معرفی پروتکل های خانه هوشمند Control4

در یک خانه ایمن و بهره مند از سیستم های هوشمند، محصولات هوشمند باید قادر به تبادل اطلاعات با چندین دستگاه باشند. برای انجام این کار تمام سیستم ها باید به همان زبان، یعنی پروتکل خانه هوشمند تعامل کنند. پروتکل هایی که بر اساس استاندارد IoT درمورد نحوه ارسال سیگنال ها از یک دستگاه به دستگاه دیگر به منظور انجام عملی خاص مانند روشن و خاموش کردن چراغ ها تعریف می شوند. درک تفاوت بین پروتکل ها هنگام انتخاب دستگاه برای یک اکوسیستم خودکار ضروری است، زیرا هر پروتکل بسته به نوع آن دارای جوانب مثبت و منفی است.در ادامه این مقاله همراه ما باشید تا بعد از بررسی پروتکل ها به جواب این سوال برسیم که واقعاً بهترین پروتکل خانه هوشمند، کدام پروتکل است؟

 پروتکل های خانه هوشمند Control4

با پیشرفت هر چه بیشتر تکنولوژی، در تولید محصولات خانه هوشمند، تلاش بیشتر و مطالعه کامل تری نیاز بود تا معایب این سیستم های بسته مرتفع شود و این محدودیت که سرعت توسعه شبکه محصولات هر شرکت را بسیار کند می کرد از بین برود. برای اینکه شرکت ها بتوانند از محصولات با کیفیت سایر برندها در پروژه هایشان استفاده کنند لازم بود تا پروتکل های استاندارد شناسایی و تعریف شوند تا با فراهم کردن زیر ساخت مناسب امکان افزودن محصولات سایر برندها به پروژه محقق شود. به این روش اصطلاحاً مولتی پروتکل گفته می شود.

Control4 یکی از برندهایی بود که در این زمینه بسیار موفق عمل کرد. چرا که هدف اولیه این شرکت فروش محصولات خود به هرقیمتی نبود و هدف بزرگتری را دنبال می‌کرد. Control4 به دنبال این بود تا مشتری ها بتوانند آزادانه هر محصولی که به نظرشان با کیفیت تر و یا برای پروژه آن ها مناسب تر و راهگشا تر است را به سادگی در پروژه به کار ببرند. اگر چه این کار ساده نبود اما Control4 با سرمایه گذاری در این بخش به دنبال هدف بزرگتری بود یعنی افزایش کیفیت و خدمات بهتر به مشتری. اکنون Control4 با توسعه در این بخش بازار گسترده تری را به دست آورده است. حتی پروژه هایی که قبلا توسط سایر برندهای استاندارد هوشمند شده اند می توانند به کمک خانه هوشمند Control4 توسعه یابند.

معرفی پروتکل های استاندارد خانه هوشمند Control4

۱) پروتکل مادون قرمز – (Infrared (IR

یکی از ساده ترین پروتکل های خانه هوشمند است که به طور معمول ارتباطات یک طرفه را ارائه می کند و بازخوردی ندارد. این پروتکل معمولا برای مکانیزم کنترل از راه دور به کار می رود مانند تلویزیون در سیستم خانه هوشمند Control4 که می تواند به کمک پروتکل IR هم از راه دور کنترل شود. از طرف دیگر پروتکل مادون قرمز نسبت به رفتار فردیِ کاربر به شکلی سریع و انعطاف پذیر واکنش نشان می دهد و زندگی راحت را تقویت می کنند. در مقایسه با دیگر پروتکل ها، پروتکل مادون قرمز به دلیل هزینه های نسبتاً کم و کنترل مبتنی بر تقاضا باعث صرفه جویی در انرژی و هزینه می شود.

ذکر این نکته حائز اهمیت است که امروزه بسیاری از تلویزیون ها، پخش کننده ها، گیرنده های دیجیتال، کولرهای گازی و سایر تجهیزات همچنان از این پروتکل محبوب استفاده می کنند. خانه هوشمند Control4 هم از با توجه به این رویکرد بازار دستگاه های الکترونیکی، از قافله جا نمانده است. Control4 به روش های مختلفی امواج مادون قرمز را تولید کرده و دستگاه هایی که از این پروتکل استفاده می کنند را کنترل می کند.

