زیگبی (Zigbee) چیست؟

زیگبی نوعی شبکه بی سیم است که در انستیتو مهندسان برق و الکترونیک با کد IEEE 802.15.4 استاندارد سازی شده است. ​در فن آوری Zigbee طراحی به نحوی ست که سیگنال های رادیویی دیجیتال با انرژی کم (low power) 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 پوشش، قیمت مقرون به صرفه و مصرف بسیار کم انرژی به دست می آید.

زیگبی مشخصات یک دسته از پروتکل های ارتباطی سطح بالاست که از فرستنده و گیرنده های دیجیتال کوچک و کم مصرف مبتنی بر استاندارد IEEE 802.15.4 برای شبکه های شخصی بی سیم با نرخ ارسال داده پایین استفاده می کنند. زیگبی به منظور تعریف یک تکنولوژی ساده تر و ارزان تر از بلوتوث برای شبکه های شخصی بی سیم بوجود آمده است. به کمک زیگبی می توان بیش از ۶۴۰۰۰ وسیله را بطور بی سیم از طریق شبکه به هم وصل نمود. زیگبی بطور خاص، برای کاربردهایی با نرخ ارسال پایین داده و باتری هایی با طول عمر بالا استفاده می شود.

به طور مثال فرض کنید بخواهید مزرعه ای را تحت پوشش یک شبکه ی بی سیم قرار دهید تا بتوانید آن را از راه دور و از طریق یک سیستم مرکزی کنترل کنید. می خواهید توسط این شبکه اطلاعاتی نظیر دمای محیط هر قسمت از مزرعه، میزان نور، مصرف آب و غیره را در سیستم مرکزی دریافت نمایید و یا با آن سیستم، اطلاعاتی را به هر گره در هر بخش ارسال نمایید. در طراحی این شبکه ی خاص، نیاز به ارسال داده های خیلی زیاد وجود ندارد. از طرف دیگر با توجه به ویژگی های محیط، نیاز به ابزارهای با طول عمر بالای باتری نیاز داریم تا مجبور نباشیم طی دوره های زمانی کوتاه درصدد تعویض یا شارژ آن ها برآییم. برای این شبکه ی خاص، زیگبی می تواند به طور موثری ما کمک کند.

این یک مثال خاص از کاربرد زیگبی بود. زیگبی را می توان به طور عموم در خانه ها، کارخانجات، بیمارستان ها و دیگر مکان ها استفاده کرد.از طرف دیگر سعی بر این بوده تا تکنولوژی زیگبی ساده تر و کم هزینه تر از سایر همسایه هایش در تکنولوژی های WPAN مانند بلوتوث یا وای فای باشد.

از طرفی​ زیگبی در مقایسه با  وای فای و بلوتوث سرعت​ انتقال داده​ کمتری دارد، علت این ​تفاوت را می توان در هدف از طراحی این فناوری دانست که به منظور صرفه جویی در مصرف انرژی بوده و برای ایجاد شبکه هایی مورد استفاده قرار می گیرد که به انتقال داده های کم، بهره وری انرژی و شبکه ای ایمن نیاز دارند.

​به مدد این نوع طر​احی، استفاده از Zigbee​​ به نسبت دیگر انواع شبکه بی سیم​ هزینه ی کمتری​ دارد.

​تاریخچه Zigbee

شبکه هایی نظیر زیگبی در دهه ۱۹۹۰ در عرصه شبکه های بی سیم به وجود آمدند و مورد استفاده قرار گرفتند. شبکه Zigbee در سال ۲۰۰۴ توسط انستیتو IEEE با کد IEEE 802.15.4-2003 ​استاندارد سازی شد و پس از آن اتحادیه Zigbee در ماه جون سال ۲۰۰۵ اولین Specification را با عنوان Specification 1.0 منتشر کرد. این مشخصات به Zigbee 2004 Specification معروف است.

رابطه بین اتحادیه Zigbee و استاندارد IEEE 802.15.4-2003 نظیر ارتباط بین اتحادیه WiFi و استاندارد IEEE 802.11 است.

انواع توپولوژی های شبکه Zigbee

شبکه های زیگبی می توانند بصورت توپولوژی های ستاره ای(star)، نقطه به نقطه(peer-to-peer)، کلاستر و مش(mesh) پیکربندی شوند، اما دلیل نامگذاری این فناوری به خاطر توپولوژی مش است. فناوری زیگبی با استفاده از توپولوژی مش، مسیرهای متفاوتی را میان دستگاه ها ایجاد می کند (همانند شبکه اینترنت) و با این روش احتمال قطعی شبکه از یک نقطه را برطرف می سازد.

