ما هي الاتصالات الفعالة لأجهزة الشبكة المنزلية

تظهر الأجهزة المتصلة بالشبكة في كل مكان في المنازل، وغالباً ما تكون بعض هذه الأجهزة قادرة على الاتصال ببعضها البعض من خلال نفس نوع الشبكة، مثل اتصال (Wi-Fi) باستخدام بروتوكول نقل وقد يكون من المرغوب فيه استخدام بروتوكولات اتصال أقل استهلاكاً للطاقة لبعض الأجهزة التي تعمل بطاقة البطارية أو التي تتلقى طاقة منخفضة، ومع ذلك قد لا تتمكن الأجهزة المرتبطة ببروتوكول الطاقة المنخفضة من الاتصال بالأجهزة المرتبطة ببروتوكول طاقة أعلى مثل (Wi-Fi).

أساسيات الاتصالات الفعالة لأجهزة الشبكة المنزلية

العديد من الأجهزة الإلكترونية قادرة حالياً على الاتصال بالشبكات اللاسلكية، وعلى سبيل المثال تستخدم تقنيات العدادات الذكية شبكة لاسلكية؛ لنقل بيانات استهلاك الطاقة الكهربائية المرتبطة بممتلكات سكنية إلى إحدى المرافق للمراقبة والفوترة، كما يتوفر حالياً عدد من معايير الشبكات اللاسلكية للسماح للأجهزة الإلكترونية بالاتصال ببعضها البعض.

بعض تطبيقات العدادات الذكية تستخدم بروتوكول الإنترنت الإصدار (IPv6) على شبكات المنطقة الشخصية اللاسلكية منخفضة الطاقة (6L-WPAN)؛ للسماح للأجهزة الإلكترونية بالاتصال بالعداد الذكي ومع ذلك فإنّ معايير الشبكات اللاسلكية المتاحة حالياً، مثل (6L-WPAN) ولا يمكن أن تكون مجهزة بشكل جيد لدعم الأجهزة الإلكترونية المنتشرة في جميع أنحاء المنزل لواحد أو أكثر من السيناريوهات العملية.

وهذا يعني أنّ معايير الشبكات اللاسلكية الحالية لا يمكنها ربط جميع الأجهزة الإلكترونية بكفاءة على الشبكة بطريقة آمنة، ولكنّها بسيطة وسهلة الاستخدام نظراً لواحد أو أكثر من القيود العملية المعروفة وبالإضافة إلى ذلك بالنسبة لواحد أو أكثر من السيناريوهات العملية، قد لا توفر معايير الشبكات اللاسلكية الحالية طريقة فعالة لإضافة أجهزة إلكترونية جديدة إلى شبكة لاسلكية موجودة بطريقة مخصصة.

بالإضافة إلى ذلك عند توفير معيار شبكة لاسلكية للأجهزة الإلكترونية للاستخدام داخل المنزل وحوله سيكون من المفيد استخدام معيار شبكة لاسلكية، يوفر بروتوكولًا مفتوحاً لأجهزة مختلفة لمعرفة كيفية الوصول إلى الشبكة، بالإضافة إلى ذلك نظراً لعدد الأجهزة الإلكترونية التي يمكن ربطها بالمنزل سيكون من المفيد إذا كان معيار الشبكات اللاسلكية قادراً على دعم اتصالات بروتوكول الإنترنت الإصدار (IPv6)، بحيث يمكن أن يكون لكل جهاز عنوان (IP) فريد، ويمكنه يمكن الوصول إليها عبر الإنترنت عبر شبكة منطقة محلية في بيئة منزلية.

بالإضافة إلى ذلك سيكون من المفيد لمعيار الشبكة اللاسلكية السماح للأجهزة الإلكترونية بالاتصال في الشبكة اللاسلكية باستخدام الحد الأدنى من الطاق، في ضوء هذه الميزات، كما يوجد هناك عيباً واحداً أو أكثر يتم تمثيله بواسطة كل معيار للشبكات اللاسلكية المعروفة والمتوفر حالياً في سياق توفير معيار شبكة لاسلكية منخفضة الطاقة تعتمد على (IPv6)، والتي لها بروتوكول مفتوح ويمكن استخدامها للإلكترونيات الأجهزة داخل وحول المنازل.

• “IP” هي اختصار لـ “Internet-Protocol”.

• “6L-WPAN” هي اختصار لـ “IPv6-over-Low-Power-Wireless-Personal-Area-Networks”.

مبدأ عمل الاتصالات الفعالة لأجهزة الشبكة المنزلية

لا يمكن لمعايير الشبكات اللاسلكية مثل (Bluetooth) و(Dust Networks) و(Z-Wave) و(Wi-Fi) و(ZigBee) توفير واحدة أو أكثر من الميزات المرغوبة، كما توفر تقنية (Bluetooth) بشكل عام معيار شبكة لاسلكية للإرسال قصير المدى باستخدام الإرسال اللاسلكي على الموجات القصيرة، وعلى هذا النحو لا يمكن لمعيار الشبكات اللاسلكية (Bluetooth) دعم شبكة الاتصالات لعدد من الأجهزة الإلكترونية المنتشرة في جميع أنحاء المنزل.

بالإضافة إلى ذلك لا يمكن لمعيار الشبكات اللاسلكية (Bluetooth) دعم الشبكة اللاسلكية أو عناوين (IPv6)، كما يمكن أن يؤدي معيار الشبكات اللاسلكية الذي توفره (Dust Networks) أيضاً إلى عيب واحد أو أكثر في وظيفة واحدة، أو أكثر من شأنها أن تسمح للأجهزة الإلكترونية المنتشرة في جميع أنحاء المنزل بالتواصل بشكل فعال مع بعضها البعض.

