شبکه‌های کوتاه برد (Short Range) و اینترنت اشیا (IoT)

پیش‌تر در مجموعه مقالاتی در لینکپ با «شبکه‌های LPWAN» که جایگاهی کلیدی در توسعه سرویس‌های اینترنت اشیاء دارند و انواع آن‌ها آشنا شدیم. اگر هنوز این مجموعه را نخوانده‌اید می‌توانید به مقاله شبکه‌های LPWAN (دوربرد با توان پایین) و اینترنت اشیا (IoT) مراجعه کنید.

اما همان‌طور که پیش‌تر و در مقاله «اینترنت اشیا (IoT)، نویدبخش جهانی هوشمند» اشاره شد، دسته دیگری از شبکه‌های ارتباطی کلیدی در راهکارهای اینترنت اشیاء، «شبکه‌های کوتاه‌برد (Short Range)» هستند. این شبکه‌ها به‌طور خاص در حوزه‌هایی همچون ساختمان هوشمند و خانه هوشمند کاربرد گسترده‌ای دارند. در این مقاله اطلاعات بیشتری در مورد انواع شبکه‌های کوتاه برد و کاربرد آن‌ها در اینترنت اشیا ارایه شده است. در مقالات تکمیلی (که لینک‌شان ذیل همین مطلب آمده است) با هریک از فناوری‌های مهم این حوزه به‌صورت مستقل آشنا خواهیم شد.

شبکه‌های کوتاه برد

اتصالات بی‌سیم انواع زیادی دارند. در این صورت انتخاب پروتکل شبکه در ابتدا می‌تواند کمی گیج‌کننده باشد، اما هریک از شبکه‌ها دارای ویژگی‌هایی هستند که متناسب با نوع کاربرد انتخاب می‌شوند. در این میان تعدادی از فناوری‌های مختلف بی‌سیم برای فاصله‌های بسیار کوتاه طراحی شده‌اند که از آن‌ها به‌عنوان شبکه‌های کوتاه برد نام برده می‌شود. یکی از مهمترین کاربردهای این نوع از شبکه‌ها هوشمندسازی ساختمان (به ویژه در داخل واحدها) است.

همان‌طور که قبلا دانستیم شبکه‌های دور برد امکان اتصال دستگاه‌ها و ارسال سیگنال‌ها را در محدوده‌ای بسیار وسیع (تا چند کیلومتر) فراهم می‌کنند. در مقابل شبکه‌های کوتاه‌برد (و میان‌برد) معرفی می‌شوند که از سیگنال‌هایی استفاده می‌کنند که اغلب می‌توانند تا چند ده متر انتشار یابند.

اولین موضوعی که برای انتخاب شبکه مورد بررسی قرار می‌گیرد فاصله دستگاه‌ها است. دستگاه‌هایی که در بخش‌های داخلی ساختمان‌ها (داخل منزل یا دفتر کار) استفاده می‌شوند اغلب می‌توانند از شبکه‌های کوتاه برد استفاده کنند و از سادگی و مصرف انرژی پایین‌تر این نوع پروتکل بهره‌مند شوند.

از رایج‌ترین شبکه‌های کوتاه برد می‌توان از زیگ‌بی (ZigBee)، زی‌ویو (Z-Wave)، بلوتوث کم‌مصرف (BLE) و وای‌فای (WiFi) نام برد. هر کدام از این پروتکل‌ها به‌صورت مجزا در مقاله‌های بعدی وبسایت لینکپ به‌طور کامل توضیح داده می‌شوند، اما در اینجا به‌طور خلاصه به معرفی هر یک می‌پردازیم.

