انواع پروتکل های خانه هوشمند کدام اند؟ (۱۴ مدل آن)

محصولات خانه‌های هوشمند در بازار زیاد هستند و هر فردی که به این محصولات نیاز دارد، باید عوامل مختلفی را برای انتخاب آنها در نظر بگیرد.

یکی از حوزه‌های استراتژیک در این مورد، مربوط به انواع پروتکل های خانه هوشمند است.

در سیستم‌های خانه‌های هوشمند امروزی، انواع پروتکل های خانه هوشمند، نقش مهمی در هدایت تکامل یک سیستم خانه هوشمند کامل خواهند داشت؛ چه در مرحله ابتدایی باشد و چه در مراحل پیشرفت و گسترش.

در این مقاله به بررسی پروتکل‌های خانه هوشمند و انواع آنها خواهیم پرداخت.

1# پروتکل خانه هوشمند چیست؟

پروتکل خانه هوشمند مجموعه‌ای از استانداردها است که نحوه ارتباط دستگاه‌های موجود در اکوسیستم خانه هوشمند را تعیین می‌کند.

این پروتکل به عنوان زبان دستگاه عمل می‌کند و آن را قادر می‌سازد تا به صورت یکپارچه با سایر بخش‌های خانه هوشمند تعامل داشته و اطلاعات را تبادل کند.

هدف اصلی یک پروتکل خانه هوشمند اطمینان از قابلیت همکاری و سازگاری بین دستگاه‌های مختلف است.

بدون وجود یک پروتکل استاندارد، دستگاه‌های مختلف با یکدیگر ارتباط برقرار نمی‌کنند که عملکرد محیط خانه هوشمند را محدود می‌کند.

پروتکل‌های ارتباطی به انتقال داده‌های مربوط به احراز هویت، تشخیص و تصحیح خطا کمک می‌کنند.

علاوه بر این، آنها مطمئن می‌شوند که دستگاه‌ها می‌توانند، اطلاعات موجود را به شکلی قابل اعتماد و ایمن مبادله کنند.

2# انواع پروتکل های خانه هوشمند

امروزه طیف گسترده‌ای از استانداردها و انواع پروتکل های خانه هوشمند وجود دارند که ادعا می‌کنند بهترین انتخاب ممکن برای هماهنگ کردن ارتباطات دستگاه‌های مختلف هستند.

با این حال، برخی از ویژگی‌های چنین سیستم‌هایی ممکن است محدودکننده باشند و در شرایط خاصی استفاده از آنها با مشکل مواجه شود.

در این بخش به بررسی انواع پروتکل های خانه هوشمند خواهیم پرداخت.

1-2# اترنت

یکی از انواع پروتکل های خانه هوشمند، اترنت است که یک فناوری ارتباط سیمی است که معمولاً برای شبکه‌های محلی (LAN) استفاده می‌شود.

این کابل از طریق جفت پیچ خورده و کابل‌های فیبر نوری برای انتقال داده‌ها با سرعت بالا عمل می‌کند.

اترنت از استاندارد IEEE 802.3 پیروی می‌کند و از انتقال داده‌های مطمئن و ایمن از طریق شبکه پشتیبانی می‌کند.

اترنت، یک اتصال پایدار و قوی برای دستگاه‌های خانه هوشمند فراهم می‌کند.

به دلیل پهنای باند بالا، اترنت برای دستگاه‌هایی که نیاز به اتصال اینترنتی سریع و مطمئن دارند، مانند تلویزیون‌های هوشمند، کنسول‌های بازی و دستگاه‌های پخش رسانه‌ای و همچنین برای دستگاه‌هایی که در یک شبکه محلی کار می‌کنند، مناسب است.

اتصالات اترنت همچنین خطر تداخل شبکه را از بین می‌برند و ارتباط قابل اعتماد بین دستگاه‌ها را تضمین می‌کند.

اترنت سطح بالایی از امنیت را برای اکوسیستم خانه هوشمند ارائه نمی‌دهد.

