پروتکل‌های هوشمندسازی: KNX و Zigbee

خانه‌های هوشمند به عنوان یکی از لوکس‌ترین و در عین حال پرطرفدارترین رهاوردهای عرصه هوشمندسازی، چند سالی است که بر سر زبان‌ها افتاده‌اند. بدون شک هنگامی که سخن از مدیریت ساختمان به میان می‌آید، ایده خانه هوشمند به ذهن بسیاری از کاربران خطور کرده و آنها را ییش از پیش به استفاده از این فناوری ترغیب می‌کند. با هوشمندسازی منزل خود، تمام لوازم منزل را تحت سلطه خود درآورده و از راه دور درباره عملکردشان تعیین تکلیف کنید. پروتکل‌های هوشمندسازی KNX و Zigbee در هوشمند سازی خانه چیست؟ چقدر با آن‌ها آشنایی دارید؟

شاید شما هم مانند بسیاری از شیفتگان دنیای هوشمندسازی، تنها مایل به هوشمندسازی منزل خود هستید و نحوه کار کردن اجزا در این سیستم ابدا برایتان اهمیتی ندارد. اما اگر مشتاق هستید بیشتر درباره روال کارکردی خانه هوشمند بدانید، از شما دعوت می‌کنیم در این مطلب با ما همراه باشید تا در کنار هم از نحوه کار کردن این خانه‌های هوشمند سر دربیاوریم.

برقراری ارتباط بین اجزا مختلف یک خانه هوشمند با استفاده از پروتکل‌های ارتباطی صورت می‌گیرد. در واقع این پروتکل‌ها هستند که به شما امکان نظارت صفر تا صد روی اجزا منزل را داده و کنترل از راه دورِ آنها را برایتان ممکن می‌کنند. در این مطلب به معرفی دو تا از پرکاربردترین پروتکل‌های به کار رفته در خانه هوشمند خواهیم پرداخت و درباره تفاوت‌های آنها سخن خواهیم گفت.

پروتکل (KNX) Konnex

این پروتکل که غالبا به اختصار با نام KNX شناخته می‌شود، نوعی پروتکل متن‌باز است که برای ارتباط بین قطعات هوشمند خانگی و اداری به کار می‌رود. با به کارگیری این پروتکل، قابلیت‌هایی همچون تنظیم روشنایی، کنترل حرکت پرده، سیستم تهویه و همچنین کنترل از راه دور برای کاربر فراهم می‌شود. با توجه به اینکه KNX با بهره‌گیری از رفع ایرادهای دو پروتکلِ BUS و EHS توسعه یافته‌، در زمره محبوب‌ترین پروتکل‌های هوشمند قرار می‌گیرد.

تاریخچه KNX

در سال 1999، هنگامی که تقاضاهای مربوط به امنیت رو به فزونی رفته‌بود و سیستم‌های کنترل‌گر نیز امکان ارتباط با یکدیگر را نداشتند، پروتکل Konnex در شهر بروکسلِ بلژیک پایه‌گذاری شد. با پیشرفت علم و فناوری اندک زمانی نگذشت که متخصصان به فکر توسعه این پروتکل افتادند و در سال 2006 اقدام به توسعه این پروتکل بر پایه سه پروتکل معروف خانه هوشمند یعنی EIB, Baitbus و EHS کردند. هم‌اکنون بیش از 50000 سرمایه‌گذار و 400 مرکز آموزشی در سراسر جهان از خدمات ارائه‌شده توسط این پروتکل استفاده می‌کنند.

KNX چطور کار می‌کند؟

برای انتقال داده با استفاده از این پروتکل، نیاز به کابل‌های انتقال KNX دارید. این کابل‌ حیاتی‌ترین بخش یک خانه هوشمند است و با برق 30 ولتِ DC کار می‌کند. بقیه قسمت‌های خانه هوشمند براساس استانداردهای KNX و به وسیله این کابل به یکدیگر متصل می‌شوند. اطلاعات از طریق کابل KNX جریان پیدا کرده و به مرکز کنترل که همان لپ‌تاپ، کامپیوتر شخصی یا تلفن هوشمند است، می‌رسد.

پیکربندی KNX

چهار نوع پیکربندی مختلف برای پروتکل KNX وجود دارند که از میان آنها، TP1 به دلیل محبوبیت بیشتر و برقراری ارتباطِ آسان، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه به معرفی این چهار شیوه متفاوت پیکربندی خواهیم پرداخت.

