سیستم های هوشمند کنترل ساختمان از چه پروتکل هایی استفاده میکنند؟

سلام

در مقاله پیشین با عنوان “یک سیستم مقرون به صرفه ساختمان چیست؟” سعی کردیم با کمترین هزینه و بالاترین بهره وری از امکانات و زیرساخت های موجود ، یک سیستم هوشمند مدیریت ساختمان مقرون به صرفه برای شما ترسیم کنیم تا بتوانید بهترین کارایی و عملکرد را داشته باشید !

 

در این مقاله قصد معرفی 7 تا از بهترین و پر مصرف ترین پروتکل های مورد استفاده در سیستم هوشمند کنترل ساختمان رو داریم، امیدواریم بتوانیم به بهترین وجه ممکن به این سوال که سیستم های هوشمند کنترل ساختمان از چه پروتکل هایی استفاده میکنند؟ درست پاسخ دهیم 👌

 

چنانچه ندانید چه پروتکل هایی برای هوشمند سازی انتخاب کنید، و هر کدام چه مزایا و معایبی دارند، ورود به دنیای هوشمندسازی ساختمان میتواند سخت و طاقت فرسا باشد !

یک خانه هوشمند بدون انتخاب پروتکل درست که امکان یکپارچه کردن اکوسیستم خانه هوشمند را فراهم کند، به درستی نمیتواند کار کند.

 

متخصصین فعال و تولیدکنندگان در حوزه هوشمند سازی ساختمان، چنانچه نتوانند انتظارات نهایی مشتریان خود را درست برآورده کنند، در واقع ریسک سخت افزاری و نرم افزاری بزرگی مرتکب میشوند که بعضا قابل جبران نیست!

 

انتخاب پروتکلی ضعیف برای هوشمندسازی ساختمان، باعث کاهش بهره وره منابع(خصوصا توان تجهزاتی که با باتری کار میکنند)، پوشش دهی سیگنال ناکافی و یا ناپایداری ارتباط دستگاه های بیسیم خواهد شد.

 

در این مقاله قصد داریم معرفی درستی از پروتکل های مورد استفاده در هوشمند سازی ساختمان ها ارائه کرده و مزایا، محدودیت ها و امنیت هر یک را بیان کنیم تا بتوانید به درستی بهترین پروتکل را انتخاب و به بهترین بازدهی دست پیدا کنید .

 

مفهوم پروتکل در خانه هوشمند چیست؟

 

پروتکل در سیستم خانه هوشمند به معنای تنظیم یک سری قوانین و مقررات، برای این که مشخص شود تجهیزات و سیستم های کنترل هوشمند ساختمان چطور با یکدیگر و اکوسیستم خانه هوشمند ارتباط برقرار کنند، به معنای این است که پروتکل در واقع زبان بیان ،فراهم ساختن تعامل یکپارچه با سایر تجهیزات هوشمند و تبادل اطلاعات با یکدیگر را مشخص میکند.

 

اولین هدف پروتکل در صنعت هوشمند سازی ساختمان، قابلیت اطمینان از همکاری اجزای مختلف با یکدیگر و سازگاری و یکپارچگی با تجهیزات تولید کنندگان مختلف است، به گونه ای که بدون استاندارد سازی پروتکل های مورد استفاده تجهیزات هوشمند ، استفاده از تجهیزات تولیدی برند های مختلف محدود به تهیه کردن تمامی تجهیزات و یکپارچه سازی انحصاری توسط همان برند می باشد، این مفهوم یعنی برای هوشمند کردن ساختمان خود مجبور به استفاده از یک یا دو برند خاص هستید، امری که با زیبایی، یکپارچگی و ارتباط تجهیزات مختلف با یکدیگر در تضاد است.

 

پروتکل های ارتباطی همچنین، به تبادل داده های احراز هویت و تشخیص و اصلاح خطاها کمک میکنند و بیش از این، باعث اطمینان خاطر از ارسال صحیح و امن اطلاعات می گردند.

 

رایج ترین پروتکل های مورد استفاده در صنعت هوشمند سازی ساختمان ها موارد ذیل است:

• Ethernet
• WiFi
• Bluetooth Low Energy (BLE)
• زیگبی(Zigbee)
• Z.wave
• Thread
• Matter

 

و با نگاهی عمیق تر به تمامی این موارد:

 

1. شبکه کابلی (Ethernet):

شبکه کابلی یا اترنت بطور مشترک برای ارتباطات شبکه های محلی یا LAN استفاده می شود.

