أثر بلوتون شبكة ميش للضوء الذكي القدرة على التصاميم

مقدمة

وقد أدى الربط الشبكي بين البلوتوث إلى إحداث تحول جوهري في تصميم ونشر وتوسيع نظم الإضاءة الذكية، حيث تمكن آلاف الأجهزة من التواصل دون هوادة داخل شبكة واحدة من أجهزة التعافي الذاتي، وتعالج هذه التكنولوجيا أحد أكثر التحديات استمرارا في مكافحة الإضاءة: القابلية للتوسع، وسواء كان ذلك بالنسبة للمبنى التجاري ذي الفتحة العالية، أو المخيم الممتد خارج المبنى، أو مرفق صناعي، فإن تركيبة البلوتوث تؤدي إلى زيادة في الهياكل الأساسية

ما هو شبكة بلو توث ميش؟

(بلو توث) هو طب طبوي يربط بين الطوابق يحدده فريق بلوتون للمصالح الخاصة الذي يسمح لأجهزة الطاقة المنخفضة الفولطوث بالتواصل بشكل كبير وكبير، وخلافاً للوصلات التقليدية لبلوتون التي تُعد من نقطة إلى أخرى وتقتصر على سبعة عبيد نشط لكل معلم، تُنشئ شبكات ميكنة شبكة من المقاييس المترابطة، ويمكن لكل عقد نقل رسائل من أي مكان آخر.

ويستخدم نموذج الميوش هيكلا للنشر/النسخة البرمجية، وتصنف الأجهزة في عناوين (الوحدة أو المجموعة أو الافتراضية)، وتنشر الرسائل على عناوين محددة، ولا تُنشر إلا الأجهزة التي تُجمع في هذا العنوان، مما يقلل من حركة المرور غير الضرورية، وهذا التصميم قابل للتوسع في حد ذاته، لأنه يضيف عقدا جديدا يزيد من تغطية الشبكة ويزيد من اعادة توزيعها دون فرض عبء ثقيل على أي جهاز واحد.

For a deep technical overview, the Bluetooth SIG offers an official specification document available at Bluetooth Mesh Profile Specification 1.1.

مزايا نظم الإضاءة الذكية

ويجلب ميثوث عدة مزايا متميزة تؤدي مباشرة إلى تحسين قابلية نظم الإضاءة الذكية للتصعيد وموثوقيتها وكفاءتها.

Scalability

وتتمثل الميزة الأبرز في القدرة على دعم آلاف الأجهزة في شبكة واحدة، إذ تقتصر الشباك التقليدية لبلوتون على نحو سبعة عبيد لكل سيد، مما يتطلب وجود متحكمين متعددين وتعقيدات في عمليات الانتشار الكبيرة، وتقضي ميش على هذا الحد بتوزيع مسؤوليات الاتصال عبر جميع الأنهار، ومن الناحية العملية، يمكن لشبكة واحدة من أجهزة بلوتوث أن تغطي طابقا كاملا من المكاتب، أو مستودعا، أو مدينة تدار من خلال شبكة مجهزتها.

الموثوقية والتعافي الذاتي

إن شبكات الميوش بطبيعتها زائدة عن الحاجة، وإذا فشل عقد من الموعود )مثلا، فقد جهاز الإضاءة، فقد القدرة(، فإن الرسائل تُعاد توجيهها تلقائيا عبر مسارات بديلة، وهذه القدرة على التعافي الذاتي تكفل استمرار تشغيل نظام الإضاءة حتى أثناء أخطاء المعدات، أما بالنسبة للتطبيقات الحرجة مثل الإضاءة الطارئة أو السلامة الصناعية، فإن هذه الموثوقية غير قابلة للتفاوض، كما أن مقاييس القوة في الشبكة ذات حجم أكبر، تعني المزيد من ذلك.

