معرفی زیگبی؛ محبوب‌ترین فناوری روشنایی و تجهیزات هوشمند
امروزه بسیاری از دستگاه‌های هوشمند شناخته‌شده مانند Amazon Echo، Philips Hue، IKEA Tradfri و البته سیستم‌های هوشمند نستک از فناوری زیگبی (Zigbee) استفاده می‌کنند. اما زیگبی دقیقاً چیست و چه نقشی در خانه‌های هوشمند دارد؟
زیگبی در یک نگاه:
یک فناوری بی‌سیم خانه هوشمند است.
روی باند ۲.۴ گیگاهرتز فعالیت می‌کند.
یک جایگزین محبوب و مقرون‌به‌صرفه برای پروتکل‌هایی مثل Z-Wave، Matter، Thread، Wi-Fi و Bluetooth محسوب می‌شود.
یک پروتکل استاندارد است؛ بنابراین دستگاه‌ها از برندهای مختلف می‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند.
از Mesh Networking بهره می‌برد؛ یعنی دستگاه‌ها سیگنال را به یکدیگر منتقل می‌کنند تا برد افزایش یابد.
کم‌هزینه و اقتصادی است.
از رمزنگاری AES 128-bit برای امنیت بالا استفاده می‌کند.
مصرف انرژی بسیار پایین دارد و باعث افزایش عمر باتری دستگاه‌ها می‌شود.
برد پوشش‌دهی: حدود ۱۰ تا ۲۰ متر در محیط داخلی و ۷۵ تا ۳۰۰ متر در فضای باز.
با اتصال به یک هاب زیگبی مانند کنترل‌کننده مرکزی هوشمند نستک، می‌توان آن را به اینترنت متصل کرد و از طریق موبایل یا تبلت مدیریت نمود.
زیگبی چگونه کار می‌کند؟
زیگبی در اصل یک پروتکل ارتباطی است که برای اتصال دستگاه‌های هوشمندی مثل چراغ‌ها، پریزهای هوشمند و قفل‌های دیجیتال به شبکه خانه به کار می‌رود. شما می‌توانید این شبکه را حتی بدون اینترنت و تنها با یک ریموت کنترل (مثل ریموت Tradfri از IKEA) مدیریت کنید. در این حالت شاید سیستم خیلی «هوشمند» نباشد، اما همه وسایل به‌طور یکپارچه متصل خواهند بود و دیگر نیازی به استفاده دستی از کلیدهای سنتی ندارید.
زیگبی از نظر عملکرد به پروتکل‌های دیگری مانند Z-Wave، Matter، Wi-Fi و Bluetooth شباهت دارد، اما تفاوت‌هایی هم وجود دارد. همه این فناوری‌ها شبکه‌های نسبتاً امنی ایجاد می‌کنند و معمولاً می‌توانند با استفاده از یک هاب مرکزی به گوشی موبایل یا اپلیکیشن دسکتاپ متصل شوند. زیگبی هم مانند هر فناوری دیگری نقاط قوت و ضعف خود را دارد. مهم‌ترین تفاوت آن برای کاربر عادی، نوع دستگاه‌هایی است که پشتیبانی می‌کند. این پروتکل در زمینه روشنایی و پریزهای برق هوشمند عملکرد بهینه و کارآمدی دارد، در حالی که سایر پروتکل‌ها بیشتر بر دسته‌های دیگری از تجهیزات هوشمند تمرکز می‌کنند.
اصول فناوری زیگبی: نحوه کارکرد
زیگبی بر پایه مجموعه‌ای از استانداردهای IEEE 802.15.4 ساخته شده که به‌عنوان پایه پروتکل‌های ارتباطی بی‌سیم عمل می‌کنند. این فناوری امکان ایجاد شبکه‌های بی‌سیم کم‌مصرف و شبکه مش (Mesh Network) را فراهم می‌کند که به آن‌ها شبکه‌های شخصی بی‌سیم (WPANs) گفته می‌شود. به زبان ساده، زیگبی یک روش ارتباطی است که اجازه می‌دهد دستگاه‌های مختلف هوشمند با مصرف انرژی بسیار کم، به‌صورت مستقیم یا غیرمستقیم با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این ارتباط می‌تواند نقطه به نقطه (Point-to-Point) یا چند نقطه به چند نقطه (Multi-Point) باشد. به همین دلیل، شبکه زیگبی می‌تواند هم انعطاف‌پذیر باشد و هم گسترده، و دستگاه‌ها سیگنال‌ها را به یکدیگر منتقل کنند تا پوشش و پایداری شبکه افزایش پیدا کند.
دستگاه‌های زیگبی می‌توانند داده‌ها را به یکدیگر ارسال و از هم دریافت کنند.
یک هاب مرکزی قابلیت اتصال هم‌زمان به چندین دستگاه زیگبی را دارد.