کابل شبکه با زوج های در هم تنیده و فیبر نوری با سرعت بالا به تبادل اطلاعات می پردازد،

این ارتباط پایدار و محبوب با پیروی از استاندارد IEEE 802.3 یک شبکه امن و قابل اطمینان برای تبادل اطلاعات فراهم میکند.

 

مزایا: کابل شبکه یک ارتباط پایدار و قوی برای ارتباط تجهیزات خانه هوشمند فراهم میکند .

بدلیل پهنای باند بالا، کابل شبکه برای دستگاه هایی مانند: تلوزیون های هوشمند، کنسول های بازی و سیستم های پخش تصاویر که به پایداری و سرعت بالا نیاز دارند و همچنین برای سیستم هایی که نیاز به ایجاد شبکه محلی(مثل دوربین مداربسته) دارند، توصیه میشود.

کابل شبکه خطر تداخل شبکه را رفع و اطمینان خاطر از ارتباط صحیح بین دستگاه ها را برقرار میکند.

 

محدودیت ها: کابل شبکه نیازمند اجرای کابل کشی در ساختمان است که می تواند برای کاربران سنگین و هزینه بر باشد، به هر حال زمانی که امکان کابل کشی در ساختمان فراهم باشد، یا ساختمان دارای زیرساخت شبکه باشد، کابل شبکه قابل اطمینان ترین گزینه موجود است.

 

امنیت: کابل شبکه سطح امنیت خاصی را برای کاربران تضمین نمیکند، با این حال، از طریق سایر پروتکل هایی که از بستر کابل شبکه به تبادل اطلاعات میپردازند اطمینان خاطر داشته باشید که بسته ها بطور ایمن انتقال می یابند.

 

2. شبکه بیسیم(WiFi) :

تکنولوژی شبکه ارتباطی بیسیم، از طریق امواج رادیویی به دستگاه ها قابلیت اتصال به شبکه و یکدیگر را می دهد.

این پروتکل با پیروی از استاندارد IEEE 802.11 در باند های فرکانسی مختلفی از 2.4GHz تا 5GHz فعالیت میکند ، WiFi در بین تجهیزات مختلف، یکی از محبوب ترین پروتکل های هوشمند سازی ساختمان است.

 

مزایا: وای Wi-Fi به صورت متنوع و بسیار گسترده پشتیبانی می شود که بصورت قابل توجه،اتصال به شبکه را برای طیف وسیعی از سیستم های کنترل هوشمند ساختمان فراهم می کند.

Wi-Fi پوشش گسترده ای در منزل ایجاد میکند و منجر میشود تا دستگاه ها از نقاط مختلف خانه به یکدیگر وصل شوند، همچنین Wi-Fi به دلیل پهنای باند مناسب، اتصال دستگاه هایی با دیتای سنگین نظیر : پخش فیلم و تصاویر و … را تضمین میکند.

محدودیت ها: Wi-Fi ممکن است با دستگاه هایی که باند های فرکانسی متفاوتی دارند تداخل داشته باشد ـــ و یا با دیوار ها و موانعی مانند اثاث و وسایل منزل که میتوانند قدرت و پوشش دهی گسترده Wi-Fi را کاهش دهند مشکل ایجاد کند.

به علاوه استفاده از این پروتکل میتواند در مقایسه با پروتکل های با مصرف برق ناچیز، مقدار بیشتری انرژی مصرف کند که برای کاربرد هایی نظیر گجت های همراه و تجهیزات دارای باتری داخلی، کمی غیر قابل اتکا است.

 

امنیت: Wi-Fi با استفاده از پروتکل های امنیتی WPA و WPA-2 داده هایی که قصد ارسال در شبکه دارند را رمز گذاری می کند، اما به هر حال استفاده از رمز پرقدرت و بروزرسانی هایی که آسیب پذیری هارا برطرف میکند به شدت توصیه میشود.

 

3. بلوتوث/بلوتوث کم مصرف (Bluetooth, Bluetooth Low Energy) :

بلوتوث و BLE فناوری‌ های ارتباط بی‌ سیم هستند که برای دستگاه‌ های کم‌ مصرف طراحی شده‌ اند.

این فناوری ها در باند فرکانسی 2.4GHz کار می‌ کنند و دستگاه‌ ها را قادر می‌ سازند تا داده‌ ها را به صورت بی‌ سیم و در فواصل کوتاه ارسال و دریافت کنند.

مزایا: بلوتوث و BLE به دلیل مصرف انرژی پایین، پروتکل‌ های ارتباطی رایج برای دستگاه‌ های خانه هوشمند با باتری هستند.

آن‌ ها امکان انتقال کارآمد داده‌ ها را فراهم می‌ کنند و از ارتباط مستقیم دستگاه ها با یکدیگر پشتیبانی می کنند.