لا يمكن لمعيار (Dust Networks) اللاسلكي توفير بروتوكول مفتوح يمكن استخدامه من قبل الآخرين للتواصل مع الأجهزة التي تعمل على شبكة (Dust Networks)، وبدلاً من ذلك يمكن تصميم (Dust Networks) لتسهيل الاتصال بين الأجهزة الموجودة في البيئات الصناعية، مثل خطوط التجميع والمصانع الكيميائية وما شابه.

وبالتالي يمكن أن يهدف معيار الشبكات اللاسلكية (Dust Networks) إلى توفير شبكة اتصالات موثوقة بها نوافذ زمنية محددة مسبقاً، حيث يمكن لكل جهاز الاتصال بالأجهزة الأخرى والاستماع إلى الإرشادات من الأجهزة الأخرى، وبالتالي قد يتطلب معيار (Dust Networks) اللاسلكي أجهزة إرسال لاسلكية معقدة ومكلفة نسبياً والتي يمكن أن تكون غير اقتصادية في تنفيذها مع الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية للاستخدام المنزلي.

مثل معيار الشبكة اللاسلكية (Dust Networks) لا يمكن أن يكون معيار الشبكة اللاسلكية المرتبط بـ (Z-Wave) بروتوكولاً مفتوحاً، وبدلاً من ذلك قد يكون معيار (Z-wave) اللاسلكي متاحاً فقط للعملاء المصرح لهم الذين يقومون بتضمين شريحة جهاز إرسال واستقبال معينة في أجهزتهم، بالإضافة إلى ذلك لا يمكن لمعيار (Z-wave) اللاسلكي دعم الاتصالات القائمة على (IPv6).

أي أنّ معيار (Z-Wave) اللاسلكي قد يتطلب جهاز تجسير لتحويل البيانات التي تم إنشاؤها على جهاز (Z-Wave) إلى بيانات قائمة على بروتوكول الإنترنت يمكن نقلها عبر الإنترنت، كما إنّ (ZigBee) لديها معياران معروفان باسم (ZigBee Pro) و(ZigBee IP)، وبالإضافة إلى ذلك قد يكون لـ (ZigBee Pro) عيب واحد أو أكثر في سياق دعم الشبكات المتداخلة اللاسلكية.

تطور عمل الاتصالات الفعالة لأجهزة الشبكة المنزلية

بدلاً من ذلك يمكن أن يعتمد (ZigBee Pro) جزئياً على الأقل على جهاز مركزي يسهل الاتصال بين كل جهاز على شبكة (ZigBee Pro)، بالإضافة إلى متطلبات الطاقة المتزايدة لمثل هذا الجهاز المركزي يمكن لتلك الأجهزة التي تظل قيد التشغيل لمعالجة أو رفض حركة مرور لاسلكية معينة أن تولد حرارة إضافية في حاوياتها، والتي يمكن أن تغير بعض قراءات أجهزة الاستشعار مثل قراءات درجة حرارة الجهاز يستقبل.

نظراً لأنّ قراءات أجهزة الاستشعار هذه يمكن أن تكون مفيدة في تحديد كيفية عمل كل جهاز في المنزل فقد يكون من المفيد تجنب توليد الحرارة غير الضروري داخل الجهاز، والذي يمكن أن يغير قراءات المستشعر وبالإضافة إلى ذلك لا يمكن لـ (ZigBee Pro) دعم اتصال (IPv6)، ويمكن أن يؤدي (ZigBee IP) إلى عيب واحد أو أكثر في سياق الاتصال المباشر من جهاز إلى جهاز.

يهدف (ZigBee IP) إلى تسهيل الاتصال من خلال ترحيل بيانات الجهاز إلى جهاز توجيه مركزي أو جهاز وبالتالي قد يتطلب جهاز التوجيه أو الجهاز المركزي طاقة ثابتة، وبالتالي لا يمكن أن يكون وسيلة منخفضة الطاقة للاتصال بين الأجهزة، بالإضافة إلى ذلك يمكن أن يكون لـ (IP-ZigBee IP) حد عملي لعدد العقد أي حوالي (20 عقدة لكل شبكة) التي يمكن استخدامها على شبكة واحدة.

بالإضافة إلى ذلك يستخدم (IP-ZigBee IP) بروتوكول التوجيه (RPL) والذي يمكن أن يكون له متطلبات عالية للنطاق الترددي والمعالجة والذاكرة، والتي يمكن أن تقترن بطاقة إضافية لكل جهاز (ZigBee IP) متصل، وعلى غرار معايير الشبكات اللاسلكية (ZigBee) قد تظهر شبكة (Wi-Fi) اللاسلكية عيباً واحداً أو أكثر من حيث تمكين الاتصال بين الأجهزة ذات متطلبات الطاقة المنخفضة.

قد يتطلب معيار (Wi-Fi) أن يكون كل جهاز شبكة قيد التشغيل دائماً، وقد يتطلب أيضاً موقعاً مركزياً أو محوراً، كما هو تُعد (Wi-Fi) معياراً شائعاً للشبكات اللاسلكية يمكن أن يكون مثالياً لنقل بيانات النطاق الترددي العالي نسبيا ، وعلى هذا النحو يتم توصيل أجهزة (Wi-Fi) عادةً بمصدر طاقة مستمر أو بطاريات قابلة لإعادة الشحن لدعم تدفق مستمر من عمليات نقل البيانات بين الأجهزة، وقد لا تدعم شبكة (Wi-Fi) اللاسلكية الشبكات المتداخلة اللاسلكية.

• “RPL” هي اختصار لـ “Routing-Protocol-for-Low-Power-and-Lossy-Networks”.