مقدمة: ارتفاع مستوى التشغيل الآلي لبيوت ذوي القوى المنخفضة

ويتزايد تعريف البيت الحديث بالربط، إذ أن من علماء الحرارة الذكية الذين يتعلمون جدولكم إلى الأضواء التي تستجيب لصوتكم، ووعود التشغيل الآلي في المنازل، ووفورات الطاقة، والأمن المعزز، ولكن وراء كل جهاز ذكي، يكمن في بروتوكول اتصال يتيح للأجهزة تبادل البيانات وتلقي الأوامر، ومن بين هذه البروتوكولات، ظهرت ميزات زغبي كح أساسي للشبكات ذات القدرة المنخفضة، والآلية المحلية الموثوقة، التي تعطى الأولوية.

ما هو بروتوكول زيغبي؟

ويستخدم زيغبي معياراً للاتصال اللاسلكي يستند إلى مواصفات الـ 802.15.4 في المائة من المواد الفيزيائية وطبقة ماكستير في السلع الأساسية، وهو يعمل أساساً في إطار النطاق الترددي للشبكة الدولية للإدارة العامة للأخشاب المدارية (العالمي) الذي يضم مجموعة فرعية من المواد الكيميائية (GHz) (68 ميغاهرتز في أوروبا، 915 ميغاهرتز في الولايات المتحدة) من أجل خفض التدخل والنطاق الأطول، ويدعم البروتوكول معدلات البيانات التي تتراوح بين 20 و250 كيلو فولط و50 كيلو متراً و5 كيلوفولط و5 كيلوفولط.

Zigbee was developed by the Zigbee Alliance] (now the ]Connectivity Standards Alliance, or CSA) with a clear focus on low power, low cost, and mesh networking. The first specification was ratified in 2005, and the standard has evolved through several iterations,

وتقسم مجموعة البروتوكولات إلى أربع طبقات: طبقة الجسم، وطبقة مراقبة الوصول إلى وسائط الإعلام من IEEEE 802.15.4، وطبقة الشبكة، وطبقة التطبيق (APL). وتشمل طبقة التطبيق ] Zigbee Device Object (ZDO) ، وطبقات التطبيقات (مثل نظام التشغيل الآلي الداخلي، وطبقة التتبع).

External link:] ] ] Connectivity Standards Alliance – Zigbee overview]

المنافع الرئيسية لزيغبي في التألق المنزلي

تقريباً صفر من استهلاك الطاقة الاحتياطية

إن أفضل ميزة لزيغبي هي استهلاك الطاقة المنخفض ، حيث لا يمكن للجهاز النهائي النموذجي لزيغبي (مثل جهاز استشعار للباب) أن يعمل لمدة سنتين إلى ثلاث سنوات على بطارية واحدة من طراز CR2032 الخلايا، ويتم ذلك من خلال أنماط النوم، حيث لا يصحب الجهاز سوى إرسال جهاز استشعار مركزي دوري أو استجابة لجهاز منقرات الوصل.

شبكة ميش للتعافي الذاتي

وتبنى شبكات الزغبي على أساس طبوي ميك ، وفي شبكة مشرقة، يمكن لكل جهاز قادر على تشغيل الدراجات (مثل جهاز رئيسي يعمل بالطاقة الذكية أو مصباح خفيف) أن يرسل بيانات من أماكن أخرى، وهذا يمتد إلى النطاق العام إلى أبعد من خط المراقبة المباشر لمنسق واحد.

Interoperability Across Brands

ونظراً لأن زيغبي معيار مفتوح، فإن مئات الصانعين ينتجون أجهزة مصدقة من زيغبي، وبراد مثل فيليبس (المصابيح الهوائية)، وآي كيه (الترادفري)، وأكرا، وسامسونغ (السلاسل الذكية) تدعم جميعها زيغبي، بينما لا تعمل كل جهاز بشكل مثالي مع كل محور (تملك مجموعات مصممة حسب الطلب أو نماذج مصنّعة)

البناء الأمني الآلي

ويثير الأمن قلقا بالغا لأي بروتوكول من بروتوكولات الاتحاد الأوروبي للطاقة، إذ أن زيغبي يضم AES-128 encryption] في طبقة الشبكة، مع نظام إدارة رئيسي متماثل، وفي Zigbee 3.0، جرى تعزيز النموذج الأمني ليشمل رموزالغسيل [Fplay]:3] التي تُطبع على أجهزة منع التعبئة.