۲) پروتکل Wi-Fi IEEE 802.11

Wi-Fi یکی از مرسوم ترین پروتکل های خانه هوشمند است و یک زیر ساخت آماده با توانایی در مدیریت حجم بالایی از داده را در اختیار می گذارد. یکی از مزایای استفاده از پروتکل Wi-Fi کدگذاری داخلی موسوم به AES 256 بیتی است. بیشتر خانه ها و مشاغل از استاندارد Wi-Fi 802.11n استفاده می کنند که برای اکثر برنامه های IoT پر مصرف به نظر می رسد. اتحادیه Wi-Fi اخیراً (سال ۲۰۱۷) از استاندارد جدید IEEE 802.11ah رو نمایی کرد. این پروتکل مسافت های بیشتری نسبت به باند های ۲٫۴ گیگاهرتز و ۵ گیگاهرتز (تا ۱ کیلومتر در شرایط ایده آل) را سرویس می دهد و اختصاصاً برای اجرای IoT و اتوماسیون تهیه شده است.

وای فای یکی از پروتکل های خانه هوشمند

با ارائه پروتکل Wi-Fi، برای اتصال یک دستگاه به شبکه دیگر نیازی به سیم کشی نیست. بلکه کافیست تا به کمک یک دستگاه Access Point محدوده مورد نظر را تحت پوشش Wi-Fi قرار دهیم. حالا با توسعه پروتکل Wi-Fi اتصال دستگاه های مختلف به شبکه بسیار ساده شده است. اگرچه احتمال قطعی هم در این پروتکل وجود دارد ولی به کمک مدولاسیون های پیچیده دیجیتال و ریاضیات پیشرفته ای که در این پروتکل به کار رفته، دیگر از تداخل و موج روی موج افتادن ایستگاه ها خداحافظی کرده و از آخرین نسخه های Wi-Fi با امنیت بسیار بالا استفاده کنید.

۳) پروتکل بلوتوث

یک پروتکل بی سیم با برد کوتاه (حدود ۱۰ متر) است که اغلب در تلفن ها، هدفون و بلندگو ها استفاده می شود. این سیستم پرش های فرکانس تطبیقی هر سیگنال موجود مانند Wi-Fi را ردیابی کرده و برای به حداقل رساندن تداخل، بر اساس نقشه کانال های دستگاه های بلوتوث شروع به مبادله اطلاعات می نماید.

۴) پروتکل Ethernet IEEE 802.3

بدون شک تا به حال در اطراف خود سوئیچ شبکه، مودم، موبایل و یا دست کم کاربردهایی از اینترنت را دیده اید. خبر خوب اینکه در تمام این دستگاه ها از Ethernet استفاده شده است. این پروتکل با استفاده از از زوج سیم های به هم تابیده، فریم بندی اطلاعات و تلفیق آن با پروتکل TCP/IP ترکیبی جادویی را تولید کرده است که بدون شک به پر کاربرد ترین پروتکل در دنیای امروز تبدیل شده است. به جرات میتوان گفت “بدون Ethernet هیچ چیزی کار نمی کند.”

پروتکل اترنت در خانه هوشمند

این پروتکل از طریق مهیا کردن یک ارتباط مبتنی بر کابل و شبکه Ethernet با سرعتی بالا و در عین حال ایجاد قابلیت اعتماد در شبکه، سرویس ارائه می کند. این پروتکل می تواند با تداخل بسیار پایین امواج الکترو مغناطیس تا مسافت ۱۰۰ متر را پوشش دهد.

بعد از خرید سهام Control4 توسط سیسکو، این غول روترهای اینترنتی، به پیشرفت Control4 در این زمینه سرعت بیشتری داد. درایور های بسیار زیادی بعد از آن به Control4 اضافه شدند و هم اکنون بسیاری از تجهیزات Control4 یا بصورت مستقیم و یا با استفاده از Gateway از پروتکل Ethernet استفاده می کنند.