با این حال، انتقال امن داده‌ها از طریق پروتکل‌های دیگر که از طریق اترنت کار می‌کنند را تضمین خواهد کرد.

2-2# وای فای

Wi-Fi یک فناوری ارتباطی بی سیم است که به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد از طریق امواج رادیویی به شبکه متصل شوند و از استاندارد IEEE 802.11 پیروی می‌کند و در باندهای فرکانسی مختلف از 2.4 گیگاهرتز تا 5 گیگاهرتز کار می‌کند.

وای فای یکی از محبوب‌ترین انواع پروتکل های خانه هوشمند است.

 Wi-Fi همه کاره است و به صورتی گسترده پشتیبانی می‌شود که آن را برای طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های خانه هوشمند مناسب می‌کند.

این امر، پوشش گسترده ای را فراهم می‌کند و دستگاه‌ها را قادر می‌سازد تا از نقاط مختلف خانه به آن متصل شوند.

Wi-Fi پهنای باند کافی را برای دستگاه‌های پرمصرف داده (مثلاً پخش ویدیو) فراهم می‌کند.

Wi-Fi با دستگاه‌هایی در فرکانس‌های مختلف کار می‌کند؛ اما ممکن است موانعی مانند دیوارها یا مبلمان در آن تداخل ایجاد کند که می‌تواند بر قدرت و پوشش سیگنال تأثیر بگذارد.

علاوه بر این، دستگاه‌های Wi-Fi در مقایسه با پروتکل‌های کم مصرف، انرژی بیشتری مصرف می‌کنند که باعث می‌شود برای دستگاه‌های خانه هوشمند با باتری مناسب نباشد.

3-2# بلوتوث کم مصرف (BLE)

بلوتوث و BLE فناوری‌های ارتباطی بی سیم هستند که برای دستگاه‌های کم مصرف طراحی شده‌اند.

آنها در باند فرکانسی 2.4 گیگاهرتز کار می‌‎کنند و دستگاه‌ها را قادر می‌سازند تا داده‌ها را به صورت بی سیم در فواصل کوتاه ارسال و دریافت کنند.

بلوتوث و BLE به دلیل مصرف کم انرژی، پروتکل‌های ارتباطی مناسبی برای دستگاه‌های خانه هوشمند با باتری هستند.

آنها انتقال کارآمد داده را امکان پذیر می‌کنند و از ارتباط مستقیم دستگاه به دستگاه پشتیبانی می‌کنند.

البته بلوتوث از ویژگی‌های بیشتری پشتیبانی می‌کند؛ اما انرژی بیشتری نیز مصرف خواهد کرد.

طبیعت کوتاه برد بلوتوث و BLE محدوده پوشش آن را برای کاربر نهایی محدود می‌کند.

در حالی که برای برنامه‌های کم مصرف عالی است؛ اما برای دستگاه‌هایی که به پوشش گسترده یا سرعت انتقال داده بالا نیاز دارند، کار نمی‌کند.

بلوتوث و BLE از رمزگذاری AES-CCM برای محافظت از انتقال داده‌ها استفاده می‌کنند.

با این حال، مانند هر پروتکل بی سیم، اطمینان از به روز بودن دستگاه‌ها و سیستم عامل برای رفع هرگونه آسیب پذیری امنیتی بالقوه بسیار مهم است.

4-2# زیگبی

Zigbee یک پروتکل ارتباطی کم مصرف و بی سیم برای دستگاه‌های کم هزینه با برد کوتاه است.

در باند فرکانسی 2.4 گیگاهرتز کار می‌کند و از توپولوژی شبکه مش استفاده می‌کند.

با پروتکل Zigbee، دستگاه‌ها به عنوان گره عمل می‌کنند که پوشش شبکه را گسترش می‌دهند.

اگر هر گره‌ای از کار بیفتد، این شبکه‌های مش می‌توانند به صورت خودکار پیکربندی مجدد و ارتباط با گره‌های دیگر را حفظ کنند.

Zigbee به دلیل مصرف کم انرژی و قابلیت شبکه ‌سازی مش برای خانه هوشمند مناسب است.

