معرفی ۷ پروتکل هوشمند سازی خانه ، قدمی برای زندگی مدرن

۷ پروتکل هوشمند سازی خانه  – پروتکل‌ هوشمند سازی یا همان پروتکل ارتباطی خانه هوشمند، در واقع زبان مشترکی هستند که دستگاه‌های هوشمند خانه با کمک آن می‌توانند با هم ارتباط برقرار کرده و فعالیت‌های خود را انجام دهند. بدون پروتکل هوشمندسازی، دستگاه‌های هوشمند نمی‌توانند با یکدیگر ارتباط داشته باشند.

پروتکل Modbus

پروتکل خانه هوشمند modbus یکی از کاربردی‌ترین پروتکل ها محسوب می‌شود که برای انتقال داده از تجهیزاتی مانند سنسورهای اندازه‌گیری دما، رطوبت و غیره به کنترل کننده مرکزی استفاده می‌شود. این ۷ پروتکل هوشمند سازی خانه به صورت باز در دسترس عموم قرار دارد و داده‌ها را روی بستر سیمی و از طریق خطوط سریال بین تجهیزات الکترونیکی ارسال می‌کند؛

بنابراین پایداری بالایی دارد و داده‌ها را با نرخ خطای پایینی ارسال می‌کند. امنیت پایین، محدودیت تعداد دستگاه‌های قابل اتصال به شبکه modbus و محدودیت حجم داده‌ها از جمله معایب این پروتکل هستند.

پروتکل هوشمند سازی ساختمان KNX

پروتکل KNX از انواع ۷ پروتکل هوشمند سازی خانه می باشد. پروتکل KNX یکی از استانداردهای ارتباطی در اتوماسیون خانگی می‌باشد. تمام پروتکل های هوشمند سازی ساختمان در تلاش برای بهبود یک هدف هستند و در این میان پروتکل KNX بیشترین تمرکز و اصلی‌ترین هدف خود را افزایش ایمنی و صرف‌جویی در انرژی قرار داده است. به همین دلیل در این نوع پروتکل نظارت و پایش تمام تجهیزات متصل شده در یک اتوماسیون خانگی اهمیت بالایی دارد.

پروتکل Zigbee در خانه هوشمند

زیگبی (Zigbee) یک پروتکل ارتباطی بی‌سیم کم‌مصرف است که برای دستگاه‌های ارزان‌قیمت و با برد کوتاه طراحی شده است.این پروتکل در باند فرکانسی ۲.۴ گیگاهرتز، ۹۰۰ مگاهرتز و ۸۶۸ مگاهرتز کار می‌کند و از توپولوژی شبکه مش استفاده می‌کند.در شبکه مش Zigbee، دستگاه‌ها تحت عنوان گره (Node) عمل می‌کنند و با این کار، پوشش شبکه گسترش می‌یابد.

همچنین، در صورت خرابی هر گره، این شبکه‌ها قادرند به طور خودکار پیکربندی مجدد را انجام داده و ارتباط خود را با سایر گره‌ها حفظ کنند. زیگبی برای روشنایی هوشمند، ترموستات و حسگرها بسیار مناسب است.پروتکل Zigbee بر اساس استانداردهای IEEE توسعه یافته است، به ویژه استاندارد IEEE 802.15.4 که یک استاندارد برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم و کوتاه برد است.

Zigbee از لایه فیزیکی و لایه لینک داده این استاندارد استفاده می‌کند و از آن برای ایجاد شبکه‌های بی‌سیم کوچک و مصرف انرژی کم استفاده می‌کند. در فن آوری Zigbee طراحی به نحوی است که سیگنال های رادیویی دیجیتال با انرژی کم در شبکه های شخصی (PAN) با وسعت و برد کم توزیع می شود و پهنای باند به دست آمده نیز کم است.در قبال از دست دادن پهنای باند انتقالی و برد طولانی، مصرف بسیار کم انرژی و انعطاف پذیری به دست می آید.