توجه داشته باشید که بلوتوث از ویژگی‌ های بیشتری پشتیبانی می‌ کند، اما انرژی بیشتری مصرف می‌ کند.

محدودیت ها: ماهیت برد کوتاه بلوتوث و BLE، محدوده پوشش آنها را در خانه کاربر نهایی محدود می‌ کند، اگرچه برای کاربردهای کم‌ مصرف عالی است، اما برای دستگاه‌ هایی که نیاز به پوشش گسترده یا نرخ انتقال داده بالا دارند، توصیه نمیشود.

امنیت: بلوتوث و BLE از رمز گذاری AES-CCM برای محافظت از انتقال داده‌ ها استفاده می‌ کنند. با این حال، مانند هر پروتکل بی‌ سیم دیگری، اطمینان از به‌ روز بودن دستگاه‌ ها و میان‌ افزار برای رفع هرگونه آسیب‌ پذیری امنیتی بالقوه بسیار مهم است.

4. زیگبی (Zigbee) :

زیگبی یک پروتکل کم مصرف و ارتباطی بیسیم مناسب برای تجهیزاتی کم هزینه و مسافت پوشش پایین تر می باشد که در باند فرکانسی (عموما) 2.4GHz کار کرده و از هم بندی(توپولوژی) شبکه گره (mesh) استفاده میکند.

در این پروتکل هر دستگاه بعنوان گره شبکه عمل می کند که باعث افزایش پوشش شبکه شده و در صورتی که یکی از دستگاه های موجود از شبکه خارج گردد، شبکه بصورت خودکار پیکربندی مجدد شده و سایر گره ها را حفظ کند.

مزایا: پروتکل زیگبی به دلایلی همچون مصرف پایین انرژی و شبکه ارتباطی گره ایده آل برای مصارفی مانند هوشمند سازی ساختمان می باشد.

این پروتکل ارتباطات مطمئن و قابل اطمینانی بین دستگاه ها برقرار می سازد، که میتوان در توسعه و تولید تجهیزات هوشمند از قبیل لامپ، ترموستات ، سنسور و تجهیزات فراوانی از آن استفاده نمود.

محدودیت ها: به دلیل مسافت پایین پاسخگویی زیگبی(در مقابل سایر پروتکل ها) مخصوصا زمانی که موانع بسیاری سر راه دستگاه ها قرار دارد، میتواند چالش برانگیز باشد.

برای حل مشکل مسافت پوشش پایین زیگبی استفاده از توسعه دهنده شبکه زیگبی و همچنین روتر های زیگبی برای افزایش برد آن توصیه میشود،

استفاده از این تجهیزات برای افزایش پوشش شبکه میتواند پیچیدگی شبکه را بیشتر کرده و باعث افزایش هزینه کرد نیز شود.

امنیت: برای یک ارتباط پایدار، زیگبی میتواند از استاندارد رمز گذاری AES-128 استفاده کند و توسعه دهندگان این پروتکل به مراتب ایرادات امنیتی قبلی را پوشش داده و برای بهبود و بروزرسانی مکرر این پروتکل تلاش می کنند.

5. Z.wave : پروتکل Z-Wave یک ارتباط بی‌سیم است که در باند فرکانسی زیر گیگاهرتز (زیر 1GHz) عمل می‌کند و ارتباط قابل اعتماد و امنی را بین دستگاه‌ها فراهم می‌کند.

دستگاه‌ های Z-Wave یک شبکه مش با دستگاه‌ هایی که به عنوان گره عمل می‌ کنند، تشکیل می‌ دهند تا پوشش شبکه را افزایش داده و در صورت از کار افتادن هر گره، اتصال را حفظ کنند.

مزایا: در یک شبکه مش Z-Wave، دستگاه‌ها به عنوان تکرار کننده عمل می‌ کنند و پوشش شبکه را گسترش می‌ دهند.

این ساختار شبکه خود-ترمیم، قابلیت اطمینان و برد شبکه را افزایش می‌ دهد. اگر یک دستگاه از کار بیفتد، شبکه سیگنال‌ ها را از طریق مسیرهای موجود دیگر تغییر مسیر می‌ دهد و ارتباط مداوم را تضمین می‌ کند. Z-Wave یک پروتکل کم‌ مصرف است که می‌ تواند برای روشنایی هوشمند، سیستم‌ های امنیتی و ترموستات‌ های هوشمند استفاده شود.

محدودیت‌ها: Z-Wave یک پروتکل ارتباطی اختصاصی است، به این معنی که ممکن است سازگاری محدودی با دستگاه‌ های توسعه‌ یافته توسط تولیدکنندگان شخص ثالث داشته باشد.