ممتدة

ونظرا لأن الرسائل يمكن أن تقفز من نواة إلى أخرى، فإن النطاق الفعال لشبكة ميدوتوث أكبر بكثير من نطاق نقطة إلى نقطة بلوتون، وجهاز واحد من أجهزة BLE له عادة مجموعة يتراوح بين 10 و 100 متر، ولكن مع إعادة الطهي يمكن أن تمتد التغطية عبر الكيلومترات، أما بالنسبة لتطبيقات الإضاءة الخارجية مثل مواقف السيارات، أو الحدائق، أو الطرق المعقدة، فيمكن أن تؤدي إلى إلغاء تكاليف تركيب الأجهزة.

كفاءة الطاقة

وتشكل الطاقة المنخفضة الحجم أساس الربط الشبكي المائي، حيث تستهلك الحد الأدنى من الطاقة مقارنة بالبدائل الإلكترونية أو الخلوية، والكثير من تركيبات الإضاءة هي ذات القدرة الرئيسية، وبالتالي فإن كفاءة الطاقة قد تبدو أقل أهمية، غير أن أجهزة الاستشعار والمفاتيح وغيرها من المعاهد ذات القدرة البطارية لا تزال مفيدة للغاية.

قابلية التشغيل البيني والنظافة الإيكولوجية

إن ميثلووث هو بروتوكول موحد، يعني أن الأجهزة من مختلف المصنعين يمكن أن تعمل معاً طالما أنها تتفق مع المواصفات النموذجية لبلوتون سيغ، وهذا التبادل حيوي بالنسبة لقابلية النظام للتكدس لأنه يتيح للمواصفات اختيار أفضل العناصر دون وجود قفل للبائعين، كما أن نظام تحديد المواقع على بلوتون سي " يحافظ على برنامج تأهيل لضمان الامتثال، مما يعطي المستعملين النهائيين الثقة في عمليات النشر المتعددة للفيندور.

الأثر على قابلية النظام للتسويق

ولا يتعلق التصعيد بالعد فقط؛ بل يتعلق بسهولة التوسع والقابلية للتدبر والأداء تحت الحمولة.

قدرات الشبكة ومعالجتها

ويؤيّد هذا الحد الأقصى النظري البالغ 767 32 عقداً لكل شبكة، وفي الممارسة العملية، يكون الحد الأدنى أقل في كثير من الأحيان بسبب معدلات المرور والقيود على الذاكرة، ولكنه لا يزال يغطي بسهولة احتياجات معظم مشاريع الإضاءة التجارية والصناعية، ويمكن أن يُخصّص لمدير البرنامج الذي يستخدم فقط من خلال معالجة المواد ذات السعة 16 نقطة الصفرية، وذلك من أجل تجميع الأضواء بكفاءة في المناطق أو الطوابق أو المناطق الوظيفية، بل ويمكن أن يُسند إلى مجموعات مختارة مناً ذات طابعاً دينامياً مرناً مناً مناً من نماذج البرمجيات.

توفير الخدمات والتكليف

ويُبسط إضافة تركيبات جديدة للإضاءة إلى شبكة ميث بلوتون من خلال عملية تسمى توفير الخدمات، ويصدق المزود (بشكل نموذجي جهاز متنقل أو أداة مخصصة) على الجهاز الجديد، ويُسند إليه عنواناً غير مكتمل، ويضيفه إلى سلسلة مفاتيح أمن الشبكة، ويمكن أن تُنجز هذه العملية على الهواء دون الوصول المادي إلى التجهيزات، التي هي ميزة رئيسية بالنسبة للتوسع في تركيبات الزرقاء.