زیگبی امکان ارتباط مستقیم بین دستگاه‌ها را فراهم می‌کند و با انتقال پیام‌ها از یک وسیله به وسیله دیگر، برد و پوشش شبکه را به شکل قابل توجهی افزایش می‌دهد.
شبکه مش (Mesh Networking)
شبکه مش در واقع نوعی شبکه است که در آن چندین دستگاه نقش روتر یا تقویت‌کننده سیگنال را ایفا می‌کنند. به این ترتیب، دستگاه‌ها فقط داده‌ها را به هاب مرکزی ارسال نمی‌کنند، بلکه سیگنال‌ها را دریافت کرده و دوباره به دستگاه‌های دیگر در محدوده خود منتقل می‌کنند.
این فرآیند که به آن پرش سیگنال (Signal Hopping) گفته می‌شود، باعث می‌شود برد و پایداری شبکه بسیار بیشتر از شبکه‌های سنتی ستاره‌ای (Star Networks) باشد. در نتیجه، حتی اگر یکی از مسیرهای ارتباطی دچار مشکل شود، داده‌ها می‌توانند از مسیرهای دیگر منتقل شوند و شبکه همچنان بدون اختلال به کار خود ادامه دهد.
یکی از ویژگی‌های مهم شبکه مش این است که به آن شبکه خودترمیمی (Self-Healing Network) هم گفته می‌شود. دلیلش این است که در این نوع شبکه چندین دستگاه نقش مسیریاب (Router) را بر عهده دارند. در یک شبکه وای‌فای معمولی، اگر مودم یا روتر شما از کار بیفتد، همه دستگاه‌ها هم از شبکه قطع می‌شوند. اما در پروتکل‌هایی مانند Zigbee، شبکه به‌طور خودکار شکاف ایجادشده را جبران می‌کند. به عبارت دیگر، دستگاه‌ها مسیر جدیدی برای ارسال سیگنال پیدا می‌کنند و ارتباط همچنان برقرار می‌ماند. تا زمانی که یک دستگاه دیگر در محدوده قرار داشته باشد، شبکه مسیر را دوباره مسیریابی (Re-Route) می‌کند و فعال باقی می‌ماند. این ویژگی باعث می‌شود خانه هوشمند شما پایدارتر و قابل اعتمادتر از شبکه‌های سنتی عمل کند.
اجزای یک شبکه زیگبی
در معماری یک شبکه زیگبی، دستگاه‌ها در سه نقش کلیدی سازماندهی می‌شوند. هر یک از این نقش‌ها وظایف ویژه‌ای بر عهده دارند و با همکاری یکدیگر، بستری یکپارچه، پایدار و کارآمد برای ارتباط میان تجهیزات هوشمند فراهم می‌سازند.
۱. هماهنگ‌کننده (Coordinator)
هماهنگ‌کننده به نوعی مدیر شبکه زیگبی محسوب می‌شود. ایجاد و مدیریت شبکه به عهده اوست و در هر شبکه فقط یک هماهنگ‌کننده وجود دارد. معمولاً این نقش توسط هاب زیگبی ایفا می‌شود؛ مانند هاب مرکزی نستک.
هماهنگ‌کننده مرکز اصلی شبکه است؛ در اینجا می‌توانید مجوزها را تنظیم کنید، دستگاه‌های جدید را اضافه کنید و کل شبکه شخصی (PAN) را مدیریت کنید. اگر از یک هاب هوشمند استفاده کنید، این نقطه همان جایی است که دستگاه‌های زیگبی شما به اینترنت و اپلیکیشن‌ها متصل می‌شوند. حتی برخی هاب‌ها می‌توانند زیگبی را با سایر پروتکل‌ها مانند Wi-Fi، Z-Wave یا Infrared یکپارچه کنند.
۲. مسیریاب (Router)
تمام دستگاه‌های زیگبی که از برق مستقیم استفاده می‌کنند و باتری ندارند، به‌عنوان مسیریاب عمل می‌کنند. وظیفه آن‌ها تکرار و تقویت سیگنال زیگبی است. این دستگاه‌ها پیام‌ها را از یک وسیله به وسیله دیگر منتقل می‌کنند و به این ترتیب برد شبکه افزایش می‌یابد. به زبان ساده، هر دستگاهی که در محدوده شنیداری دیگری قرار دارد، پیام را بدون خطا به جلو می‌فرستد. همین ویژگی است که شبکه زیگبی را به یک شبکه مش‌بندی قدرتمند و پایدار تبدیل می‌کند.
۳. دستگاه پایانی (End Device)
دستگاه‌های پایانی معمولاً دارای باتری هستند و عملکرد ساده‌تری دارند. این وسایل نه سیگنال را تکرار می‌کنند و نه به سایر دستگاه‌ها متصل می‌شوند؛ آن‌ها تنها با مسیریاب‌ها یا هماهنگ‌کننده ارتباط دارند. به همین دلیل به آن‌ها «پایانی» گفته می‌شود، چون آخرین حلقه در زنجیره شبکه‌اند. نمونه‌های رایج این دستگاه‌ها شامل کلیدهای بی‌سیم، چراغ‌های قابل‌حمل یا سنسورهای کوچک است. این گروه برای کاربرانی مناسب است که نیاز به تجهیزات سبک و قابل‌حمل دارند.