پروتکل matter

یکی دیگر از ۷ پروتکل هوشمند سازی خانه ، پروتکل Matter (پیش‌تر با نام Project CHIP شناخته می‌شد) یک استاندارد ارتباطی برای دستگاه‌های خانه هوشمند و اینترنت اشیاء (IoT) است. این پروتکل به عنوان یک استاندارد مشترک برای اتصال دستگاه‌های خانه هوشمند به یکدیگر و به شبکه‌های اینترنتی سراسری توسط Connectivity Standards Alliance (CSA) توسعه داده شده است.در واقع Matter استاندارد ارتباطی جدید برای خانه هوشمند است. بدین معنا که که سازندگان دستگاه‌های هوشمند از یک رابط ارتباطی واحد برای انتقال اطلاعات بین عناصر مختلف استفاده خواهند کرد.

این امر ارتباط دستگاه‌های هوشمند از تولیدکنندگان مختلف را که امروزه بسیار پیچیده است، متحد می‌کند. بنابراین، در اصل، Matter پلتفرمی خواهد بود که تمام ارائه دهندگان سخت افزار و نرم افزار را برای خانه هوشمند پوشش می‌دهد.برای مثال، می‌توانید یک لامپ هوشمند با قابلیت Matter بخرید و آن را با Apple Homekit، Google Assistant یا Amazon Alexa تنظیم کنید، بدون اینکه نگران سازگاری آن باشید.

در حالی که برخی از دستگاه‌ها قبلاً از چندین پلتفرم پشتیبانی می‌کنند (مانند Amazon Alexa یا Google Assistant)، Matter پشتیبانی آن پلتفرم را گسترش می‌دهد و پیاده‌سازی دستگاه‌های جدید را آسان‌تر می‌کند. بنابراین، اگر محصولی با لوگوی Matter مشخص شود، بدون در نظر گرفتن برند، با سایر محصولات مرتبط با این استاندارد سازگار خواهد بود.

پروتکل Lora

پروتکل ‏Lora چیست؟ پروتکل لورا LoRa (Long Range) یک فناوری ارتباطات بی‌سیم با برد بلند و توان مصرفی پایین است که به‌طور خاص برای اینترنت اشیا طراحی شده است. مدولاسیون lora مبتنی بر فناوری Cp (Chirp Spread Spectrum) بوده و به سیگنال‌ها اجازه می‌دهد تا در سطوح پایین‌تر از نویز منتشر و بازیابی شوند. این فناوری یکی از دستاوردهای شرکت Semtech و مجموعه‌ای از شرکت‌های بزرگ فعال در حوزه فناوری به نام LoRa Alliance است پروتکل لورا شامل چهار لایه اصلی شامل نودها، گیت‌وی‌ها، سرور شبکه و نرم‌افزار کاربردی است.

شبکه لورا از رمزگذاری AES برای امنیت داده‌ها استفاده کرده و از لینک متقارن برای ارتباط دوسویه بین دستگاه‌ها و نرم‌افزار کاربر بهره می‌برد. پروتکل lora در باندهای فرکانسی بدون نیاز به مجوز (ISM) کار می‌کند که در مناطق مختلف، متفاوت است. برای مثال شبکه لورا در ایران در باند 433 مگاهرتز کار می‌کند.

امنیت انتقال داده‌ها در IoT با استفاده از پروتکل لورا یکی از  ویژگی‌های مهم این فناوری است. پروتکل lora از دو لایه امنیتی استفاده می‌کند: یکی برای شبکه و دیگری برای برنامه. لایه شبکه مسئولیت رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها بر اساس یک کلید مشترک بین دستگاه‌های انتهایی و سرور شبکه را دارد. این کلید در هنگام پیوستن دستگاه به شبکه توسط سرور ارسال می‌شود.

لایه برنامه نیز مسئول رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها بر اساس یک کلید مشترک بین نودها (دستگاه‌های انتهایی) و نرم‌افزار است. این کلید در هنگام تولید دستگاه توسط سازنده آن تعیین می‌شود. هر دو لایه مذکور از الگوریتم AES-128 برای رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌کنند که یکی از معروف‌ترین و قوی‌ترین الگوریتم‌های رمزگذاری سمتریک است و در بسیاری از سیستم‌های امنیتی کاربرد دارد.

پروتکل z-wave

پروتکل Z-Wave نوعی ارتباط بی سیم می باشد که در خانه های هوشمند مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه با پیشرفت صنعت تکنولوژی شاهد تحولی عظیم شده ایم و کاربرد هوش مصنوعی در خانه هوشمند به نوعی جای مدیریت عملیات ها و پردازش های انسانی را گرفته است.

