نگاهی کوتاه به شبکه هوشمند برق خانگی

درسیاهکل/حامد بابازاده:
طرح موضوع
با پیشرفت علم IT و بکارگیری آن در زندگی روزمره و همچنین احساس نیاز به نظارت دقیق تر از پیرامون خود، تولید کنندگان دنیای الکترونیک و دیجیتال بر آن شدند تا با استفاده ازتکنولوژی و بکار گرفتن آن در هر بخش از زندگی روزمره کمکی به بالا بردن سطح کیفی آن داشته باشند. زمانیکه در منزل نیستید، شک و تردید در مورد مسائل کوچک میتواند آزار دهنده باشد. تردیدهایی همچون اینکه آیا قهوه ساز را خاموش کردم؟ سیستم امنیتی را روشن کردم؟ آیا بچه ها تکالیف خود را انجام داده اند یا در حال تماشای تلوزیون هستند؟ آیا وقتی از خانه خارج شدم کولر خانه را خاموش کردم ؟
با یک خانه هوشمند، می توانید به تمام این نگرانی ها با یک سفر سریع آنلاین پایان دهید. زمانیکه در خانه هستید، خانه ی شما به وسیله پخش آهنگ های مورد علاقه شما آن هم در هر زمانی که به خانه قدم میگذارید، یا کاهش نور چراغ ها برای تماشای یک فیلم، از آرامش شما مراقبت میکند.خانه های هوشمند همه ی دستگاه ها و اجزای منزل شما را به هم متصل میکنند به طوری که آنها می توانند با یکدیگر و با شما ارتباط برقرار کنند.هر وسیله ای که در خانه شما از برق استفاده میکند را می توانید بر روی شبکه خانگی قرار دهید وتحت فرمان خود بگیرید. فرقی ندارد که دستورات خود را چگونه به دستگاه های خود منتقل کنید یا ریموت کنترل و یا از طریق کامپیوتر، تحت هر شرایطی خانه به دستورات شما واکنش نشان می دهد.ایده ی خانه های هوشمند ممکن است شما را به یاد جورج جتسون و طرح او به نام “مکان مربوط به آینده” و یا شاید بیل گیتس بیاندازد، که بیش از ۱۰۰ میلیون دلار را صرف ساخت خانه ی هوشمندش کرد. هنگامی که مساله طراحی عنوان میشود از لحاظ قیمت و درک تکنولوژی، خانه های هوشمند و اتوماسیون خانگی بیشتر و بیشتر شبیه هم میشوند.در حدود ۱۴ میلیارد دلار در سال ۲۰۰۵ بر روی شبکه های خانگی صرف شد، و تحلیلگران این رقم را برای سال ۲۰۱۱ به بیش از ۸۵ میلیارد دلار پیشبینی می کنند.در اغلب کشورها سیستمBMS1 یا همان سیستم هوشمند کنترل ساختمان از یک سیستم پر هزینه خارج شده و با پیشرفت روز افزون تکنولوژی به یکی از امکانات ضروری برای زندگی شهری بدل گردیده ، خانه ای که به شما کمک می کند که در زندگی پر ازدحام و پرتردد شهری ، دیگر نگران فراموش کردن برخی از وظایف و کارهای خود نباشید ، باغچه ها خود به خود آبیاری می شوند، سیستمهای حرارت و بردت به صورت اتوماتیک و با توجه به دمای محیط کار می کنند و این تنها بخشی از امکاناتیست که خانه های هوشمند برای صاحبانشان به ارمغان آورده اند.

