مروری بر تاریخچه پروتکل بی سیم و اهمیت آن

خانه های هشمند و راه های ارتباطی آن

اگر شما در زمینه اینترنت اشیا به فعالیت مشغول هستید، حتما مطلع هستید که سالیانه گزارش هایی در مورد خانه های هوشمند منتشر می شود.

گزارشی که اخیرا توسط Crismon Hexagon منتشر شده نشان می دهد که از سال ۲۰۱۴ تا سال ۲۰۱۷ میزان رغبت افراد برای داشتن خانه ای هوشمند بیشتر شده بگونه ای که امروزه حدود ۶۰ درصد از افراد را شامل می شود.

پارامتر های بسیاری وجود داشته که افراد را برای داشتن خانه ای هوشمند ترغیب می کنند؛ از جمله: سرگرمی، راحتی، افزایش کارایی کلی خانه و صرفه جویی در هزینه های انرژی، افزایش امنیت و … . اما در پشت تمامی این قضایا، افرادی که در صنعت اینترنت اشیا (Internet of Things) به فعالیت مشغول هستند، به خوبی با یکی از بزرگترین موانع در استفاده از خانه های هوشمند آشنا هستند که این چیزی نیست جز شبکه های بی سیم و پروتکل های مرتبط با آن.

پروتکل‌های شبکه بسیاری برای پشتیبانی از سیستم‌های اتوماسیون خانگی ساخته شدند که امکان کنترل از راه دور روشنایی، لوازم‌خانگی و گجت های هوشمند را فراهم می‌کنند. دو پروتکل اصلی برای این کار Z-Wave و Zigbee هستند. پروتکل های Z-Wave و وای فای در واقع ستون فقرات ساختار اینترنت اشیا به شمار می روند. این زبان بین دستگاه ها در برخی موارد باعث ایجاد عواملی شده که این عوامل، باعث ایجاد موانع و سردرگمی بیشتر برای کاربران خواهد شد.

همانگونه که محبوبیت استفاده از اینترنت اشیا و تجهیزات مبتنی بر آن روز به روز افزایش می یابد، بالطبع تعداد پروتکل ها و روش های ارتباطی در این بستر هم افزایش می یابد. در حالی که مهندسان، توسعه دهندگان و تولیدکنندگان در تلاش برای تولید بهترین رابط کاربری بودند، پروتکل های جدید و تکنولوژی های جدید نیز توسعه داده شد تا تمامی تجهیزات ارتباطی را به یکدیگر مرتبط و ساختاری یکپارچه ایجاد کنند. برای درک اینکه چگونه ما در حال حاضر به چنین پروتکل های ارتباطی در عصر حاضر رسیده ایم، تاریخچه ی کوتاهی در مورد آن بازگو می کنیم.

قبل از وجود اینترنت اشیا اوضاع چگونه بود؟

مروری بر ابتدای این مسیر

در ابتدا نیاز است که بپرسیم: عملکرد یک پروتکل بی سیم در خانه هوشمند چیست؟ به زبانی ساده، یک پروتکل، زبان یا قابلیت ارتباطی دستگاه ها با یکدیگر و درک مقابل آنها از یکدیگر است.

اولین پروتکل ارتباطی در خانه های هوشمند، پروتکل X بود. این پروتکل در دهه ۱۹۷۰ میلادی معرفی شد. این پلتفرم در ابتدا سیستم بر اساس خط قدرت بود (به این معنی  که به دیوار منازل سیم کشی می شد)، هم اکنون پروتکل وایرلس به عنوان جایگزین  وجود دارد. این تکنولوژی نسبتا آهسته است و ارتباط بین تجهیزات به دلیل فاصله سیم کشی و نویز خط مورد استفاده در آن قابل توجه است. فراتر از آن، نصب سیستم های  X10 نسبتا پیچیده است و به همین دلیل به مبتدیان توصیه نمی شود به تنهایی این کار را  انجام دهند..

پروتکل UPB  مخفف عبارت Universal Powerline Bus میباشد که یک پروتکل با سیم در خانه هوشمند است. این پروتکل در سال ۱۹۹۹ پیاده سازی شد و یکی از پروتکل های توسعه داده شده پیشرفته میباشد. این پروتکل بر پایه استاندارد X10 بنا نهاده شده است و از خطوط داخلی برق واحد برای انتقال اطلاعات و داده در شبکه استفاده می نماید.  مشابه دیگر پروتکل های خانه هوشمند، این پروتکل نیز برای ارتباطات نیاز به یک کنترلر مرکزی برای اتصال به دیوایس ها در شبکه دارد. این پروتکل از پیچیدگی بالایی برای نصب و راه اندازی برخوردار است و اطلاعات و دانش فنی ویژه ای را برای برقرای ارتباطات می طلبد. وای فای در دهه ۹۰ میلادی معرفی شد و پروتکلی بود برای انتقال داده های با حجم بالا. نقش وای فای در خانه های هوشمند امروزی انکار ناپذیر است. از وای فای در خانه های هوشمند جهت اتصال تجهیزات و دستگاه ها به یکدیگر . همچنین کنترل آنها توسط کاربر استفاده می شود. استفاده از وای فای در خانه های هوشمند دارای معایبی همچون تداخل بالای امواج ( تداخل یا Interference) و مصرف بالای انرژِی است که این موارد برای دستگاه هایی که تغذیه شان مبتنی بر استفاده از باتری است، مطلوب نیست. به دنبال پروتکل وای فای، پروتکل های دیگری همچون Z-Wave و Intenson برای کنترل خانه های هوشمند معرفی شدند که مواردی همچون افزایش بهره وری، مصرف برق پایین و استفاده از شبکه های مش به منظور افزایش قدرت سیگنال های مخابره شده در آنها به چشم می خورد.