این امر، پروتکل ارتباط قابل اعتمادی را بین دستگاه‌ها برقرار می‌کند.

در صورت توسعه روشنایی هوشمند، ترموستات و سنسورها می‌توان از آن استفاده کرد.

محدوده کم Zigbee آن را برای خانه‌های بزرگ و فضاهایی با موانع فیزیکی قابل توجه کمتر مناسب می‌کند.

ممکن است برای گسترش پوشش به روترها یا تکرارکننده‌های Zigbee اضافی نیاز داشته باشد که هزینه کلی و پیچیدگی شبکه را افزایش می‌دهد.

5-2# Z-Wave

Z-Wave از انواع پروتکل های خانه هوشمند، یک پروتکل ارتباطی بی سیم است که در باند فرکانسی زیر گیگاهرتز (کمتر از 1 گیگاهرتز) کار می‌کند و ارتباط مطمئن و ایمن بین دستگاه‌ها را فراهم می‌کند.

دستگاه‌های Z-Wave یک شبکه مش را تشکیل می‌دهند، دستگاه‌هایی که به عنوان گره عمل می‌کنند تا پوشش شبکه را افزایش دهند و در صورت خرابی هر گره، اتصال را حفظ کنند.

در یک شبکه مش Z-Wave، دستگاه‌ها به عنوان تکرارکننده عمل می‌کنند و پوشش شبکه را گسترش می‌دهند.

این ساختار شبکه خود ترمیم کننده، قابلیت اطمینان و برد شبکه را افزایش می‌دهد.

اگر یک دستگاه از کار بیفتد، شبکه سیگنال‌ها را از طریق دیگر مسیرهای موجود تغییر می‌دهد و ارتباط مداوم را تضمین می‌کند.

Z-Wave یک پروتکل کم مصرف است که می‌تواند برای روشنایی هوشمند، سیستم‌های امنیتی و ترموستات‌های هوشمند استفاده شود.

Z-Wave یک پروتکل ارتباطی اختصاصی است، به این معنا که ممکن است سازگاری محدودی با دستگاه‌های توسعه یافته توسط سازندگان شخص ثالث داشته باشد.

این پروتکل با رمزگذاری AES-128 عمل می‌کند و از احراز هویت دو طرفه بین دستگاه‌ها پشتیبانی می‌کند تا مطمئن شود که فقط دستگاه‌های مجاز می‌توانند به شبکه بپیوندند.

Z-Wave امنیت ثابت را از طریق به روز رسانی OTA تضمین می‌کند.

6-2# Thread

Thread یک پروتکل ارتباطی بی سیم است که روی IPv6 با فرکانس 2.4 گیگاهرتز کار می‌کند و از توپولوژی شبکه مش پیروی می‌کند.

Thread، مقیاس‌ پذیری سیستم‌های خانه هوشمند را تضمین می‌کند و اجازه می‌دهد، دستگاه بدون فاصله به شبکه اضافه شود.

این پروتکل بهره وری انرژی را فراهم می‌کند و آن را برای دستگاه‌های باتری دار مناسب می‌کند.

Thread همچنین از ارتباطات ایمن و قابل اعتماد در یک اکوسیستم خانه هوشمند پشتیبانی می‌کند.

Thread در مقایسه با پروتکل‌های گسترده‌تر مانند Wi-Fi یا Zigbee کمتر در دسترس است.

این امر ممکن است، بر دامنه دستگاه‌هایی که کاربران نهایی برای سیستم خانه هوشمند خود انتخاب می‌کنند، تأثیر بگذارد.

Thread دارای یک لایه امنیتی داخلی است که از دستگاه‌ها در برابر حملات غیرمجاز و نشت داده‌ها محافظت می‌کند.

به روز رسانی منظم OTA ساختار سیستم عامل را بهبود می‌بخشد و از نقض امنیت جلوگیری می‌کند.