-۱Building Management System

خانه های هوشمند چگونه کار میکنند؟

نرم افزار و تکنولوژی خانه های هوشمند :

تکنولوژی خانه های هوشمند در سال ۱۹۷۵، زمانیکه شرکتی در اسکاتلند X10 را تولید کرد، به دنیا معرفی شد. ابزار X10 به محصولات الکتریکی درون یک خانه این امکان را می دهد که از طریق سیستم کابلی که درون ساختمان وجود دارد با هم ارتباط داشته باشند و به اصطلاح با هم صحبت کنند. تمام اپلیکیشن ها و ابزارها در واقع رسیور و یا دریافت کننده هستند، و تمام کنترلر(کنترل کننده) های سیستم، مانند تمام ریموت کنترل ها و صفحه کلیدها به معنی فرستنده هستند. اگر بخواهید لامپ یک اتاق دیگر را خاموش کنید، فرستنده پیامی را که به صورت یک کد عددی است می فرستد و مراحل کار به صورت زیر است:
 هشدار به سیستم به این مضمون که این پیام یک دستور است
 شناسایی تعداد واحدهای دستگاهی که باید فرمان را دریافت کند
 کد حاوی دستور واقعی مانند کد “خاموش”.
تمام اینها به طوری طراحی شده اند که در کمتر از یک ثانیه انجام شوند، برقراری ارتباط از طریق سیمهای الکتریکی یک ساختمان همیشه معقول نیست، چرا که این خطوط ممکن است از طریق برق دیگر دستگاه ها دچار اختلال یا نویز شوند. یک ابزار X10 می تواند تداخل الکترونیکی را به عنوان یک دستور تفسیر کرده و واکنش نشان دهد، و یا اینکه ممکن است اصلا فرمان را دریافت نکند. در حالی که دستگاه های X10 هنوز وجود دارند، فن آوری های دیگری هم برای رقابت در صحنه شبکه های خانگی آمده اند.
به جای عبور فرمان ها از طریق خطوط برق، برخی از سیستم ها از امواج رادیویی برای برقراری ارتباط استفاده می کنند، که این روش درست شبیه طرز کار سیستم های WiFi و سیگنال های تلفن های همراه است. با این حال، شبکه اتوماسیون خانگی به تمام نیازهای سخت افزاری و نرم افزاری یک شبکه Wi-Fi نیاز ندارد، زیرا دستورات سیستم های اتوماسیون به صورت پیام های کوتاه هستند. دو مورد از برجسته ترین شبکه ها که در اتوماسیون خانه با امواج رادیویی کار می کنند، تکنولوژی های ZigBee و Z-Wave هستند.هر دوی این فناوری ها عبارت هستند از شبکه های مِش، به این معنی که همواره بیش از یک راه برای اینکه یک پیام به مقصد خود برسد، وجود دارد.

اتوماسیون یک  خانه هوشمند

تکنولوژی Z-Wave
این تکنولوژی از یک الگوریتم پایه ی مسیریابی برای تعیین سریع ترین مسیر برای پیام ها استفاده می کند. برای هر دستگاه Z-Wave یک کد در نظر گرفته شده، و هنگامی که دستگاه به سیستم متصل شد، کنترل کننده ی شبکه این کد خاص را شناسایی کرده، محل آن را تعیین و آن را به شبکه اضافه می کند. هنگامی که یک فرمان از راه می رسد، کنترل کننده (کنترلر) از الگوریتم برای تعیین چگونگی ارسال پیام استفاده می کند. از آنجا که این مسیریابی مقدار زیادی از حافظه موجود روی یک شبکه را اشغال می کند، فناوری Z-Wave نوعی سلسله مراتب را بین دستگاه ها توسعه داده، از قبیل اینکه: برخی از کنترلرها پیام ها را راه اندازی می کنند، و برخی از آنها برده هستند، به این معنی که آنها (کنترلرها) تنها می توانند پیام ها را حمل کرده و به پیام ها عکس العمل(پاسخ) نشان دهند.
تکنولوژیZigBee