چرا از زیگبی استفاده کنیم؟
زیگبی کامل‌ترین یا بی‌رقیب‌ترین فناوری خانه هوشمند نیست، اما مزایا و قابلیت‌های زیادی دارد که آن را به یکی از محبوب‌ترین گزینه‌ها برای مصرف‌کنندگان تبدیل کرده است.
مزایای زیگبی
۱. اتصال به فضای ابری (Cloud)
با استفاده از هاب زیگبی، دستگاه‌ها به اینترنت متصل می‌شوند. این کار به شما امکان می‌دهد وسایل را با اپلیکیشن موبایل یا دسکتاپ مدیریت کنید، چند کاربر مختلف را به شبکه اضافه کنید، داده‌های مصرف را ذخیره کنید و سناریوهای هوشمند طراحی کنید.
۲. امنیت بالا
زیگبی از رمزنگاری AES 128 بیتی بهره می‌برد که سطح امنیتی مشابه رقیب اصلی آن، Z-Wave، دارد. این رمزنگاری در کنار بُرد کوتاه دستگاه‌ها باعث می‌شود شبکه زیگبی به‌طور پیش‌فرض امن باشد. البته بیشتر پروتکل‌های خانه هوشمند با پیکربندی صحیح امنیت مشابهی ارائه می‌دهند.
۳. پایداری شبکه
زیگبی از رمزنگاری AES 128 بیتی بهره می‌برد که سطح امنیتی مشابه رقیب اصلی آن، Z-Wave، دارد. این رمزنگاری در کنار بُرد کوتاه دستگاه‌ها باعث می‌شود شبکه زیگبی به‌طور پیش‌فرض امن باشد. البته بیشتر پروتکل‌های خانه هوشمند با پیکربندی صحیح امنیت مشابهی ارائه می‌دهند.
۴. پشتیبانی از چندین دستگاه
زیگبی می‌تواند تعداد زیادی وسیله را در یک شبکه پشتیبانی کند. در بیشتر خانه‌ها یک هاب کافی است. اما اگر تعداد دستگاه‌ها زیاد باشد یا فضای خانه بسیار بزرگ باشد، می‌توان از تکرارکننده (Repeater) یا فناوری‌های مکمل استفاده کرد.
5. مصرف انرژی بسیار کم
دستگاه‌های زیگبی در حالت آماده‌به‌کار (Standby) انرژی بسیار کمی مصرف می‌کنند. این موضوع باعث می‌شود عمر باتری در دستگاه‌های دارای باتری به شکل محسوسی افزایش یابد و هزینه برق نیز کاهش پیدا کند.
6. مقرون‌به‌صرفه بودن
یکی از دلایل محبوبیت زیگبی، قیمت پایین‌تر آن نسبت به بسیاری از پروتکل‌های دیگر است. دستگاه‌های زیگبی معمولاً ۲۰ تا ۵۰ درصد ارزان‌تر از دستگاه‌های مشابه مبتنی بر Z-Wave هستند و حتی از محصولات مبتنی بر Thread یا Matter نیز اقتصادی‌تر به شمار می‌آیند.
جمع‌بندی
زیگبی یک فناوری هوشمند، قدرتمند و مقرون‌به‌صرفه در دنیای خانه‌های هوشمند است. این پروتکل نسبت به Bluetooth مزایای بیشتری دارد، در مقایسه با Wi-Fi مصرف انرژی کمتری دارد و عمر باتری را به شکل قابل توجهی افزایش می‌دهد، و همچنین معمولاً از Z-Wave هم ارزان‌تر است. به همین دلیل بسیاری از برندهای بزرگ خانه هوشمند از زیگبی استفاده می‌کنند.
زیگبی گزینه‌های زیادی برای کاربران فراهم می‌کند؛ چه برای کسانی که سال‌ها از خانه هوشمند استفاده کرده‌اند، چه برای افرادی که تازه به فکر نصب اولین کلید یا پریز هوشمند افتاده‌اند.
با این حال، باید توجه داشت که زیگبی برای برخی کاربردها مناسب‌تر است. این فناوری کم‌مصرف است و داده‌ها را فقط هنگام نیاز منتقل می‌کند؛ بنابراین برای سنسورها، کلیدهای هوشمند و تجهیزات کوچک عالی است، اما برای دستگاه‌های پرمصرف با پهنای باند بالا، مانند اسپیکرهای بی‌سیم چندان مناسب نیست. در حال حاضر زیگبی بازار روشنایی هوشمند را در اختیار دارد، اما اگر به دنبال تجهیزاتی مثل برخی سنسورها یا وسایل خاص باشید، ممکن است گزینه‌هایی مانند Z-Wave انتخاب بهتری باشند.