• TP1: در این پیکربندی انتقال داده به وسیله یک زوج سیم به هم تابیده و با سرعت 9600 بیت در ثانیه انجام می‌شود.
• PL 110: این نوع از پیکربندی، داده‌ها را به صورت غیرهمزمان و با کمک شیوه خاصی از سیگنالینگ با سرعت 1200 بیت در ثانیه انتقال می‌دهد.
• RF: نوعی فرکانس رادیویی است که در آن کاربر امکان تغییر فرکانس در باند 3 مگاهرتز را خواهد داشت.
• IP: این روش، راه‌حل‌هایی را برای ترکیب دستگاه‌های دارای IP مانند اترنت، بلوتوث و FireWire ارائه می‌کند و به طور ویژه برای این دستگاه‌ها ارائه می‌شود.

از مزایای پروتکل KNX باخبر هستید؟

استفاده از پروتکل KNX در خانه هوشمند، مزایای زیادی برای کاربر دارد؛ پروتکل KNX از انعطاف‌پذیری بالایی برخوردار بوده و با آغوش باز پذیرای تغییرات است. این پروتکل با تمام دستگاه‌ها، فارغ از برند و نوع‌شان سازگار است. علاوه بر اینها، قابلیت ترکیب شدن با سیستم‌های دیگر را نیز دارد. کار کردن با رابط کاربری آن بسیار راحت و لذت‌بخش است. پروتکل KNX از امنیت بالایی برخوردار بوده و در میان سایر پروتکل‌های ارتباطی، جز امن‌ترین آنها به حساب می‌آید. با در نظر گرفتن مزایای یاد شده می‌توان این‌طور نتیجه‌گیری کرد که KNX یکی از بهترین و امن‌ترین پروتکل‌ها برای پیاده‌سازی در خانه هوشمند است.

درباره معایب پروتکل KNX چقدر می‌دانید؟

KNX در کنار مزایای بی‌شماری که برای کاربر به ارمغان می‌آورد، معایبی نیز دارد؛ پیاده‌سازی KNX در خانه هوشمند، هزینه سنگینی به همراه خواهد داشت. تجهیزات هوشمندسازی KNX در مقایسه با تجهیزاتِ مورداستفاده برای پروتکل‌های دیگر، قیمت بالاتری دارند و بالطبع در صورت خرابی یکی از آنها، هزینه بیشتری باید پرداخته‌شود تا بتوانید آن دستگاه را جایگزین کنید. به طور کلی تعمیر و نگه‌داری تجهیزات KNX هزینه‌بر است. نصب و راه‌اندازی Konnex پیچیده بوده و باید توسط افراد متخصص انجام شود. فرآیند برنامه‌ریزی و نوشتن سناریو برای KNX نیز مهارت و دانش خاصی را می‌طلبد و برای این منظور باید از یک برنامه‌نویس کمک بخواهید. بنابراین علاوه بر هزینه بالای خرید تجهیزات، باید دستمزدِ کارشناس نصب و متخصص برنامه‌نویسی را نیز به عنوان بخشی از هزینه‌های پیاده‌سازی KNX مدنظر قرار دهید.

پروتکل Zigbee

این پروتکل یک فناوری بی‌سیم است که میزان برق کمی را مصرف کرده و ترافیک داده کمی را نیز در شبکه ایجاد می‎کند. از پروتکل Zigbee برای کنترل درجه حرارت منزل، برقراری امنیت در خانه و نظارت بر مصرف انرژی استفاده می‌شود.  Zigbee در محیط‌های صنعتی و تجاری کاربرد زیادی داشته و قادر است داده‌ها را به آسانی در شبکه بی‌سیم انتقال دهد.

تاریخچه Zigbee

ایده پایه‌ریزی این پروتکل به سال‌های پایانی دهه 90 میلادی برمی‌گردد. کارشناسان به فکر ابداع شبکه‌های رادیویی جدیدی افتادند که به طور اتوماتیک برنامه‌ریزی شوند و لازم به اِعمال تنظیمات بیشتر از سوی مدیر شبکه نباشد. بالاخره این تلاش‌ها در سال 2003 به ثمر نشست و پس از تکمیل استاندارد IEEE 802.15.4 در سال 2003، پروتکل Zigbee نیز در سال 2004 معرفی شد.

Zigbee چطور کار می‌کند؟

معماری پروتکل Zigbee به گونه‌ای است که هماهنگ‌کننده Zigbee در مرکز شبکه قرار می‌گیرد و به ارسال پیام به مسیریاب می‌پردازد. پیام‌ها حاوی دستور‌العمل‌هایی برای انجام یک کار مشخص هستند. مسیریاب پس از دریافت این پیام‌ها آنها را به یک دستگاه پایانی ارسال می‌کند تا عملیات موردنظر انجام شود.