7-2# Matter

پروتکل خانه هوشمند Matter یک استاندارد منبع باز برای دستگاه‌هایی است که روی پروتکل‌های ارتباطی بی سیم کار می‌کنند.

Matter روی IPv6 کار می‌کند که آن را به یک انتخاب جهانی تبدیل می‌کند؛ زیرا همه کاربران نهایی از قبل شبکه Wi-Fi در خانه دارند؛ Matter از طریق Thread ،Wi-Fi و Ethernet کار می‌کند.

Matter ارتباط بین انواع پروتکل های خانه هوشمند برقرار می‌کند و دستگاه‌های موجود در اکوسیستم خانه هوشمند را سازگار می‌کند.

به عنوان مثال، اگر یک لامپ و یک ترموستات هوشمند از تولید کنندگان مختلف دارید، Matter می‌تواند انتقال داده را بین آنها فعال کند.

کاربران نهایی می‌توانند، دستگاه‌های دارای Matter خود را از یک برنامه کنترل کنند که رضایت مشتری را از سیستم خانه هوشمند افزایش می‌دهد.

برای استفاده از Matter، به گواهینامه Connectivity Standards Alliance (CSA) نیاز است.

به عنوان یک پروتکل مورد استفاده برای اتوماسیون خانگی، Matter از داده‌های کاربران از طریق استاندارد رمزگذاری AES 128 محافظت می‌کند.

کاربران نهایی همچنین می‌توانند، به‌روزرسانی‌های OTA را در دستگاه‌های دارای Matter دریافت کنند.

با تمام مزایا و محدودیت‌ها، پروتکل‌های اتوماسیون خانگی ویژگی‌های مختلفی را ارائه می‌کنند که می‌توان هنگام توسعه راه ‌حل از آنها بهره برد.

به همین دلیل است که باید الزامات پروژه را تجزیه و تحلیل کرد تا پروتکل ارتباطی مناسبی انتخاب شود که محصول شما را ارتقا دهد.

8-2# RBF

RBF از انواع پروتکل های خانه هوشمند، یک پروتکل اختصاصی است که توسط Roombanker توسعه یافته است.

این پروتکل، برای ارتباطات کم مصرف و دوربرد در فضای باز طراحی شده است.

RBF برای برنامه‌های کاربردی خانه‌های هوشمند بهینه شده و ویژگی‌های امنیتی پیشرفته ای را ارائه می‌دهد.

پروتکل RBF Roombanker مخصوصاً برای خانه‌های بزرگ یا خانه‌هایی با دیوارهای ضخیم مناسب است؛ زیرا محدوده و قابلیت نفوذ به دیوار را ارائه می‌دهد.

ویژگی‌های امنیتی پیشرفته این نوع پروتکل تضمین می‌کند که ارتباط بین دستگاه‌ها خصوصی و ایمن باقی بماند.

9-2# پروتکل‌های زیر گیگاهرتز

پروتکل‌های زیر گیگاهرتز، مانند پروتکل‌هایی که در باندهای فرکانس 433 مگاهرتز یا 868 مگاهرتز کار می‌کنند، ارتباطات دوربرد و نفوذ خوب در دیوار را ارائه می‌دهند.

آنها اغلب برای دستگاه‌های خانه هوشمند در فضای باز یا دستگاه هایی که نیاز به پوشش مناطق بزرگ دارند، استفاده می شوند.

پروتکل‌های زیر گیگاهرتز با قابلیت ارتباط دوربرد در حالی که انرژی بسیار کمی مصرف می‌کنند، مشخص می‌شوند.

این موضوع این پروتکل‌ها را برای استفاده در ابزارهایی که با باتری کار می‌کنند، ایده آل کرده که باید در مناطقی که با خطوط برق یا در شرایط سخت قابل دسترسی نیست، کار کنند.

10-2# LoRa

LoRa یک پروتکل دوربرد و کم مصرف است که در محدوده فرکانس زیر گیگاهرتز کار می‌کند.