انخفاض درجة الحرارة في مراقبة الزمن الحقيقي

لأن أجهزة الزغبي تتواصل مباشرة فوق الميوش بدلاً من أن تتحول عبر خادم غيوم، فإن الرضا للقيادات المحلية أقل من 100 ميل ثانية، مما يجعل زيغبي مناسبة للتطبيقات الحساسة من حيث التوقيت مثل التحكم بالإضاءة حيث يتوقع المستخدم الرد الفوري عند قلب مفتاح التبديل.

طلبات زجبي في بيوت الذكاء

ويُوجد زيغبي في كل فئة تقريبا من الأجهزة المنزلية الآلية، وهذه هي أكثر الحالات شيوعا فيما يتعلق بالاستخدام:

ضوء ذكاء

(د) إن مصباحات ومصابيح ومصابيح وأجهزة الترميم هي من أكثر المنتجات المنزلية ذكاءً، أما Zigbee Light Link (ZLL) فيمكن أن تُحدَّد في الأصل أوامر للضوء لللون والسطوع والمشاهد.() وتُدمج أجهزة السحب الحديثة التي تستخدم في مناطق العزل الأخرى، مما يتيح إمكانية تحويلها إلى ملامح.

Climate Control and Energy Management

Sigbee thermostats and temperature sensors enable precise zone-based heating and cooling. Devices like the Ecobee SmartThermostat (which includes a Zigbee radio) can receive commands from a central hub or act as a routerile in the mesh. Zigbee’s [FartLT:2]

أجهزة الاستشعار الأمنية والسلامة

وأجهزة الاستشعار ذات الصلة بالباب/الريح، وأجهزة الكشف عن الحركة، ومستشعرات الكسر الزجاجية، وأجهزة الإنذار بالدخان، وأجهزة الكشف عن تسرب المياه مناسبة مثالية لأجهزة قياس التردد المنخفضة التي تستخدمها زيغبي، والتي تعمل دائما على أن تستيقظ أجهزة الاستشعار هذه في وقت متكرر لإرسال إنذارات، فإن حياة البطاريات استثنائية، والعديد من النظم الأمنية (مثلا لشبكة رينغ ألدر أو سامسونغ) التي تعتمد على موثوقية العصية.

المصابيح الذكية والنواتج

Smart plugs are the simplest Zigbee devices to deploy: they plug into an existing outlet and provide remote on/off control, often with energy monitoring. because they are mains-powered, they automatically serve as routers] in the mesh, strengthening the network for bat-powered end devices nearby.

Smart locks and Access Control

وفي حين تستخدم بعض الأقفال الذكية ز-وايف أو BLE، يوجد العديد من أقفال زيغبي، ولا سيما من العلامات التجارية مثل يال وشلاج، ويمكن إدماج أقفال زيغبي في روتينات التشغيل الآلي الأوسع، مثلاً، فتح الباب الأمامي عندما يُطلق إنذار الدخان، أو القفل تلقائياً في وقت محدد.

تنفيذ أجهزة "زيغبي" في منزلك

ويتطلب إنشاء نظام آلي منزلي قائم على زيغبي بضعة عناصر أساسية:

اختيار منسق

وتحتاج شبكة زيغبي إلى جهاز تنسيق () (يسمى أيضاً محوراً أو بوابة) يدير الشبكة ويعين عناوين ويخزن مفاتيح الأمن.() ويشمل العديد من مراكز المستهلكين جهازاً لاسلكياً من طراز Zigbee:

  • Samsung SmartThings Hub] (v2/v3) - Zigbee and Z-Wave
  • Amazon Echo Plus / Echo Show (2nd gen+)] - built-in Zigbee hub
  • Philips Hue bridge] - تعمل كمنسق للمصابيح الهوائية ولكنها تدعم فقط Zigbee Light Link
  • Home Assistant] with a USB dongle (e.g., ]Conbee II] or Zig2MQTT Coordinator) - for fully local, open-source control

وبالنسبة للمستخدمين المتقدمين، يمكن لمنسقي الشبكات مثل Texas Instruments CC2531] أو ] Silicon Labs EFR32MG] أن يُضيءوا ببرمجيات منفتحة المصدر (Z-Stchos) لتشغيل قرص من طراز Raspberry.

إجراءات الفصل

معظم أجهزة الزغبي تدخل في وضعية مختلط عندما تُشغل لأول مرة أو بعد إعادة تشغيل المصنع، سيصدر المركز قيادة "التقيؤ" لنافذة محدودة (دقيقتان في الوقت نفسه) يمكن خلالها للأجهزة الجديدة الانضمام، ويسمح العديد من المراكز للمستعملين بالزواج بواسطة جهاز متنقل، وبعد الانضمام، يمكن للجهاز أن يتلقى تحديثات للبرامجيات (عبر البحر، مكتب الشؤون الإدارية) ويضاف إلى مواقع أو آلية.

