بنية نظام ZigBee

في “ZigBee”، تكون سرعة إرسال البيانات أقل مقارنة بشبكة “Wi-Fi“، لذا فإنّ أعلى سرعة هي “250 كيلو بت في الثانية”، كما إنّه أقل بكثير بالمقارنة مع سرعة “Wi-Fi” الأقل، وأحد أفضل جودة “ZigBee” هو معدل استخدام الطاقة بالإضافة إلى عمر البطارية، حيث أنّ بروتوكولها يستمر لعدة أشهر.

ما هو زيجبي ZigBee؟

نظام زيجبي “ZigBee”: هو معيار عالمي مفتوح للتكنولوجيا اللاسلكية المصممة لاستخدام إشارات الراديو الرقمية منخفضة الطاقة لشبكات المنطقة الشخصية، حيث تساعد الأجهزة التي تحتوي على “ZigBee ” المدمجة الأشخاص في إنشاء منازل ذكية، وهو أحد البروتوكولات التي أصبحت شائعة للاتصال المثالي لمنزلك الذكي؛ لأنّه يعمل بطاقة أقل بكثير من ” Wi-Fi” أو “Bluetooth“.

ما هي بنية نظام ZigBee؟

يمتلك هيكل نظام “Zigbee” من ثلاثة أنواع متنوعة من الأجهزة مثل “Zigbee Coordinator” و”Router” و”End device”، حيث يجب أن تحتوي كل شبكة “Zigbee” من منسق واحد على الأقل يعمل كجذر وجسر للشبكة، كما أنّ المنسق مسؤول عن معالجة وتخزين المعلومات أثناء إجراء عمليات استلام ونقل البيانات، وتعمل أجهزة توجيه “Zigbee” كأجهزة وسيطة تسمح للبيانات بالمرور من خلالها إلى الأجهزة الأخرى، كما تتمتع الأجهزة الطرفية بوظائف محدودة للاتصال بالعقد الأصلية مثل حفظ طاقة البطارية.

كما يعتمد عدد أجهزة التوجيه والمنسقين والأجهزة النهائية على نوع الشبكات مثل الشبكات النجمية والشجرية والشبكات المتداخلة، حيث تتكون بنية بروتوكول “Zigbee” من مجموعة من الطبقات المختلفة حيث يتم تعريف “IEEE 802.15.4” بواسطة الطبقات المادية وطبقات “MAC”، بينما يتم إكمال هذا البروتوكول من خلال تجميع شبكة “Zigbee” الخاصة وطبقات التطبيق.

أولاً: طبقة “MAC”:

طبقة “MAC“: هي الطبقة المسؤولة عن النقل الموثوق للبيانات عن طريق الوصول إلى شبكات مختلفة مع تجنب تصادم الوصول المتعدد لمستشعر الموجة الحاملة “CSMA”، حيث ينقل هذا أيضاً إطارات المرشد اللاسلكي لمزامنة الاتصال.

• “MAC” هي اختصار لـ “Medium access control”.

• “CSMA” هي اختصار لـ “Carrier Sense Multiple Access”.

ثانياً: طبقة الشبكة:

طبقة الشبكة: هي الطبقة التي تهتم بجميع العمليات المتعلقة بالشبكة، مثل إعداد الشبكة واتصال الجهاز النهائي وفصل الشبكة والتوجيه وتكوينات الجهاز.

ثالثاً: الطبقة الفرعية لدعم التطبيقات:

الطبقة الفرعية لدعم التطبيقات: هي الطبقة التي تتيح الخدمات الضرورية لكائنات جهاز “Zigbee” وكائنات التطبيق للتفاعل مع طبقات الشبكة لخدمات إدارة البيانات، وهذه الطبقة مسؤولة عن مطابقة جهازين وفقاً لخدماتهم واحتياجاتهم.

رابعاً: إطار التطبيق:

يوفر نوعين من خدمات البيانات كزوج ذي قيمة رئيسية وخدمات رسائل عامة، حيث أنّ الرسالة العامة عبارة عن بنية يحددها المطور، بينما يتم استخدام زوج المفتاح والقيمة للحصول على سمات داخل كائنات التطبيق، كما يوفر “ZDO” واجهة بين كائنات التطبيق وطبقة “APS” في أجهزة “Zigbee”، وهي مسؤولة عن اكتشاف وبدء وربط الأجهزة الأخرى بالشبكة.

• “ZDO” هي اختصار لـ ” Zigbee Device Object”.

طوبولوجيا نظام Zigbee:

يدعم “Zigbee” العديد من بنى الشبكات، ومع ذلك فإنّ التكوينات الأكثر استخداماً هي طبولوجيا النجوم والشبكة والعنقودية، حيث يتكون أي طوبولوجيا من منسق واحد أو أكثر، أمّا في الهيكل النجمي تتكون الشبكة من منسق واحد مسؤول عن بدء وإدارة الأجهزة عبر الشبكة، كما تسمى جميع الأجهزة الأخرى بالأجهزة الطرفية التي تتصل مباشرة بالمنسق.

ويتم استعمال هذا في الصناعات التي تحتاج إلى جميع أجهزة نقطة النهاية للتواصل مع وحدة التحكم المركزية، وهذا الهيكل بسيط وسهل النشر، أمّا في طبولوجيا الشبكة والأشجار، يتم توسيع شبكة “Zigbee” بعدة أجهزة توجيه، حيث يكون المنسق مسؤولاً عن التحديق بها، كما تسمح هذه الهياكل لأي جهاز بالاتصال بأي عقدة مجاورة أخرى لتوفير التكرار للبيانات.

