکه های 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 می شود.
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 مجموعه ای از دستورات استانداردسازی شده است که تحت گروه هایی به نام خوشه ها سازمان دهی شده اند. این خوشه ها نام هایی چون انرژی هوشمند، اتوماسیون خانگی و ZigBee Light Link دارند.
ZigBee PRO
ZigBee PRO که با نام ZigBee 2007 نیز شناخته می شود در 31 اکتبر 2007 ارائه شد و در همان سال به تایید نهایی رسید. ZigBee PRO به طور کامل قابلیت سازگاری با دستگاه های ZigBee 2006را دارا می باشد. یک دستگاه ZigBee 2007 می تواند به عضویت یک شبکه ZigBee 2006 در بیاید و به راحتی در آن کار کند و بر عکس. به دلیل اختلافات موجود در زمینه گزینه های مسیریابی، دستگاه های ZigBee PRO باید در یک شبکه ZigBee 2006 به دستگاه انتهایی غیر مسیریاب ZigBee(ZED) تبدیل شوند و همین طور دستگاه های ZigBee 2006 باید در شبکه های ZigBee PRO به ZED تبدیل شوند. برنامه های در حال اجرا بر روی این دستگاه ها بدون توجه به stack profile زیر آن ها به طور مشابه اجرا می شوند. اولین پروفایل کاربردی ZigBee( اتوماسیون خانگی) در 2 نوامبر 2007 معرفی شد.
موارد استفاده ZigBee
پروتکل های ZigBee برای کاربرد های با مصرف توان کم و با نرخ انتقال پایین طراحی شده اند. شبکه ای که از طریق این پروتکل اجرا می شود تنها از نقادیر بسیار کمی انرژی یا توان استفاده خواهد کرد. دستگاه هایی که از این پروتکل استفاده می کنند باید طول عمر باتری حداقل 2 ساله داشته باشند تا بتوانند گواهی نامه مخصوص ZigBee را دریافت کنند. کاربرد های متداول شامل موارد زیر می شوند:
- سرگرمی های خانگی و کنترل: اتوماسیون خانگی مانند QIVICON، روشنایی هوشمند، کنترل دمای پیشرفته، کاربرد های ایمنی و امنیتی- فیلم و موسیقی
- حسگر شبکه بی سیم: که با سنسور های تکی مانند Telosb یا Tmote یا Memsic آغاز شد
- کنترل صنعتی
- تشخیص جاسازی شده
- جمع آوری داده های پزشکی
- هشدار دود و ورود فرد غریبه
- اتوماسیون ساختمان
استاندارد و پروفایل های ZigBee
ZigBee Alliance مجموعه از شرکت ها است استاندارد ZigBee را نگهداری کرده و منتشر می کنند. عبارت ZigBee علامت تجاری ثبت شده این گروه به شمار می رود و یک استاندارد فنی تنها به شمار نمی رود. این مجموعه، پروفایل های کاربردی را منتشر می کند که به فروشندگان تجهیزات اصلی(OEM) اجازه می دهد تا محصولات سازگاری را ایجاد کنند. ارتباط بین ZigBee و IEEE 802.15.4 شبیه ارتباط بین IEEE 802.11 و Wi-Fi Alliance می باشد.
برای اهداف غیر تجاری، ZigBee برای عموم رایگان می باشد. عضویت سطح پایین در ZigBee Alliance که به آن عضویت Adopter نیز گفته می شود اجازه دسترسی به نسخه های هنوز منتشر نشده ZigBee و اجازه ساخت محصولاتی با این نسخه های جدید برای عرضه به بازار را در اختیار اعضا می گذارد.
شرایط عضویت در ZigBee Alliance برای توسعه دهندگان نرم افزار های رایگان مشکل ایجاد می کند زیرا مبلغ عضویت سالیانه با پروانه عمومی همگانی GNU مطابقت ندارد. همچنین این شرایط عضویت با اکثر پروانه های نرم افزار های 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 می باشد.
پروفایل های کاربردی ZigBee
لیست کاربرد هایی که تا به حال منتشر شده یا در حال توسعه یافتن می باشند به شرح زیر است:
نسخه های عرضه شده ZigBee
- اتوماسیون خانگی 1.2
- انرژی هوشمند 1.1b
- خدمات مخابراتی 1
- مراقبت های 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 ساختمان های تجاری 1.0
- Gateway 1.0
- Green Power 1.0 ویژگی کنترل از راه دور بدون نیاز به باتری
نسخه های 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 می کند. این نسخه یک بروزرسانی نسبت به نسخه شماره 1 محسوب می شود. این پروتکل همچنین خدماتی چون شارژ وسایل نقلیه الکتریکی با اتصال به پریز برق، نصب تنظیم و دانلود نرم افزار سیستم، خدمات پیش پرداخت، اطلاعات کاربری و پیام رسانی، کنترل بار، پیک سایی و سایر اطلاعات عمومی و رابط های مختلف برای شبکه های بی سیم و سیمی ارائه می کند. این پروتکل توسط شرکای زیر در حال توسعه و طراحی می باشد:
- 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 می باشد که ترافیک استاندارد IPv6 را به IEEE 802.15.4 تغییر مسیر می دهد. این کار از طریق فشرده سازی هدر IP انجام می گیرد.
در سال 2009، کنسرسیوم RF4CE و ZigBee Alliance توافق کردند تا به طور مشترک استانداردی را برای کنترل از راه دور های با فرکانس رادیویی تدوین کنند. ZigBee RF4CE نیز در همین راستا و برای طیف گسترده ای از محصولات الکترونیکی مصرفی مانند تلویزیون ها و گیرنده های دیجیتال طراحی شد و قول مزایای بسیار بیشتر نسبت به کنترل های موجود در بازار را به مشترکین داد. این مزایا شامل ارتباط قوی تر، افزایش قابلیت اطمینان پذیری، انعطاف پذیری و ویژگی های بهبود یافته، چندمنظوره بودن و قابلیت کار کردن از پشت موانع می باشند. ZigBee RF4CE مقداری از بار شبکه را تحمل می کند و از همه ویژگی های شبکه های توری پشتیبانی نمی کند. اغلب از این ویژگی ها برای تنظیمات با حافظه کمتر در دستگاه های با هزینه کم مانند کنترل ها، صرف نظر می شود.
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، کاربرد ها و آینده این تکنولوژی را بر عهده دارد.