مدت زمان کمی نیست که منازل، شاهد حضور تجهیزات هوشمندی که توسط پروتکل هایی قابل برنامه ریزی و اینترنت مدیریت می شوند شده است.این پروتکل یک فرکانس رادیویی و بی سیم برای ارتباط تجهیزات داخلی منازل می باشد. این پروتکل با بهره گیری از امواج رادیویی کم توان بر روی یک استاندارد (شبکه رادیویی مش) کار می کند، بدین معنی که مش بدون توجه به ارتباط بین تجهیزات در صورت حذف هر یک از تجهیزات شیکه ارتباطی این تجهیزات را در مدار بازسازی می کند و نیازی به آنتن های مجزا به عنوان ریپیتر ندارد.

نتیجه اینکه این مدل شبکه بسیار قابل اطمینان می باشد. مدیریت یک شبکه Z-Wave نیز مشابه اکثر پروتکل‌ها و سیستمهای بازار اتوماسیون خانه های هوشمند می‌تواند از طریق بستر اینترنت انجام شود و همچنین به صورت محلی یا منطقه ای از طریق پنل کاربری یا دستگاه کنترل مرکزی قابل انجام است. تا به امروزه شاهد بیش از 2600 مدل محصول از تجهیزات خانه هوشمند می باشیم که با پروتکل Z-wave تولید و به بازار عرضه شده اند.

پروتکل WiFi

کلمه WiFi از ترکیب کلمه‌های Wireless Fidelity (به معنای وفاداری بی‌سیم) استخراج شده است که در آن تمام تجهیزات هوشمند سازی خانه به کمک فناوری بی‌سیم بر مبنای امواج رادیویی کار می‌کنند. در وای فای از فرکانس‌های مختلفی استفاده می‌کنند که ۲٫۴GHz و ۵GHz از جمله رایج‌ترین آن‌ها هستند. استفاده از WiFi در هوشمند سازی خانه‌ها به عنوان یکی از پروتکل‌های قوی با دامنه بسیار طولانی است که می‌تواند تمام تجهیزات را در فاصله چند متری از خانه مدیریت نماید.

لذا شما در آن می‌توانید بدون نیاز به سیم‌کشی اقدامات اولیه را انجام دهید به عنوان مثال برای استفاده از فنس الکتریکی از پروتکل های لازم استفاده می‌شود. فنس الکتریکی یا حصار الکتریکی نوعی از حصار است که در آن برخلاف حصارکشی سنتی با فنس توری فلزی، سیم‌خاردار، حصار چوبی و حتی دیوارکشی از انرژی الکتریسیته نیز استفاده می‌شود. فنس الکتریکی شامل دستگاهی به نام انرژی‌دهنده برق، سیم فلزی و میله‌ای است که برای هدایت برق به داخل زمین استفاده می‌شود.

از فنس الکتریکی در موارد زیادی استفاده می‌شود. برخی از مهم‌ترین کاربردها عبارتند از

• گاهی برای محافظت از مناطق نظامی و مسکونی نیز از این محصول استفاده می‌گردد.
• زندان‌ها ممکن است از فنس‌های الکتریکی محصور شده با سیم خاردار استفاده کنند تا از فرار زاندانیها جلوگیری کنند.
• کاربرد اصلی فنس الکتریکی برای مزارع نگهداری دام و حیوانات اهلی جهت جلوگیری از خروج آنها و یا ورود حیوانات وحشی است.
• در مرز بین کشورها نیز برای جلوگیری از ورود و خروج غیرقانونی از حصار الکتریکی ترکیبی با فنس و سیم‌خاردار استفاده می‌شود.

پروتکل‌های هوشمندسازی نقش حیاتی در ادغام اینترنت اشیاء با هوش مصنوعی ایفا می‌کنند. انتخاب مناسب‌ترین پروتکل برای هر پروژه از اهمیت بالایی برخوردار است و باید با در نظر گرفتن نیازهای خاص پروژه و مشخصات دستگاه‌ها صورت گیرد. پروتکل‌ راهکار های اقتصادی هوشمند سازی خانه  باعث بهبود کارایی، کاهش مصرف انرژی و افزایش امنیت در سیستم‌های مبتنی بر IoT می‌شوند و به ما این امکان را می‌دهند تا به شیوه‌ای هوشمندانه با دنیای اطراف خود ارتباط برقرار کنیم.