تخطيط الشبكات من أجل التغطية المثلى

بالنسبة لجهاز موثوق به، تحتاج إلى ما يكفي من أجهزة الـ(زيغبي) ذات الطاقة الرئيسية (الأجهزة) المنتشرة في جميع أنحاء المنزل، قاعدة الإبهام: جهاز توجيه كل 30 إلى 50 قدماً في الفضاء المفتوح، أقل إذا كانت الجدران خرسانية، وإذا كان لديك في الغالب شبكة أجهزة استشعار تعمل بالبطارية، فعليك أن تتعمد إدراج بعض المصابيح أو المصابيح ذات القدرة الرئيسية لإنشاء جهاز مدمج قوي.

التكامل مع مساعدي ومنصات الصوت

وعندما يتم إنشاء المركز، تظهر أجهزة الزغبي في منصة المركز ويمكن أن تتعرض لأليكسا أو مساعد غوغل أو أبل هومكيت (التي كثيرا ما تتطلب جسرا مثل هومبريدج أو مركز هوبيت) وتنشأ أجهزة آليية متحركة مثل " ارتداد ضوء الشرفة عندما يفتح الباب الأمامي بعد غروب الشمس " في إطار جهاز المركز، مما يؤدي إلى تحسين خصوصيات السحاب.

External link:] ] Home Assistant – Zigbee Home Automation (ZHA) integration guide]

التحديات والنظر في المسألة

التوافق والتجزؤ

وعلى الرغم من هدف زيغبي ٣ -٠ المتمثل في قابلية التشغيل المتبادل للجميع، يمكن أن يكون المشهد الحقيقي فوضويا، ويقوم بعض الصانعين بتنفيذ مجموعات العرف )مثلا، زياومي/أكرا( التي لا تمتثل تماما للمواصفات القياسية، مما يتطلب وجود برنامج منسق محدد للعمل بشكل صحيح، وقد يجد المستخدم أن جهازا من أجهزة الرابطة لا يمكن أن يربط مباشرة بمصباح لشراء فيليبس هوي دون وجود جسر يدعم قاعدة بيانات مكتبة واسعة النطاق.

الاختلاط والتداخل الشبكي

ويتقاسم زيغبي فرقة GHz التي تبلغ ٢,٤ مع ووي - فاي وبلوتووث، وفي بيئات حضرية كثيفة أو منازل لها العديد من نقاط الدخول اللاسلكية، يمكن أن يتسبب التدخل في فقدان الحزم وإعادة نقلها، وفي هدوء الشبكة المهينة، وفي حياة البطاريات، وذلك للتقليل إلى أدنى حد من التدخل:

  • ضع منسقك الخاص بـ (زيغبي) على بعد 6 أقدام على الأقل من مُدربي (واي فاي)
  • )أ( أن تضع قناة الواي فاي الخاصة بك على ١، ٦، أو ١١ )غير متداخلة( وأن تتجنب القناة ٦ إن أمكن )قنوات زغبي ١٥ - ٢٠ كثيرا ما تتداخل مع قناة وي - فاي ١ - ٦(.
  • استخدموا قنوات زيغبي 25 أو 26 إذا رخص بلدكم، لأن هذه أقل ازدحاماً.

وبالنسبة للمنازل التي تضم مئات أجهزة الزغبي، يمكن للميخ أن يواجه الازدحام بسبب محدودية عرض النطاق الترددي ورؤوس الطاولات، وفي هذه الحالات قد يكون من الضروري تقسيم الشبكة إلى منسقين مختلفين في زغبي (أو باستخدام العجل/الطاولة).

المسؤوليات الأمنية

وفي حين أن تشفير زيغبي قوي، فقد وجدت عيوب في التنفيذ، وقد أثبت ZigBee Light Bulb Hack] (2016) أن المهاجم يمكن أن يتولي عن بعد على شبكة من خلال استغلال عدم التصديق أثناء عملية إعادة الانضمام إلى بعض المقابر، وأن الأجهزة الجديدة التي تحتوي على رموز ثابتة وأجهزة معززة.

محدودية الربط المباشر للإنترنت

ونادرا ما تتواصل أجهزة الزغبي مباشرة مع شبكة الإنترنت؛ فهي تعتمد على مركز لربطها، وهذا الاختيار المعماري مقصود لتحقيق وفورات في الأمن والطاقة، ولكن يعني أنه إذا فشل المركز في الوصول إلى شبكة الإنترنت أو فقده (للمواقع المحاور المعتمدة على الغيوم)، فإن المراقبة المحلية قد لا تزال تعمل، ولكن الوصول عن بعد قد أدى إلى العديد من الحماسات لاعتماد مراكز محلية مثل مساعد المنزل أو شركة هوبيتات، دون أن تستمر في أداء مهامها.