کاربردهای Zigbee

شبکه های زیگبی با توجه به نوع طراحی، کارکرد و قیمت استفاده های متنوعی دارند، ولی بر اساس نیاز بازار و همچنین علاقه مندی تولیدکنندگان، در برخی از بازارها کاربرد بیشتری پیدا کرده اند که این بازارها و خلاصه ای از نوع استفاده در ذیل شرح داده شده است.​

- راهکارهای مرتبط با خانه های هوشمند

- کنترل سیستم هوشمند روشنایی

- صنایع

- اتوماسیون سیستم فروش در فروشگاه های خرده فروشی بزرگ

خانه های هوشمند 

در شبکه های خانه های هوشمند معمولا تجهیزات بسیاری زیادی مورد کنترل و مدیریت مرکزی قرار می گیرند. از این دست تجهیزات می توان به شیرهای آب، کنتور برق، درب ها، پنجره ها، پرده ها، یخچال، سیستم گرمایش/سرمایش، کنترل روشنایی خانه، کلید و پریز های برق و .... اشاره کرد.

منطقا در این نوع کاربرد استفاده از کابل کشی برای اتصال تمامی دستگاه هایی که از آن ها نام برد شد ممکن نیست و از طرفی احتمالا استفاده از شبکه کابلی نسبت به شبکه بی سیم هزینه بیشتری در بر خواهد داشت.

به همین دلیل تجهیزات Zigbee یکی از محبوب ترین راه حل ها برای شبکه سازی تجهیزات در راهکار خانه های هوشمند است.

همه تجهیزات نظیر پرده ها، درب ها و ... از طریق یک برد الکترونیکی کوچک که از شبکه Zigbee پشتیبانی می کند و در درون آنها جایگذاری شده است، به یک کنترلر مرکزی متصل شده و کنترل می شوند.

کنترل سیستم های هوشمند روشنایی

در بسیاری از موارد نظیر پارک ها، ساختمان ها و مجتمع های بزرگ سیستم های روشنایی یک از مواردی ست که مصرف انرژی فراوانی دارد و کنترل مصرف این سیستم ها می تواند در مدت زمان صرفه جویی غیر قابل چشم پوشی ای در زمینه انرژی ایجاد کند. با توجه به این موضوع و همچنین با توجه به خصوصیاتی که از شبکه های Zigbee شرح داد شده، زیگبی کاربرد فراوانی در کنترل مصرف انرژی در سیستم های روشنایی گسترده دارد.

صنایع 

صنایع کوچک و بزرگ یکی از مهم ترین و سود آورترین بازارهای شبکه های Zigbee است. سودآوری استفاده از Zigbee در صنایع هم برای تولید کننده و هم برای مصرف کننده تعریف می شود. صنایع، دستگاه ها و تجهیزات فراوانی دارند که می بایست به صورت دائم و زنده آن ها را مانیتور یا کنترل کنند. از کارافتادن یا عدم صحت هر یک از این تجهیزات یا حسگرها می تواند ضرر غیر قابل جبرانی را به صنایع وارد کند.

از طرفی با توجه به ذات صنایع که در محیط های کارگاهی یا کارخانه ای مستقر هستند یا امکان کابل کشی وجود ندارد و یا هزینه کابل کشی برای ایجاد شبکه سرسام آور است. با توجه به این موضوعات و همچنین با توجه به اینکه اطلاعات که در صنایع برای کنترل یا مانیتورینگ تجهیزات لازم است معمولا حجم زیادی ندارد Zigbee به یکی از بهترین انتخاب ها در صنایع تبدیل شده است.

اتوماسیون سیستم فروش در فروشگاه های خرده فروشی بزرگ 

اتوماسیون در فروشگاه های بزرگ نظیر هایپر مارکت نیز موضوعی ست که نظیر همه کاربردهای دیگر مشکلات مشابه و راه حل مشابه دارد. وسعت فروشگاه های بزرگ سبب می شود که کابل کشی در این فروشگاه ها کار مشکلی باشد، از طرفی انتخاب راهکار Zigbee می تواند در مصرف انرژی صرفه جویی کند و همچنین هزینه های اولیه راه اندازی شبکه را نیز پایین نگهدارد.

شرایط استفاده از Zigbee

زیگبی شبکه بی سیمی است که ذاتا برای کم کردن مصرف انرژی و هزینه های اولیه راه اندازی شبکه طراحی شده است. کم کردن مصرف انرژی و پایین نگهداشتن هزینه تولید تجهیزات به بهای از دست دادن برد بی سیم تجهیزات و همچنین پایین بودن پهنای باند ارتباط ایجاد شده انجام شده است.

لذا در صورتی که کاربرد شما با این موارد همخوانی دارد می توانید انتظار داشته باشید که زیگبی برای شما بهترین انتخاب است. کاربرد شما زمانی با ذهنیت طراحی زیگبی همخوانی دارد که:

- وسعت پوشش شبکه کم باشد

- پهنای باند مورد نیاز برای انتقال اطلاعات کم باشد

- امکان کابل کشی با هزینه محدود وجود نداشته باشد

منابع: آرمانیکا،‌ لرن روت