۵) پروتکل ZigBee IEEE 802.15.4

پروتکل Zigbee یکی دیگر از پروتکل های خانه هوشمند بی سیم است که معمولاً در یک شبکه مش کار می کند. یعنی از یک دستگاه برای انتقال مجدد سیگنال به سایر دستگاه ها، تقویت و گسترش شبکه استفاده می کند. در خانه هوشمند Control4 پروتکل Zigbee را می توان در دیمرها و سوئیچ ها، قفل درب، ترموستات، ریموت کنترل و موارد دیگر مشاهده نمود. پروتکلZigbee به عنوان یک استاندارد جهانیِ باز برای پر کردن خلاء نیازهای شبکه های IoT در شبکه های بی سیم کم مصرف ساخته شده است. استاندارد Zigbee از لحاظ مشخصات رادیویی در باندهای ۲٫۴ گیگاهرتز ، ۹۰۰ مگاهرتز و ۸۶۸ مگاهرتز به کار می رود.

به عبارتی 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 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.
وقتی از ارتباط بی سیم صحبت می کنیم، معمولا اولین سوال این است که برد این ارتباط چقدر است و محدوده پوشش آن تا کجاست؟
در اینجا زیگبی یک پاسخ هوشمندانه دارد : ” کوتاه اما بی نهایت

پروتکل خانه هوشمند زیگبی

همانطور که گفته شد زیگبی پهنای باند پایین و مصرف انرژی بسیار کمی دارد. با این وجود پهنای باند “بی نهایت” به چه معنی است؟ فناوری زیگبی به دلیل انعطاف پذیری بالا و پشتیبانی همزمانمی تواند از سه روش ستاره‌ای، درختی و مش برد بیشتری را فراهم می کند. کافیست تا هر گره (Node) شبکه از گره دیگر فاصله ای کمتر از ۸ متر داشته باشد. پیغام برای رسیدن به گره های دور تر توسط گره های بین راه تکرار می شود و با توجه به انعطاف پذیری بالا، حتی اگر یک گره از شبکه خارج شود پیام برای رسیدن به مقصد به طور هوشمندانه ای از مسیر های دیگر استفاده می کند.

۶) پروتکل Z-Wave

مشابه پروتکل زیگبی، Z-Wave هم یک پروتکل محبوب خانه هوشمند شبکه Open Source است. از نظر فنی، تفاوت اصلی بین این دو، توان داده است. Z-Wave تقریباً ۶ برابر کندتر از Zigbee است. با این حال، به انرژی کمتری نیاز دارد تا همان دامنه Zigbee را پوشش دهد. برند Control4 نیز از پروتکل Z-Wave پشتیبانی می کند. ناگفته نماند اگرچهتعدادی از محصولات هوشمند با این پروتکل روانه بازار شده اند، اما Z-Wave هنوز موفق به کسب استانداری از موسسه IEEE نشده است.

Z-Wave پروتکل خانه هوشمند

Control4 برای کنترل این دسته از محصولات دو راه حل پیشنهادی دارد. روش اول استفاده از Gateway های تحت شبکه ای است که به زبان Z-Wave صحبت می کنند. روش دوم استفاده از ماژول های Z-Wave است که به صورت USB هستند. البته گمانه هایی مبنی بر استفاده مستقیم از این پروتکل در نسل های بعدی کنترل کننده مرکزی Control4 هم وجود دارد.

۷) پروتکل KNX

پروتکل KNX یکی از پروتکل های شناخته شده و پرکاربرد خانه هوشمند است. این پروتکل متن باز ده ها سال است که در بازار قدمت دارد و یکی از محبوب ترین پروتکل های هوشمند سازی ساختمان است. این پروتکل با یک توپولوژی غیر متمرکز، نیازی به یک واحد مرکزی ندارد به این معنی که هر واحد اتصال یافته به اکوسیستم KNX به خودی خود هوشمند است و به دیگر بخش ها متکی نیست.

knx پروتکل خانه هوشمند

یک مزیت بزرگ در این پروتکل این است که اگر یک واحد از کار بیفتد، سایر بخش ها می توانند به کار خود ادامه دهند. به دلیل راحتی و قابل اطمینان بودن پروتکل KNX استفاده از آن با افزایش ایمنی همراه است، زیرا محصولات دارای مجوز KNX باید استاندارد (EN-50941 (HBES / BACS را رعایت کنند که برای حوزه های مختلف ایمنی مثل ایمنی برق، ایمنی محیط زیست، ایمنی عملیات و EMC (سازگاری الکترومغناطیسی) مورد نیاز است.