في حالة فشل أي عقدة، يتم توجيه المعلومات تلقائياً إلى الأجهزة الأخرى بواسطة هذه الهياكل، ونظراً لأنّ التكرار هو العامل الرئيسي في الصناعات، فإنّ الطوبولوجيا الشبكية تستخدم في الغالب، وفي شبكة شجرة الكتلة “cluster-tree network”، تحتوي كل مجموعة من منسق مع عقد ورقية، ويرتبط هؤلاء المنسقون بالمنسق الرئيسي الذي يبدأ الشبكة بأكملها، ونظراً لمزايا تقنية “Zigbee” مثل أوضاع التشغيل منخفضة التكلفة والطاقة المنخفضة وطوبولوجياتها، فإنّ تقنية الاتصالات قصيرة المدى هذه هي الأنسب للعديد من التطبيقات مقارنةً باتصالات الملكية الأخرى، مثل “Bluetooth” و”Wi-Fi” مقارنةً بمجموعة معايير “Zigbee”.

نظام Zigbee في إنترنت الأشياء:

إنّ “Zigbee” هي نوع واحد من تقنيات الاتصال المشابهة لـ “Bluetooth” و”WiFi”، ومع ذلك هناك أيضاً العديد من بدائل الشبكات الجديدة الصاعدة مثل “Thread”، وهو خيار لتطبيقات التشغيل الآلي للمنزل كما يتم تنفيذ تقنيات “Whitespace” لحالات استخدام المنطقة الأوسع القائمة على إنترنت الأشياء.

كما أنّ “ZigBee” هو أحد مواصفات الشبكة المحلية اللاسلكية “WLAN” القليلة في طاقة، بحيث يوفر بيانات أقل باستعمال طاقة أقل، وبواسطة الأجهزة المتصلة بشكل متكرر لإيقاف تشغيل البطارية، ونتيجةً لذلك تم توصيل المعيار المفتوح من خلال اتصال آلة إلى آلة “M2M”، بالإضافة إلى إنترنت الأشياء الصناعي “IoT”، كما أصبح “Zigbee” بروتوكول إنترنت الأشياء مقبول عالمياً.

• “IoT” هي اختصار لـ “Internet of Things”.

أجهزة Zigbee:

تشتمل مواصفات “IEEE 802.15.4 Zigbee” بشكل أساسي على جهازين مثل الأجهزة مثالية الوظائف “FFD” وكذلك الأجهزة منخفضة الوظائف “RFD”، حيث يقوم جهاز “FFD” بأداء مهام مختلفة موضحة ضمن المواصفات ويمكنه اعتماد أي مهمة داخل الشبكة، كما يتمتع جهاز “RFD” بقدرات جزئية، لذلك فهو يؤدي مهام محدودة ويمكن لهذا الجهاز التحدث مع أي جهاز داخل الشبكة، كما يمكن لجهاز “”RFD التحدث ببساطة مع جهاز “FFD”، ويتم استخدامه في تطبيقات بسيطة مثل التحكم في مفتاح من خلال تنشيطه وإلغاء تنشيطه.

في “IEEE 802.15.4 n / w”، تلعب أجهزة “Zigbee” ثلاثة أدوار مختلفة مثل المنسق ومنسق الشبكة العامة والجهاز، حيث تكون أجهزة “FFD” هي المنسق وكذلك منسق “PAN”، بينما الجهاز إمّا جهاز “RFD” أو “FFD”، كما أنّ الوظيفة الرئيسية للمنسق هي نقل الرسائل، وفي شبكة المنطقة الشخصية تُعد وحدة التحكم “PAN” هي وحدة تحكم أساسية، ويعرف الجهاز كما لو كان الجهاز ليس منسقاً، حيث يمكن لمعيار “ZigBee” إنشاء ثلاثة أجهزة بروتوكول اعتماداً على أجهزة “Zigbee” ومنسق “PAN” والمنسق والمواصفات القياسية لـ “ZigBee”، مثل المنسق والموجه والجهاز النهائي.

أولاً: منسق Zigbee:

في جهاز “FFD”، يتم استخدام منسق “PAN” لتشكيل الشبكة، حيث بمجرد إنشاء الشبكة فإنّها تقوم بتعيين عنوان الشبكة للأجهزة المستخدمة داخل الشبكة، وأيضاً يقوم بتوجيه الرسائل بين الأجهزة الطرفية.

ثانياً: راوتر Zigbee:

جهاز راوتر “Zigbee”: هو جهاز “FFD” يسمح بنطاق شبكة “Zigbee”، حيث يستخدم هذا الموجه لإضافة المزيد من الأجهزة إلى الشبكة، وفي بعض الأحيان يعمل كجهاز “Zigbee End Device”.

ثالثاً: جهاز “Zigbee End”:

هذا ليس جهاز توجيه ولا منسق يتعامل مع جهاز استشعار مادياً، وإلّا فإنّه يؤدي عملية تحكم، وبناءً على التطبيق يمكن أن يكون إمّا “RFD” أو “FFD”.

• “PAN” هي اختصار لـ “personal area network”.

• “FFD” هي اختصار لـ “Full-Function Device”.

• “RFD” هي اختصار لـ “Reduced Functional Devices”.