لورا به عنوان یکی از انواع پروتکل های خانه هوشمند برای استفاده در دستگاه‌های خانه هوشمند بسیار عالی است؛ زیرا دارای برد وسیع و قدرت کم است، به ‌ویژه زمانی که برای انتقال داده در فواصل طولانی یا در محیط‌های پرازدحام مورد نیاز است.

برنامه‌های کاربردی خانه‌های هوشمند نیز یک مورد استفاده عالی برای اتصال دوربرد LoRa هستند؛ زیرا دستگاه‌ها با یک کنترل ‌کننده اصلی یا یک دروازه از فاصله قابل توجهی ارتباط برقرار می‌کنند.

این به ویژه برای دستگاه‌هایی در مناطقی که به سختی قابل دسترسی هستند، مانند درها مفید است.

11-2# سلولی

پروتکل‌های سلولی، مانند LTE-M و NB-IoT، از شبکه‌های سلولی موجود برای ایجاد اتصال برای انواع پروتکل های خانه هوشمند استفاده می‌کنند.

دستگاه‌های مجهز به سیم‌ کارت می‌توانند از طریق شبکه‌های سلولی ارتباط برقرار کنند و پوشش وسیع و ارتباطات قابل اعتمادی را ارائه دهند.

پروتکل‌های سلولی به ‌ویژه برای دستگاه‌های خانه هوشمند که نیاز به کار در مکان‌ها یا مناطق دورافتاده بدون پوشش Wi-Fi دارند، مفید هستند.

سودمندترین جنبه استفاده از پروتکل‌های سلولی، قابلیت انتقال داده آنها است که در درجه اول به مشکلات سیگنال‌های Wi-Fi ضعیف رسیدگی می‌کند.

این امر، باعث می‌شود که این نوع پروتکل‌ها برای اکثر دستگاه‌های اینترنت اشیا یا خانه‌های هوشمند مناسب باشند که باید در مناطق دوردست یا حتی در شرایطی که سخت در نظر گرفته می‌شوند، کار کنند.

 12-2# X10

X10 از انواع پروتکل های خانه هوشمند است که منبع باز و همچنین یکی از قدیمی ترین پروتکل‌های اتوماسیون خانگی است که توسط Pico Electronics از Glenrothes در سال 1975 توسعه یافت.

نصب آن بسیار آسان است؛ زیرا نیازی به نصب کابل‌های اضافی ندارد و علاوه بر این، ارزان است.

داده‌های دیجیتال با استفاده از سیم کشی برق موجود در خانه، بین دستگاه‌های X10 منتقل می‌شوند.

با این حال، بین ارسال یک آدرس و یک فرمان 0.75 ثانیه طول می‌کشد.

وقتی دو طرفی که دستگاه‌های هوشمند مشترک را کنترل می‌کنند، دستورات متناقضی ارسال کنند، این امر می‌تواند مشکلاتی را ایجاد کند.

پروتکل خانه هوشمند X10 به اندازه برخی از موارد ذکر شده در بالا در یک محیط خانه هوشمند معمولی رایج نیست.

13-2# MQTT

MQTT از انواع پروتکل های خانه هوشمند، یک پروتکل پیشرفته صف پیام OASIS (AMQP) برای اینترنت اشیا (IoT) است.

MQTT می‌تواند برای اتصال میلیون‌ها دستگاه اینترنت اشیا استفاده شود.

در حالی که مشتریان MQTT کم هستند و از میکروکنترلرها استفاده می‌کنند، MQTT می‌تواند برای پشتیبانی از میلیون‌ها دستگاه IoT استفاده شود.

MQTT سبک و سریع است و از هدرهای پیام کوچک برای بهینه سازی پهنای باند شبکه استفاده می‌کند.

14-2# RF و مادون قرمز

پروتکل RF از جمله انواع پروتکل های خانه هوشمند نیست.

می‌توان دستگاه‌هایی مانند Home Assistant را به دستگاه‌هایی متصل کرد که می‌توانند از طریق Wifi و RF یا مادون قرمز با فرکانس 433 مگاهرتز ارتباط برقرار کنند.