إدارة حركة المرور ونوعية الخدمة

ومع تزايد الشبكات، يمكن أن يصبح احتضان الرسائل مشكلة، حيث تدار استخدامات الميدوتوث بالفيضانات باستخدام الكاتشين والهاتف من أجل الحد من إعادة النقل غير الضرورية، كما يحدد البروتوكول آلية لقطعة الأصدقاء لعزل الرسائل الموجهة إلى أجهزة الطاقة المنخفضة، وأسلوب عقدة منخفضة القوة يتيح للمستعملين الذين يعملون بالبطارية أن يناموا في معظم الأوقات، وتكفل هذه السمات أن تكون الشبكات الكثيفة قد أبقت على درجة منخفضة من عدم القدرة على التحكم في حالات الطوارئ الحرجة.

تحديثات برنامج " Firmware "

وثمة جانب آخر كثيرا ما يُغفل من إمكانية التصعيد هو القدرة على تحديث البرمجيات الثابتة على مئات أو آلاف من أفران الإضاءة، أما الميدوتوث فهي تدعم على الهواء، وتستكمل شركة " أوت " باستخدام نموذج " ميشي " (Device Firmware Update) الذي يتيح لنظام الإضاءة بأكمله الحصول على رقائق أمنية، أو تحسينات خاصة، أو تحسين الأداء دون القيام بزيارات ميدانية سريعة.

For an in-depth analysis of how Bluetooth mesh achieves these scalability features, the article “] Bluetooth Mesh Networking Solves the Scalability Challenge for IoT] on Electronic Design provides excellent technical context.

التطبيقات العالمية الحقيقية

المباني التجارية

وتواجه المباني التجارية الحديثة مطالب متضاربة: يجب أن تكون فعالة من حيث الطاقة ومريحة للمحتلين، ومرنة بما فيه الكفاية لاستيعاب الشورن (التغييرات المتكررة في استخدام الفضاء) كما أن نظم الإضاءة في أزرق الطازجة تلبي هذه الاحتياجات بإتاحة الفرصة للزراعة وجني النور والتحكم في الشغل، مثلاً يمكن أن يكون هناك جهاز مشغلين متعددي الملابس يصلحون في كل مكانة.

إطفاء الهواء الطلق

إن إضاءة الشوارع الذكية هي أحد أكثر التطبيقات واعدة في مضمار بلو توث، ويمكن للبلديات أن تنشر آلاف من أضواء الشوارع المحتوية على متحكمين متكاملين في البنفسج، وأن تشكل شبكة مائية على نطاق المدينة، وأن تصلح كعلامة، وأن تبعث رسائل من الأضواء المتاخمة، ولا يمكن استخدام هذه الشبكة فقط في عمليات الصيانة أو التخريبية، بل أيضاً لجمع البيانات.

المرافق الصناعية

وفي المصانع والمستودعات، يلزم أن يكون الإضاءة مبسطة ومرتفعة النواتج، وغالبا ما تكون مرتبطة بجداول الإنتاج، ويتيح هذا الأشعة البلوتية أن تُجزَّأ بواسطة الممر أو المنطقة أو الخلية، مع دمج المراقبة في نظام إدارة المباني، وحيث أن خطوط الإنتاج قد أعيد تشكيلها أو توسيعها، يمكن إضافة عوامل جديدة للتوحيد في نظام الدمج غير المرئي.

الرعاية الصحية والضيافة

وتحتاج المستشفيات إلى إضاءة يمكن تعديلها في كل غرفة من أجل راحة المرضى، ومواءمة الإيقاعات السيكدية، والهجوم في حالات الطوارئ، كما أن ميدوث بلوتس يتيح التحكم في مستوى الغرف مع دمج نظم الاتصال بالممرضات والسجلات الطبية الإلكترونية، ويسمح توسيع نطاق جناح المستشفى مع غرف جديدة تلتحق تلقائيا بشبكة الإضاءة، كما أن الفنادق تستفيد من البطاقات المحمولة التي تتيح لها إمكانية تقديم أقساطات الشخصية

الاعتبارات التقنية المتعلقة بالقدرة على التصعيد

وفي حين أن ميث بلو توث مصمم لتحقيق التصعيد، فإن تحقيق الأداء الأمثل يتطلب تخطيطا دقيقا.