مهمترین پروتکل‌های مربوط به شبکه‌های کوتاه برد اینترنت اشیاء

شبکه زیگ‌بی (ZigBee): زیگ‌بی (ZigBee) یکی از شبکه‌های کوتاه برد اینترنت اشیا (IoT) با توان مصرفی پایین، کم هزینه و مبتنی بر استاندارد IEEE 802.15.4 است. این شبکه با استفاده از پروتکل شبکه مش (mesh)، امکان ارتباط محلی بین دیوایس‌ها را به‌وجود می‌آورد و از این طریق می‌تواند ناحیه وسیع‌تری را تحت پوشش در بیاورد. شبکه زیگ‌بی (ZigBee) نسبت به سایر شبکه‌های شخصی بی‌سیم متداول (WPAN) مانند وای‌فای (WiFi)، ساده‌تر و ارزان‌تر است و مصرف باتری بسیار پایین‌تری دارد. یکی از کاربردهای شبکه بی‌سیم زیگ‌بی (ZigBee) در اتوماسیون‌های ساختمانی، سیستم‌های خانه هوشمند و کاهش مصرف انرژی است. شبکه‌‌ زیگ‌بی (ZigBee) پروتکل باز است و شرکت‌های مختلف می‌توانند چیپ‌ها و تراشه‌های آن را تولید کنند.

شبکه زی‌ویو (Z-Wave): پروتکل زی‌ویو (Z-Wave) یک پروتکل تجاری است که در درجه اول برای شبکه‌های خانه هوشمند استفاده می‌شود و امکان اتصال تجهیزات هوشمند و تبادل دستورها و داده‌ها بین آن‌ها را به‌وجود می‌آورد. با اتصال دوطرفه از طریق شبکه مش، پروتکل زی‌ویو (Z-Wave) به کم‌شدن مشکلات و به‌وجود آمدن اتصالات کم‌هزینه در اتوماسیون ساختمان کمک می‌کند. این پروتکل نیز در مقایسه با وای‌فای (WiFi) کم‌مصرف‌تر و در مقایسه با بلوتوث بلند بردتر است. کاربرد زی‌ویو (Z-Wave) به‌نوعی شبیه به شبکه زیگ‌بی (ZigBee) است، با این تفاوت که پروتکل آن به صورت تجاری و غیرباز عرضه شده است.

فناوری بلوتوث (Bluetooth) و BLE: بلوتوث یک پروتکل ارتباطی بی‌سیم متداول است و به‌عنوان راهی برای انتقال اطلاعات به‌صورت کوتاه برد شناخته می‌شود. کاربردهای بلوتوث (Bluetooth) را می‌توان در بلندگوها، هدفون‌های بی‌سیم، ماشین‌ها، تجهیزات پوشیدنی و حتی در کفش‌ها دید. BLE یا بلوتوث کم مصرف نوع دیگری از این فناوری است که با‌توجه به توان مصرفی پایین در سرویس‌ها و تجهیزات اینترنت اشیا (IoT) نیز کاربرد دارد. برد این فناوری نسبت به زیگ‌بی (ZigBee) و زی‌ویو (Z-Wave) پایین‌تر است، اما به دلیل ویژگی‌های خاص خود از جمله پشتیبانی اغلب تلفن‌های همراه، به‌طور خاص در ابزارهای اینترنت اشیاء شخصی که اغلب همراه فرد هستند (مانند ساعت‌ها و دستبندهای هوشمند) کاربرد دارد.

فناوری وای‌فای (WiFi): همان‌طور که می‌دانید، وای‌فای (Wi-Fi) یک فن‌آوری محبوب در شبکه‌های کوتاه برد است که به‌طور خاص برای ارائه اینترنت بی‌سیم استفاده می‌شود. این فناوری طی سال‌های گذشته به یک فناوری پرکاربرد تبدیل شده است. هرچند به‌دلیل توان مصرفی بسیار بالا و محدودیت‌های مربوط به تعداد کانال‌ها و …، نسخه‌های متداول آن چندان مناسب راهکارهای اینترنت اشیاء نیست، اما به‌دلیل گستردگی استفاده از آن، گاهی به عنوان یک فناوری گذار در تجهیزات اینترنت اشیا نیز مورد استفاده قرار گرفته است.