۸) پروتکل X10

این پروتکل یکی از پروتکل های خانه هوشمند و از اولین فن ‌آوری ‌های کنترل خانگی از سال ۱۹۷۵ است. X10 از خطوط برق موجود برای کنترل چراغ‌ها، لوازم خانگی و در و پنجره‌ها استفاده می‌کند. از لحاظ فنی، X10 کمی عقب تر است و تاخیر بین عمل و واکنش به دلیل استفاده از سیگنال‌های RF قابل جبران است. پروتکل‌های X10 نیز در معرض اختلالات موجود در خط قرار دارند و نیازمند نصب بیشتر فیلترها، اتصال دهنده ها و تکرارکننده‌ها هستند تا چنین مواردی را به حداقل برسانند.

۹) پروتکل C-Bus

C-BUS از یک کابل اختصاصی ولتاژ پایین یا یک شبکه بی‌سیم دو طرفه برای انتقال سیگنال‌ های کنترل و دستورها استفاده می‌کند. این امر اعتبار ارسال دستورات را بیشتر کرده و باعث می‌شود C-BUS نسبت به X10 برای ساختمان‌ های بزرگ و کارهای تجاری مناسب ‌تر باشد. C-BUS یک پروتکل خانه هوشمند قدرتمند و کاملاً یکپارچه است که می تواند سیستم نورپردازی، گرمایش و بسیاری دیگر از سیستم های الکتریکی و محصولات دیگر را کنترل کند.

C-BUS عموماً برای هوشمندسازی ساختمان های تجاری و مسکونی به کار می رود و کنترل، راحتی، کارایی و سهولت استفاده را برای کاربران به ارمغان می آورد. شبکه های C-Bus امکان کنترل روشنایی و سایر خدمات برقی مانند پمپ ها، دستگاه های صوتی و تصویری، موتورها و درهای آکاردئونی را فراهم می کند. از این پروتکل می توان برای کنترل همه فرآیند های الکتریکی، از کنترل ساده روشن/خاموش یک مدار روشنایی گرفته تا انوع کنترل متغیر استفاده کرد.

۱۰) پروتکل RS-232

این پروتکل که به نام پروتکل سریال هم شناخته میشود معمولاً بر بستر سیم به کار می رود. بزرگترین مزیت این پروتکل سادگی آن است. بسیاری از دستگاه های الکترونیکی از پروتکل سریال پشتیبانی می کنند و اضافه کردن آن به سیستم های قدیمی کار چندان پیچیده ای نیست. حتی بسیاری از دستگاه های صنعتی فقط و فقط از این پروتکل پشتیبانی می کنند. اگرچه امروزه اکثر دستگاه ها پورت سریال را با پورت شبکه یا Ethernet جایگزین کرده اند اما از آنجایی که هدف Control4 سازگاری با همه دستگاه ها و تجهیزات است پس به سادگی پروتکل سریال را هم در لیست خود قرار داده است.

۱۱) پروتکل RS-485

بزرگترین مشکل پروتکل سریال نویزپذیری در فواصل طولانی و محدودیت در تعداد تجهیزات بود که در پروتکل RS-485 با استفاده از یک سیم اضافه و سیگنال های تفاضلی این مشکل حل شد.
راه حلی هوشمندانه ای که این پروتکل از آن بهره می برد این است که معکوس سیگنال دیتا را بر روی سیم اضافه قرار داده و به همراه دیتای اصلی ارسال می کند. هنگامی که اطلاعات به مقصد می رسند تفاضل این دو مبنای کار قرار می گیرد. در صورتی که در بین راه نویز وجود داشته باشد بر روی هر دو سیم تاثیر می گذارد و در نهایت هنگام محاسبه تفاضل، نویز از بین رفته و اطلاعات خالص به دست می آید.