الشبكة: علم الاجتماع ودين العقيدة

وعلى الرغم من أن الميوش يمكن أن يدعم عشرات الآلاف من المعالم، فإن الكثافة المادية لها أهمية، ففي نشر كثيف جدا (مثل كل تركيبة إضاءة في بضعة أمتار من جيرانها)، فإن عدد قطع الغيار التي يمكن أن تزيد من حركة الرسائل، وينبغي أن يرسم المصممون قيماً ملائمة وأن ينظروا في استخدام رموز الصديقات للحد من حركة المرور على الأجهزة المنخفضة القدرة.

الأمن والإدارة الرئيسية

ويستخدم ميكروفون بلوتون مفتاح الشبكة (NetKey)، ومفاتيح التطبيقات (آب كيز)، ومفاتيح الأجهزة لتأمين الاتصالات، وبالنسبة للنظم الكبيرة، يتطلب إدارة هذه المفاتيح عبر آلاف عقد الإضاءة نظاما قويا للتوزيع الرئيسي، ويجب على المزود أن يوزع بأمان المفاتيح أثناء التكليف، ويتضمن المواصفات النموذجية لمحطة بلوتوث سيغ أحكاما تتعلق بالانتعاش الرئيسي والتجزؤ باستخدام جهاز حاسوبي لإدارة السحاب.

التكامل مع نظم إدارة المباني

ولزيادة القدرة على التصعيد إلى أقصى حد، كثيرا ما تحتاج نظم الإضاءة بالأشعة البلوتوثية إلى الاندماج في بروتوكولات التشغيل الآلي للمبنى ذات المستويات العليا مثل BACnet أو KNX، ويتحقق ذلك عادة من خلال جهاز البوابة الذي يترجم بين شبكة الميوش ونظام إدارة المباني، ويمكن أن يكون المدخل نفسه عقدا للمسحيق ينشر بيانات الإضاءة (استهلاك القوى، والوضع، والأخطاء) في أعلى المجرى مع تلقي أوامر من مقبض على البوابات.

Power over Ethernet and Hybrid Approaches

وتستخدم العديد من أجهزة الإضاءة الحديثة القوة على شبكة إيثرنت لتوفير الطاقة والبيانات على السواء، وفي حين أن بو هي نفسها ليست مشرقة لاسلكية، فإن ميث بلو توث يمكن أن يعمل إلى جانب بو بتوفير إشارات التحكم اللاسلكية مع الاعتماد على بوينت لتوليد الطاقة، وفي هذه النظم الهجينة، فإن أجهزة التحكم في الأشعة المصغرة توفر معلومات عن أحدث أجهزة الفيديو في شبكة الوصلات العالية الترددات.

مقارنة بلوتون ميش بالبروتوكولات الأخرى التي لاسلكية

فهم كيف أنّ (بلوتون) يُعدّل ضدّ البدائل يساعد المهنيين على إتيان قرارات مستنيرة.

Zigbee

وقد كان زغبي هو الذي كان يشغل منذ وقت طويل في مجال مكافحة الإضاءة التجارية، حيث إن عمليات التنفيذ مثل فيليبس هوي وضوابط إيتون اللاسلكية، كما أن زيغبي هو بروتوكول مشرق، ولكنه يعمل على نطاق التردد 2.4 غيهرتز ويستخدم خطة قناة مختلفة (حتى 16 قناة) وقد تقتصر شبكات زغبي على نحو 655 جهازاً من الناحية النظرية، ولكن القيود العملية كثيراً ما تحافظ على الشبكات الأصغر بسبب الذاكرة وتوقيتها.

Wi-Fi

وي - فاي هو نظام غير مصمم لإقامة شبكات صغيرة الحجم، فعلم الوي فاي يتطلب أجهزة توجيه وإعادة إرسال، كما أن البروتوكول هو غسيل للكهرباء، وبالنسبة للإضاءة، قد يكون مقبولا بالنسبة لعشرات التركيبات، ولكن نطاقات تتجاوز ذلك بدرجة سيئة بسبب ازدحام نقطة الوصول والارتباك.