ZigBee نمونه ای از یک شبکه هوشمند است که بین کمپانیهای معتبر ارائه کننده خدمات برد کوتاه با هزینه کم و با مشخصه دسته ایی از پروتکل‌های ارتباط سطح بالا است که از فرستنده و گیرنده‌های دیجیتال کم مصرف مبتنی بر استاندارد IEEE802 برای شبکه‌های شخصی بیسیم با نرخ ارسال داده پایین استفاده می‌کنند. زیگ بی به منظور تعریف یک تکنولوژی ساده تر و ارزانتر از بلوتوث برای شبکه‌های شخصی بی سیم بوجود آمده‌است. به کمک ZigBee می‌توان بیش از ۶۴۰۰۰ وسیله را بطور بی سیم از طریق شبکه به هم وصل نمود.
نامگذاری ZigBee نشان دهنده ی مِش مفهوم شبکه است، زیرا پیام ها از فرستنده مانند زنبورها به صورت زیگزاگ به دنبال بهترین مسیر به سوی گیرنده هستند. در حالی که Z-Wave از یک فن آوری اختصاصی برای هدایت سیستم خود استفاده می کند، پلت فرم های ZigBee برپایه ی مجموعه ی استانداری بنا شده اند که توسط موسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) برای شبکه های بی سیم شخصی طراحی شده. این به این معنی است که هر شرکت می تواند بدون پرداخت هزینه های صدور مجوز برای این فناوری به ایجاد و ساخت محصولات ZigBee بپردازد، که در نهایت ممکن است به سازگاری و استفاده-ی ZigBee در بازار محصول بیانجامد. مانند Z-Wave، ZigBee هم دارای دستگاه های عملکردی کاملی بوده (و یا آنهایی که پیام را مسیردهی می کنند) و همینطور دارای دستگاه های کاهش دهنده ی تابع (و یا دستگاه هایی که چنین عملی را انجام نمیدهند) است.
استفاده از شبکه های بی سیم انعطاف پذیری بیشتری را برای قرار دادن دستگاه ها فراهم می کند، اما مانند خطوط برق، آنها هم ممکن است دچار تداخل هایی شوند. ابزار دیگری به نام Insteon راه دیگری را برای شبکه خانگی شما برای برقراری ارتباط بین سیم های الکتریکی و امواج رادیویی ارائه می دهد، که آن را به یک شبکه مِش دوگانه تبدیل کرده است. اگر یک پیام روی یک پلت فرم قرار نگرفت، این ابزار انتقال آن را از طریق پلتفرم دیگر امتحان می کند. به جای مسیریابی پیام، یک دستگاه Insteon پیام را منتشر یا به اصطلاح Broadcast کرده و تمام دستگاه های موجود بر روی شبکه پیام را دریافت کرده و آن را تا زمانی که دستور به انجام برسد مجدداً منتشر می کنند. دستگاه ها مانند دستگاه های همسان عمل می کنند، یکی به عنوان آمر و دیگری به عنوان گیرنده. این به این معنی است که دستگاه های Insteon بیشتری بر روی یک شبکه نصب شده و در نتیجه پیام قوی تر خواهد بود.

ویژگی‌های ZigBee
۱-کار در محدوده فرکانس ۲٫۴ گیگا هرتز با سرعت انتقال ۲۵۰ کیلوبیت بر ثانیه (۹۱۵ مگاهرتز در آمریکا با سرعت ۴۰ کیلوبیت بر ثانیه و ۸۶۸ مگاهرتز در اروپا با سرعت ۲۰ کیلوبیت بر ثانیه
۲-مصرف توان کم، نرخ ارسال پایین، امنیت و قابلیت اطمینان بالا
۳-شبکه با پیکره بندی مش (Mesh) – گسترش شبکه با حفظ پایداری
۴-برد ۱۰ تا ۱۰۰ متر با توجه به قدرت فرستنده و ویژگیهای محیط
۵-تعریف پروفایل های مختلف برای برقراری ارتباط بین دستگاه ها به صورت بهینه
۶-قابلیت تعریف به عنوان دستگاه انتهایی (END Device) و حالت خواب برای بالابردن مدت کار با هر شارژ باتری

برخی از کاربرد های ZigBee
۱-اتوماسیون خانه
۲-روشنایی هوشمند
۳-جمع آوری داده ها پزشکی
۴-کنترل صنعتی و…
انتهای پیام/hkj