Zigbee vs. Other Low-Power Protocols

وفهما لمواقع زيغبي، من المفيد مقارنة ذلك بالبروتوكولات البديلة:

Z-Wave

ويشبه زي - وايف زيغبي في الطبقات الطبوغرافية (المتوسط، منخفض الطاقة) ولكنه يعمل في إطار النطاق الفرعي 1 GHz (908 MHz في الولايات المتحدة، 868 MHz في أوروبا) وهذا يعطيه نطاقا أطول وأقل تدخلا من شبكة وي - فاي، ولكن بمعدلات بيانات أقل (40-100 كيلوبايت) وأجهزة Z-Wave هي عادة أكثر قابلية للتبني، وذلك بسبب اعتماد صارم، ولكن النظام الإيكولوجي أكثر تكلفة.

الطاقة المنخفضة (BLE) / Bluetooth Mesh

ويسود الناموسيات في الهواتف الذكية، ولكن تطبيقه المشرقي (بلويتووث ميش) أحدث نسبيا، وكثيرا ما تكون الأنابيب ذات الصلصة أرخص، ولكن النطاق أدنى من زغبي، وحياة البطارية تميل إلى أن تكون أقصر بسبب ارتفاع قناة الإعلان عن بلوتون، وطرق النوم التي يستخدمها زغبي أكثر صقلا لحياة البطارية الطويلة جدا.

الخيط والميثان

(د) إنَّ هذا الاختصار هو بروتوكول جديد من الأجهزة المتوسطة ذات الطاقة المنخفضة، يُستخدم في 802.15.4 (مثل زيغبي) ولكنه يستخدم IPv6 (6LoWPAN) في مجال الربط الشبكي بين نهاية النظام، وهو أساس Matter) (المنتظمة سابقاً لمشروع CHIP).

External link:] Thread Group – IPv6- mesh networking]

External link:] ]Wikipedia — Zigbee technical overview and standards]

The Future of Zigbee in Home Automation

ولا يزال التحالف المعني بمعايير الاتصال غير ثابت، ويواصل إصدار آخر المستجدات: Zigbee 3.1] (يشار إليه في بعض الأحيان باسم " القوة العالمية " )، ويضيف المزيد من القدرات على توفير الطاقة لمفاتيح توليد الطاقة. Zigbee Direct[Fto new feature:3]

وعلاوة على ذلك، فإن إدماج زيغبي في بروتوكول Matter] عبر الجسور يضمن استمرار أهمية الاستثمارات الحالية في زغبي، وقد التزم العديد من شركات تصنيع المراكز (آبل، أمازون، غوغل، سامسونغ) بقطع أجهزة زغبي إلى النظام الإيكولوجي للمواضيع، وبالتالي فإن شراء منتجات زيغابي في المستقبل ليس نهاية ذكية.

وثمة اتجاه آخر يتمثل في ارتفاع أجهزة لجمع الطاقة القائمة على الزغبي ] مثل التحولات التي تولد تياراً صغيراً من الضغط الخفيف لبث إشارة من طراز Zigbee RF، وهي تستخدم صورة ]Zigbee Green Power، مما يتيح تحويلات منزلية لا تحمل بطارية حقاً - صنياً مقدساً ومستداماً.

وأخيراً، يواصل مجتمع المصادر المفتوحة الابتكار مع مشاريع مثل Zigbee2MQTT] و]ZHA (Zigbee Home Automation) في مساعد منزلي، مما يسمح للهواة باستخدام معدات ميسورة التكلفة، غير متوافقة في السابق عن طريق كتابة محولات الأجهزة التقليدية.

External link:] ]Zigbee2MQTT - Open-source Zigbee to MQTT bridge

خاتمة

(زيغبي) كسب مكانه كبروتوكول أساسي للتشغيل الآلي المنزلي المنخفض الطاقة، وتركيبه لكفاءة الطاقة، وربطه بالشبكة الداخلية ذاتية الرفع، والأمن القوي، ودعم النظام الإيكولوجي الواسع، يجعل من الأفضل أن تُختار أجهزة الاستشعار والإضاءة والأقفال والمفاتيح، وبينما لا تزال التحديات مثل التدخل وتفتت الأجهزة قابلة للإدارة مع تصميم شبكة دقيقة واختيار محورها، ومع استمرار تحركات صناعة المنازل الذكية نحو معايير موحدة مثل ماتر.