این پروتکل‌ها، معمولاً زنگ‌های در یا کنترل از راه دور برای دستگاه‌هایی هستند که با استفاده از هیچ یک از موارد بالا متصل نمی‌شوند؛ اما راه‌ اندازی آنها می‌توانند آزمون و خطا باشند و شامل شناسایی و تفسیر کدهایی برای راه‌ اندازی‌های اتوماتیک است.

اگر در حال ساخت یک سیستم خانه هوشمند هستید، یک پل ممکن است برای آوردن دستگاه‌های موجود که از پروتکل‌های استاندارد خانه هوشمند پشتیبانی نمی‌کنند، مفید باشد؛ اما اگر به دنبال خرید دستگاه‌های جدید هستید، از موارد بالا استفاده کنید.

3# نحوه انتخاب انواع پروتکل های خانه هوشمند

هنگام توسعه یک محصول خانه هوشمند، انتخاب پروتکل ارتباطی مناسب برای عملکرد کارآمد دستگاه و قابلیت همکاری آن در یک سیستم خانه هوشمند بسیار مهم است.

با وجود طیف گسترده ای از پروتکل‌ها، درک ویژگی‌های آنها و در نظر گرفتن عوامل مختلف قبل از تصمیم گیری ضروری است.

در این بخش چند ویژگی کلیدی وجود دارد که به شما در انتخاب انواع پروتکل های خانه هوشمند کمک می‌کند.

1-3# محدوده شبکه

اندازه متوسط ​​خانه‌ کاربران نهایی و منطقه تحت پوشش مورد نظر را برای راه حل خود تجزیه و تحلیل کنید.

برخی از پروتکل‌ها مانند Z-Wave پوشش گسترده ای را ارائه می‌دهند که آنها را برای خانه‌های بزرگتر مناسب می‌کند.

بلوتوث برای ارتباطات کوتاه برد در فضاهای کوچکتر یا مناطق خاص در خانه مناسب تر است.

2-3# قابلیت همکاری

ارزیابی سازگاری پروتکل‌های ارتباطی با دستگاه‌ها و سازندگان مختلف.

پروتکل‌هایی مانند Wi-Fi و Ethernet به شکل گسترده‌ای پشتیبانی می‌شوند و قابلیت همکاری بهتری را نسبت به Z-Wave و Zigbee ارائه می‌دهند.

پروتکل‌های اختصاصی ممکن است تعداد ویژگی‌هایی را که دستگاه می‌تواند انجام دهد، محدود کند؛ زیرا با دستگاه‌های سازنده خاصی کار می‌کند.

3-3# بهره وری قدرت

قبل از انتخاب پروتکل، میزان برق مورد نیاز دستگاه خانه هوشمند خود را ارزیابی کنید.

دستگاه‌های باتری دار مانند سنسورها و قفل‌های هوشمند با پروتکل‌های کم مصرف مانند Zigbee و Z-Wave بهتر عمل می‌کنند؛ زیرا در مقایسه با پروتکل‌های با مصرف انرژی بالا، عمر باتری را تضمین می‌کنند.

4-3# امنیت

به دنبال پروتکل‌هایی باشید که مکانیسم‌های رمزگذاری و احراز هویت قوی را برای محافظت از داده‌ها و دستگاه در برابر دسترسی غیرمجاز ارائه می‌دهند.

5-3# هزینه

هزینه کلی توسعه را با پروتکل انتخاب شده ارزیابی کنید.

در حالی که Wi-Fi و Ethernet به صورت گسترده در دسترس و مقرون به صرفه هستند، پروتکل‌های دیگر ممکن است به سخت افزار یا اجزای اختصاصی خاصی نیاز داشته باشند که می‌تواند، بودجه پروژه را افزایش دهد.

با ارزیابی این ویژگی‌ها، می‌توان مناسب ترین پروتکل ارتباطی را برای محصول خانه هوشمند انتخاب کرد.

با این حال، هیچ راه حل یکسانی وجود ندارد و انتخاب بهینه به الزامات و محدودیت‌های خاص پروژه بستگی دارد.