پیکربندی Zigbee

در یک شبکه Zigbee معمولا سه نوع پیکربندی وجود دارند؛ ستاره‌ای، توری و درخت خوشه‌ای. در پیکربندی ستاره‌ای، دستگاه‌های پایانی با هماهنگ‌کننده ارتباط برقرار می‌کنند. ایراد این پیکربندی این است که هماهنگ‌کننده حجم زیادی از داده را از دستگاه‌های پایانی دریافت می‌کند و به همین خاطر سرعت پردازشش کاهش می‌یابد. شبکه توری، رایج‌ترین نوع پیکربندی شبکه‌ای در Zigbee است. در این پیکربندی، هر دستگاه هوشمند می‌تواند با گره همجوار خود ارتباط برقرار کند. اگر یک گره ناتوان از پردازشِ داده باشد، داده را به گره بعدی انتقال می‌دهد و این امر موجب تکرار یک عملیات در شبکه می‌شود. در پیکربندی خوشه‌ای، مسیریاب‌های والد به هماهنگ‌کننده وصل می‌شوند. گره‌های والد نیز به دستگاه‌های پایانی متصل شده‌اند. این دستگاه‌های پایانی حکم فرزند را برای گره‌های والد دارند.

از مزایای پروتکل Zigbee باخبر هستید؟

شاید بارزترین مزیت Zigbee این باشد که نظارت بر دستگاه‌های الکترونیکی و کنترل آنها در شبکه‌های Zigbee به آسانی امکان‌پذیر است. Zigbee ساختار شبکه‌ای انعطاف‌پذیری را برای شما فراهم ساخته و میزان برقِ کمی را مصرف می‌کند. هزینه پیاده‌سازی این پروتکل پایین بوده و پیاده‌سازی آسانی دارد. تعمیر و نگه‌داری آن نیز آسان بوده و زمان کمی را از کاربر می‌گیرد.

این پروتکل می‌تواند تعداد انبوهی گره را پشتیبانی کند و این میزان به حداکثر 6500 گره می‌رسد. از دیگر نقاط قوت آن می‌توان به پایداری و قابلیت اطمینان بالا اشاره نمود. علاوه بر اینها، Zigbee مقیاس‌پذیر بوده و امکان افزودن دستگاه جدید به آن نیز وجود دارد.

درباره معایب پروتکل Zigbee چقدر می‌دانید؟

هر فناوری علی‌رغم نقاط قوتش، نقاط ضعفی نیز دارد. یکی از بزرگترین معایب Zigbee، سرعت کم تبادل داده در آن می‌باشد. شبکه Zigbee پوشش محدودی دارد و برای برقراری ارتباط بی‌سیم در فضای باز بهتر است که از پروتکل دیگری استفاده کنید. در صورتی که یکی از دستگاه‌های شبکه Zigbee خراب شود، باید هزینه بالایی را برای جایگزین کردن آن بپردازید. Zigbee در مقایسه با WiFi از امنیت کمتری برخوردار است و به همین خاطر استفاده از آن در کارهای اداری ریسک است. همانند بسیاری از شبکه‌های بی‌سیم، احتمال دسترسی  غیرمجاز به شبکه زیگبی نیز وجود دارد.

تفاوت میان پروتکل KNX و Zigbee

اگر تا به اینجای مطلب همراه ما بوده‌باشید، حتما این سوال برایتان پیش آمده که کدام یک از پروتکل‌ها برای استفاده در خانه هوشمند بهتر هستند؟ KNX و Zigbee دو تا از محبوب‌ترین پروتکل‌های به کار رفته در دستگاه‌های هوشمند خانگی هستند. هر یک از آنها وجوه مثبت مخصوص به خود را دارند و همین امر باعث شده که برای کاربردهای متفاوتی مورد استفاده قرار بگیرند.

KNX استانداردی ارتباطی است که عمدتا برای هوشمندسازی منزل استفاده می‌شود اما در محیط‌های تجاری و صنعتی نیز به طور گسترده‌ای برای کنترل روشنایی یا حرارت کاربرد دارد. KNX را بیشتر به خاطر ویژگی‌های بارزش یعنی قابلیت اطمینان و استحکام می‌شناسند. این پروتکل می‌تواند در یک شبکه واحد، از طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها پشتیبانی کند. همین مزیت، پروتکل KNX را به انتخابی ایده‌آل برای محیط‌های تجاری و صنعتی تبدیل کرده‌است؛ چرا که در این محیط‌ها حجم عظیمی از دستگاه‌ها وجود دارند که باید کنترل شوند. KNX با دیگر پروتکل‌های ارتباطی همچون BACnet، Modbus و EnOcean نیز سازگار است. همین موضوع موجب انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری بالای این پروتکل شده‌است.