فناوری های اولیه در خانه های هوشمند

در سال ۲۰۰۵، افراد موفقی در اسمارت‌لبز SmartLabs  پروتکل INSTEON را به جهان معرفی کردند.  پروتکل Insteon  ارتباط را از طریق هر دو روش ( خطوط برق و بی سیم ) برقرار می کند. INSTEON از روش ارتباطی دو بانده dual-band در بسیاری از تجهیزات استفاده می‌کند، به عبارت بهتر می‌تواند هم از طریق خطوط قدرت موجود در خانه و هم از طریق RF (فرکانس رادیویی) ارتباط برقرار کند، این دو بانده بودن باعث کارایی بیشتری می‌شود. در زمان طراحی این پروتکل بهترین راه حل ممکن بود؛ اما اکوسیستم بسته آن باعث شد تا تطبیق پذیری تجهیزات بر طبق این بستر سخت شود.

یکی از پروتکل های اولیه مبتنی بر شبکه های مش، Zigbee است که توسط HomeRF Aliance توسعه داد شد. ZigBee از یک توپولوژی شبکه مش برای برقراری ارتباط با تجهیزاتی استفاده می‌کند که در حال استفاده از پروتکل می‌باشند، به عبارت دیگر هر تجهیزی که به شبکه اتوماسیون خانگی اضافه شود، باعث افزایش برد و توان این شبکه می‌شود. همانند پروتکل Zigbee، پروتکل Z-Wave نیز بر پایه شبکه های مش است. Z-Wave یکی از معروف‌ترین پروتکل‌های مورد استفاده در دنیای امروزی به شمار می‌رود؛ این پروتکل در سال ۲۰۰۷ و مخصوص تجهیزات اتوماسیون خانگی به وجود آمده است. بیشتر از ۲۰۰ شرکت در سرتاسر دنیا از Z-Wave استفاده می‌کنند.  این پروتکل مخصوصا برای خانه های هوشمند طراحی و توسعه داده شد. این پروتکل بگونه ای توسعه داده شد که نه تنها میزان مصرف انرژی آن پایین بوده، بلکه رابط کاربری هوشمندی داشته و تجهیزات زمانی که به آن اضافه می شوند، شبکه قدرتمند تر خواهد شد.

تازه واردان به خانه هوشمند

در سال های اخیر، با توجه به اهمیت شبکه های مش در ساختار خانه های هوشمند که در واقع ستون فقرات برای آن به حساب می آید، شرکت های مربوطه می کوشند تا تکنولوژی های خود را گسترش دهند. در این عرصه شرکت های جدیدی همچون  Bluetooth Special Interest Group یا SIG و Wi-Fi Alliance وارد شده اند که اینها پروتکل های خاص خود را مبتنی بر شبکه های مش معرفی کرده اند.

شبکه بلوتوث مش در سال ۲۰۱۷ توسط SIG معرفی شد که نحوه ارتباط در آن با ارتباط Point-to-Point موجود در بلوتوثی که ما می شناسیم، تفاوت دارد. وای فای و توزیع آن در شبکه های مش کمی بعد معرفی شد. مهندسانی از شرکت Key Chipset Vendors اذعان کردند که استفاده از شبکه وای فای برای هوشمند سازی خانه ها، در تجهیزاتی که مبتنی بر استفاده از باتری هستند، مناسب نیست؛ زیرا مصرف انرژی آن بالاست. علاوه بر این، بسیاری از شرکت ها برای استفاده از پروتکل های جدیدی همچون Wi-Fi HaLow نیاز به زمان زیادی داشته تا یک محصول مناسب برای مصرف کنندگان تولید کنند.

چه چیزی در آینده نهفته است؟

خانه های هوشمند و پروتکل های آن به سرعت در حال پیشرفت و شکوفایی هستند؛ هرچند تا امروز پروتکلی که بتواند تمامی پروتکل های دیگر را کنار زده و بعنوان یک استاندارد یکتا خود را معرفی کند، هنوز معرفی نشده است. اما این وظیفه ما است که برای مصرف کنندگان این امکان را فراهم کنیم که آنها چه چیزی قرار است به خانه شان ببرند و نقش هر تکنولوژی و تجربه کلی از کاربری آنها، چگونه است. برای مثال، وای فای به جز جدایی ناپذیری از خانه های هوشمند تبدیل شده، بخصوص اگر کاربر نیاز داشته باشد تا تجهیزات خود را در خارج از خانه نیز کنترل کند. بلوتوث نیز نقش مهمی در بازار قفل های هوشمند ایفا کرده است، بگونه ای که به مشتریان این امکان را می دهد تا بدون نیاز به کلید،  در حالی که گوشی هوشمند خود در نزدشان بوده و از تکنولوژی بلوتوث استفاده می کند،قفل درب خود را باز کنند.

Z-Wave نیز یک فناوری برجسته در حیطه سیستم های امنیتی، روشنایی، سیستم های مرتبط با کنترل دما، قفل درها، سنسورها و سایر دستگاه های جانبی است.

تمامی پروتکل های بی سیم، مزایا و معایبی دارند، اما مهمترین عوامل برای انتخاب نوع پروتکل، تعامل پروتکل با دیگر تجهیزات و سازگاری آنها با یکدیگر، امنیت و هزینه تمام شده آن است. توسعه و پشرفت این صنعت بر عهده توسعه دهندگان و مصرف کنندگان بوده تا بتوانند با یکدیگر بستر ارتقا و پیشرفت آن را فراهم کنند.