امنیت: Z-Wave با رمزگذاری AES-128 کار می‌کند و از احراز هویت دو طرفه بین دستگاه‌ها پشتیبانی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که فقط دستگاه‌های مجاز می‌توانند به شبکه بپیوندند. Z-Wave از طریق به‌روزرسانی‌های OTA امنیت مداوم را تضمین می‌کند.

6. Thread : پروتکل Thread یک ارتباط بی‌سیم است که روی IPv6 با فرکانس 2.4GHz کار می‌ کند و از توپولوژی شبکه مش پیروی می‌ کند.

مزایا: Thread مقیاس‌ پذیری سیستم‌ های خانه هوشمند را تضمین می‌ کند و امکان اضافه کردن یکپارچه دستگاه به شبکه را فراهم می‌ کند. این پروتکل بهره‌ وری انرژی را فراهم می‌ کند و آن را برای دستگاه‌ های باتری‌ دار مناسب می‌ سازد.

Thread همچنین از ارتباط امن و قابل اعتماد در یک اکوسیستم خانه هوشمند پشتیبانی می‌ کند.

محدودیت ها: Thread در مقایسه با پروتکل‌ های گسترده‌ تر مانند Wi-Fi یا Zigbee، دسترسی به دستگاه نسبتاً محدودی دارد.

این ممکن است بر طیف دستگاه‌ هایی که کاربران نهایی شما می‌ توانند برای سیستم خانه هوشمند خود انتخاب کنند، تأثیر بگذارد.

امنیت: Thread دارای یک لایه امنیتی داخلی است که دستگاه‌ ها را از حملات غیرمجاز و نشت داده‌ ها محافظت می‌ کند.

بروز رسانی‌ های منظم OTA ساختار سیستم عامل را بهبود می‌ بخشد و از نقض امنیت جلوگیری می‌ کند.

7. Matter: پروتکل Matter برای خانه هوشمند، یک استاندارد متن‌ باز برای دستگاه‌ هایی است که از پروتکل‌ های ارتباطی بی‌سیم استفاده می‌ کنند. Matter بر روی IPv6 کار می‌ کند، که آن را به یک راهکار جهانی تبدیل می‌ کند، زیرا تقریباً همه کاربران نهایی از قبل در خانه‌ های خود شبکه Wi-Fi دارند. Matter از طریق Thread، Wi-Fi و Ethernet کار می‌ کند.

مزایا: Matter ارتباط بین پروتکل‌ های ارتباطی مختلف را برقرار می‌ کند و دستگاه‌ ها را در یک اکوسیستم خانه هوشمند سازگار می‌ سازد.

به عنوان مثال، اگر شما یک لامپ و یک ترموستات هوشمند از تولیدکنندگان مختلف دارید، Matter می‌ تواند انتقال داده بین آنها را فعال کند. کاربران نهایی می‌ توانند دستگاه‌ های مجهز به Matter خود را از یک برنامه کنترل کنند که این امر رضایت مشتری را از سیستم خانه هوشمند افزایش می‌ دهد.

محدودیت ها: برای استفاده از Matter برای دستگاه خود، به گواهینامه اتحادیه استانداردهای اتصال (CSA) نیاز خواهید داشت.

امنیت: Matter به عنوان پروتکلی که برای اتوماسیون خانگی استفاده می‌شود، از داده‌های کاربران از طریق استاندارد رمزگذاری AES 128 محافظت می‌کند. کاربران نهایی همچنین می‌توانند به‌روزرسانی‌های OTA را در دستگاه‌های مجهز به Matter دریافت کنند.

با وجود تمام مزایا و محدودیت‌ها، پروتکل‌های اتوماسیون خانگی ویژگی‌های مختلفی را ارائه می‌دهند که می‌توانید هنگام توسعه راه‌حل خود از آنها بهره‌مند شوید.

به همین دلیل است که باید الزامات پروژه خود را تجزیه و تحلیل کنید تا پروتکل ارتباطی مناسبی را انتخاب کنید که محصول شما را ارتقا دهد.

 

در نهایت، انتخاب پروتکل مناسب به درک دقیق نیازها و اهداف پروژه بستگی دارد.

در زترون ما با تکیه بر خلاقیت و دانش فنی، تجهیزات هوشمندسازی را بر پایه‌ی پروتکل‌هایی توسعه می‌دهیم که علاوه بر کارایی بالا، تجربه‌ای مطمئن و هوشمند را برای کاربران فراهم می‌سازد.

 

با احترام، تیم زترون 🌹