این در حالی است که Zigbee پروتکلی بی‌سیم می‌باشد که غالبا برای دستگاه‌های هوشمند منزل استفاده شده و در محیط‌های مسکونی کاربرد دارد. Zigbee را بیشتر به خاطر مصرف نیروی کم، هزینه‌ پایین و راه‌اندازی آسان می‌شناسند. Zigbee عمدتا برای دستگاه‌هایی مانند لامپ‌ هوشمند، ترموستات و قفلِ در استفاده می‌شود. این پروتکل از توپولوژی شبکه مش استفاده می‌کند. این توپولوژی دستگاه‌ها را قادر می‌سازد حتی در صورتی که مستقیما در محدوده هاب مرکزی نباشند، باز هم امکان برقراری ارتباط با دستگاه‌های دیگر را داشته‌باشند. همین امر Zigbee را به یکی از محبوب‌ترین پروتکل‌ها برای هوشمندسازی منزل تبدیل کرده‌است. یکی از پررنگ‌ترین نقاط قوت Zigbee مصرف نیروی پایین آن است که به آن را به انتخابی ایده‌آل برای دستگاه‌های هوشمند منزل تبدیل کرده‌است.

تجهیزات استفاده شده در دو پروتکل Zigbee و KNX

شاید دانستن این نکته برایتان جالب باشد که این دو پروتکل در زمینه تجهیزات مورد استفاده هم با یکدیگر تفاوت‌هایی دارند. پروتکل زیگبی از تجهیزاتی همچون پریز هوشمند، لامپ هوشمند، کلید هوشمند، حسگرهای امنیتی و تجهیزات مراقبتی بهره می‌جوید. حسگرهای هوشمندی که روی درب و پنجره شما جا خوش کرده و امنیت خانه را فراهم می‌آورند، با پروتکل Zigbee کار می‌کنند. علاوه بر اینها، این پروتکل ساز و کاری را مهیا کرده تا بتوانید از ترموستات‌های هوشمند به منظور تنظیم دمای خانه یا محلِ کار استفاده کنید. زیگبی طیف وسیعی از تجهیزات را در راستای آسایش و رفاه صاحبخانه به کار می‌گمارد و در این بخش تنها به چند مورد از آنها اشاره نمودیم.

اما تجهیزاتِ مورد استفاده در پروتکل KNX اندکی با Zigbee تفاوت دارند و برای اهداف متفاوتی به کار گرفته می‌شوند. این تجهیزات عبارتند از حسگرهای مخصوص این پروتکل، ترموستات‌های KNX، قفل درب، منبع تغذیه، پنل لمسی و کلید. افرادی که تصمیم گرفته‌اند از پروتکل KNX استفاده کنند، نظارت آسان و همه‌جانبه روی سیستم روشنایی منزل، سیستم تهویه و همچنین کنترل از راه دور لوازم برقی منزل را تجربه خواهند نمود. به کمک حسگرهای KNX، کوچک‌ترین تغییرات محیطی مانند تغییر در دما یا رطوبت قابل تشخیص بوده و در صورت نشتی گاز یا انتشار دود ناشی از آتش‌سوزی، صاحبخانه سریعا مطلع خواهد شد. ترموستات‌های KNX آماده هستند تا دمای منزل را به طور مرتب بررسی کرده و در صورتی که از حداقل یا حداکثر تعیین شده پایین‌تر یا بالاتر بروند، سیستم گرمایشی یا سرمایشی منزل را برایتان روشن کنند. و در آخر بهتر است از کلیدهای KNX صحبت کنیم. این کلیدها وظیفه کنترل میزان روشنایی را برعهده داشته و از قابلیت‌های دیگری همچون باز و بسته کردن پرده هوشمند، تنظیم دمای اتاق و نظارت بر تجهیزات صوتی نیز برخوردارند.

همان‌طور که ملاحظه نمودید، این دو پروتکل از تجهیزات مختلفی استفاده می‌کنند و هر کاربری براساس نیاز خود تصمیم می‌گیرد که از کدام پروتکل و تحت چه تجهیزاتی استفاده نماید.

نتیجه‌گیری

هوشمندسازی منازل یکی از بهترین امکاناتی است که در چند سال اخیر به لطف فناوری برای کاربران فراهم شده‌است. این فناوری با کمک پروتکل‌های مختلفی پیاده‌سازی می‌شود و با توجه به ابعاد پروژه و نیازهای کاربر پروتکل موردنظر انتخاب می‌شود. بدون شک هر چقدر اطلاعات بیشتری درباره هوشمندسازی و فرآیند پیاده‌سازی آن داشته‌باشید، می‌توانید هوشمندسازی بهینه‌تری برای منزل خود داشته‌باشید. با توجه به مزایا و معایبی که هر پروتکل دارد، دست به انتخاب زده و خانه هوشمند رویایی خود را داشته‌باشید.

شرکت تکنوکلاینت در زمینه هوشمندسازی منازل، قفل هوشمند و مجازی‌سازی فعالیت گسترده‌ای داشته و خدمات متنوعی به مشتریان ارائه می‌دهد. برای ارتباط با کارشناسان و مشاوران تکنوکلاینت می‌توانید با شماره‌ 05191015058 داخلی 140 تماس بگیرید.