الخيط

والخط هو بروتوكول للمسح التصويري الذي يعتمد على IPv6-، ويستخدم نفس طبقة الجسم التي يستعملها زيغبي (802.15.4). والشبكات الخياطة تُعالج ذاتيا ويمكن أن تُضخ إلى مئات من النوافذ، ولكنها تحتاج إلى جهاز توجيه حدودي للربط بشبكات IP.

لورواوان

وتوفر شركة لوروافان اتصالات بعيدة المدى منخفضة الطاقة ولكن مع معدلات بيانات منخفضة جدا )بضع مئات من القطع في الثانية(، ومن غير المناسب التحكم في الإضاءة في الوقت الحقيقي مع التطمين والتكييف باللون، ولكن يمكن استخدامها في الإضاءة الخارجية حيث لا يلزم سوى أوامر أو معلومات مستكملة عن الوضع في وقت ما، وتوفر ميثودوتوث أكثر من اللازم من حيث الارتداد والارتفاع، مما يجعلها أفضل خيارا بالنسبة لأذكى السيناريوهات.

مستقبل بلوتون ميتش في ضوء الذكاء

ويواصل فريق بلوتون تطوير معيار الميوش، وقد أدى إطلاق ميش 1-1 إلى تحسينات كبيرة: توفير أجهزة من بعد (تضاف أجهزة متخفية إلى الشبكة دون الوصول المادي إلى المزود)، وتوفير خدمات أمنية معززة على أساس شهادة، وتوجيه نحو خفض حركة النقل الشبكي في منشآت كبيرة، وقد تتضمن النسخ المقبلة الدعم من أجل زيادة المرونة المحددة، وتحسين التعايش مع نظام وي - في، وإدماج بروتوكول البرمجيات الناشئة (الذي يشمل بالفعل).

وثمة اتجاه آخر يتمثل في تقارب الإضاءة مع خدمات تحديد المواقع داخل المباني، ويمكن أن تكون عقدات الأنهار الزرقاء بمثابة منارات، مما يتيح تتبع الأصول، وتقصي الطرق، والتشغيل الآلي القائم على الموقع، مما يخلق قيمة جديدة لمالكي المباني، حيث أن البنية التحتية للإضاءة تصبح منبرا لمجموعة أوسع من خدمات البناء الذكية، والقابلية للتكرار أمر حاسم بالنسبة للجهاز الدولي لتحديد المواقع لأن تحديد المواقع بدقة يتطلب تغطية كثيفة منارة، كما يوفر الكثافة الطبيعية.

ومن المتوقع أيضا أن يؤدي جمع الطاقة دورا، ويمكن أن تُستخدم في المستقبل عقدا للأشعة الضوئية أو الاهتزازية، مما يزيل الحاجة إلى استبدال البطاريات، مما سيزيد من قدرة منشآت الإضاءة الخارجية والنائية التي تنتشر فيها الطاقة، وبالنسبة إلى أكثر من ذلك على خريطة الطريق، فإن " الأشعة السينية الزرقاء " () تقدم ملامسة عن الاتجاهات في صناعة البلوتونوث والإضاءة الذكية([FL])

خاتمة

وقد أصبحت شبكات الميكروفونات الزرقاء أساساً لنظم الإضاءة الذكية القابلة للتوسع، كما أن قدرتها على دعم آلاف الأنهار ذات التلقيح الذاتي والاتصالات الفعالة للطاقة تجعل من المناسب لكل شيء من غرفة اجتماعات واحدة إلى شبكة إضاءة الشوارع على نطاق المدينة، كما أن النماذج الموحدة للبروتوكول تكفل قابلية التشغيل المتبادل، بينما يتسارع انتشار النظام الإيكولوجي الغني لرقائق وأدوات التنمية.