حالا این روش به حدی از پایداری رسیده است که بسیاری از پروتکل های دیگر به نوعی از آن استفاده می کنند. پروتکل هایی مثل Mod-Bus, S-Bus, C-Bus, USB و حتی KNX. در Control4 برای اینکه امکان کنترل تمام این تجهیزات وجود داشته باشد از Gateway های RS-485 استفاده می شود که عموماً با پروتکل های سریال یا شبکه به اکوسیستم Control4 اضافه می شوند.

۱۲) پروتکل RF

سیستم RF یک سیستم اتوماسیون خانگی بی سیم است که امکاناتی از قبیل راحتی، ایمنی و مدیریت انرژی را در غالب یک مجموعه یکپارچه ارائه می کند. این پروتکل عرضه کننده راه حل های مناسب و انعطاف پذیر برای کنترل نور، کنترل درِ پارکینگ، سنسور هوشمند و کنترل گرمایش و سرمایش در ساختمان های مسکونی و دفاتر کوچک است. ویژگی هشدار در هنگام خطر، وقتی کسی خانه نیست باعث اطمینان خاطر می شود و ویژگی ارتباط بی سیم به دلیل عدم سیم کشی و ردو بدل نشدن دیتا و برق بین تجهیزات، باعث اطمینان از کاهش مصرف انرژی در خانه می شود.
ناگفته نماند چندین فرکانس حامل، معمولاً در ماژول های RF تجاری استفاده می شود. از جمله فرکانس هایی که در صنعت، فعالیت های علمی و پزشکی استفاده می شوند شامل : ۴۳۳٫۹۲ مگاهرتز، ۹۱۵ مگاهرتز، ۳۱۵ مگاهرتز و ۲۴۰۰ مگاهرتز. این فرکانس ها بنا به مقررات ملی و بین المللی حاکم بر ارتباطات رادیویی استفاده می شوند.

Control4 به دلیل امنیت پایین این پروتکل و سایر ایرادات آن به طور مستقیم از آن پشتیبانی نمی کند ولی می تواند به کمک چند Gateway برای RF که توسط شرکت های مختلفی مثل Somfy, Climax و … ساخته شده اند، تجهیزات مختلف RF را کنترل کند.

۱۳) پروتکل ANT

از میان پروتکل های خانه هوشمند، ANT یک سیستم اتوماسیون خانگی است که از یک استک پروتکل ارتباطی بی‌سیم استفاده می‌کند. ANT که در باند ۲٫۴ گیگاهرتز کار می کند یک پروتکل با قدرت فوق العاده کم برای اتصالات بی سیم است. این پروتکل اختصاصی را در ابتدا برای استفاده در داده های مربوط به سیستم های تناسب اندام و ورزشی طراحی کرده بودند، ولی به تازگی در ساخت اتوماسیون خانگی، نمایش داده ها، سیگنال دهی، تأیید اعتبار و شناسایی خطا به کار می رود. به روایتی دیگرANT، یک پروتکل کم مصرف برای ساخت سنسورهای کم مصرف با قابلیت توزیع مش است.

کدام یک از پروتکل های خانه هوشمند بهتر است؟

هر کدام از پروتکل های خانه هوشمند جذابیت و کاربرد خاص خود را دارند. اما اگر می خواهید همه پروتکل ها در کنار یکدیگر کار کنند و از مزایای آنها استفاده کنید، چه خواهید کرد؟
برند معتبر و محبوب Control4 از تمامی پروتکل های استاندارد و معتبر خانه هوشمند پشتیبانی می کند. شما می توانید در یک پروژه خانه هوشمند از چندین پروتکل به صورت همزمان استفاده کنید، بدون آنکه خللی در ارتباط بین تجهیزات بوجود آید یا محدودیتی در نحوه عملکرد محصولات دیده شود.

به عنوان مطلب آخر توجه داشته باشید که پروتکل های خانه هوشمند هنوز به طور مستقیم با یکدیگر سازگار نیستند. این نکته را بخاطر بسپارید که برخی از محصولات برای ترجمه یک پروتکل به یک پروتکل دیگر نیازمند یک مرحله اضافی (یعنی استفاده از Gateway) هستند.

اشتراک گذاری محتوا این صفحه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *