انواع پروتکل هوشمند سازی ساختمان

سیستم مدیریت هوشمند ساختمان را می‌توان یکی از بهترین ایده‌ها و تکنولوژی‌های عصر حاضر عنوان کرد که هم باعث مصرف بهینه انرژی و بازدهی بالای تجهیزات مورد استفاده در ساختمان می‌شود و هم میزان رفاه و آسایش ساکنین را ارتقاء می‌بخشد. برای استفاده از سیستم هوشمند سازی باید از روش‌ها و پروتکل‌هایی بهره برد تا سیستم بر پایه آن‌ها مدیریت جامع و یکپارچه خود را انجام دهد. پروتکل ‌هوشمند سازی ساختمان انواع مختلفی دارد که هرکدام ویژگی‌ها و مزایا و معایبی دارد. در این مقاله قصد داریم به بررسی انواع پروتکل‌ هوشمند سازی ساختمان بپردازیم.

روش‌ها و پروتکل ‌هوشمند سازی ساختمان

زمانی که تصمیم به استفاده از سیستم هوشمند سازی گرفتید، باید یکی از دو روش هوشمند سازی باسیم و یا هوشمند سازی بی‌سیم را انتخاب نمایید. بعد از آن‌که سنسورها روی تجهیزات متصل شدند، برای دریافت اطلاعات از سنسورها و همچنین ارسال فرمان‌های کنترلی به سمت عملگرها، لازم است یک بستر یا راه ارتباطی بین کنترلر مرکزی و تجهیزات باشد. حال این ارتباط می‌تواند از طریق سیم باشد که نیازمند سیم‌کشی‌های لازم در ساختمان است و یا می‌توان از روش بی‌سیم و کنترل از راه دور استفاده نمود که نیازمند تهیه تجهیزات هومشند سازی مربوط به آن مانند سیستم‌های وای فای و بلوتوث می‌باشد.

1. هوشمند سازی باسیم

در این روش پروتکل هوشمند سازی از طریق کابل‌های مخصوص بین پردازنده‌ها (کنترلرها)، سنسورها و عملگرها ارتباط برقرار می‌شود. برای اجرای این روش نیاز به فضای بیشتری در ساختمان است و برای نظم بیشتر حتما باید سیم‌کشی‌ها از درون تابلوهای برق صورت بگیرند. یکی از مزایای این روش امنیت بیشتر آن است، اما قطعا مشکلات سیم‌کشی می‌تواند یکی از معایب روش هوشمند سازی ساختمان باسیم باشد.

در روش هوشمند سازی باسیم، از پرتوکل‌های مختلفی استفاده می‌شود که مهمترین آن‌ها شامل موارد زیر می‌گردد:

● پروتکل X-10 :

این پروتکل در سال 1795 میلادی توسط شرکت Pico Electronics ثبت شد و یکی از پروتکل‌های رایج می‌باشد که سال‌ها در منطقه آمریکای شمالی و اروپا مورد استفاده قرار گرفته است. پروتکل X-10 یک روش قدیمی برای ارسال و دریافت سیگنال‌های الکتریکی دیجیتال می‌باشد که بوسیله خطوط برق، تلفن و سیم‌کشی داخل ساختمان انتقال پیدا می‌کند و یکی از پرکاربردترین استانداردهای باز رایج است.

X-10 برای برقراری ارتباط شامل دو فاز می‌باشد که یکی فاز انتخاب و دیگری فرمان است. پردازنده یا کنترلر در فاز انتخاب آدرس وسیله را برای کنترل در خطوط انتقال قرار می‌دهد و در فاز دستور، فرمانی را بر روی خطوط قرار می‌دهد و فرستنده مورد استفاده در آن از فرکانس رادیوئی با طول موج کوتاه و کم بهره می‌برد.

این پروتکل هوشمند سازی از لحاظ فنی کمی کند است و تاخیر بین عمل و واکنش قابل مشاهده است. پروتکل‌ X-10 در معرض اختلالات موجود در خط‌های برق و مخابراتی قرار دارد و نیازمند نصب بیشتر فیلترها، اتصال دهنده‌ها و تکرارکننده‌ها می باشد تا چنین مواردی را به حداقل برسانند.

● پروتکل KNX :

پروتکل KNX یکی از پروتکل‌های شناخته شده و پرکاربرد خانه هوشمند است. این پروتکل هوشمند سازی متن باز سال‌هاست که در بازار قدمت دارد و یکی از محبوب‌ترین انواع پروتکل ‌هوشمند سازی ساختمان است. این فناوری تجهیزات مختلف مانند حسگرها، عملگرها و پردازنده یا کنترلر و KNX اینترفیس (رابط کاربری) موجود را به یکدیگر متصل می‌کند و از مکانیزم‌های ارتباطی مانند کابل‌های TP یا زوج به هم تابیده، فرکانس یا امواج رادیوئی که KNX –RF نامیده می شود پشتیبانی می‌کند. این پروتکل دارای قابلیت نصب و آموزش آسان برای کاربران می‌باشد.

این استاندارد با لایه‌های فیزیکی، روش‌های پیکربندی و تجارب کاربردی دو پروتکل BatiBus و EHS ادغام گردیده و یک استاندارد باز است. در این پروتکل از یک تابلو مرکزی استفاده می‌شود که شامل یک سی پی یو مرکزی و تعداد زیادی رله می‌باشد و تمام مصرف‌کننده‌های منزل از جمله چراغ‌های روشنایی، سیستم‌های سرمایشی، پرده‌ها و… به این رله‌ها متصل می‌شوند.

یعنی از کلیه چراغ‌های اتاق‌ها و سالن به این تابلو سیم کشیده می‌شود و هریک از سر سیم‌ها در این تابلو به یک رله متصل می‌شود و از هر نقطه‌ای که قصد کنترل تجهیزات را داشته باشید یک کابل knx تا تابلو کشیده می‌شود و به پنل‌های لمسی یا کلید‌های لمسی یا کلید‌های مکانیکی knx متصل می‌شود و زمانی که دستور روشن شدن چراغی را از یک پنل اجرا می‌کنید، این دستور به پردازنده مرکزی در تابلو می‌رسد و رله مورد نظر را فعال می‌کند تا چراغ مربوطه روشن شود.

2. هوشمند سازی بی‌سیم

در این روش ارتباط فیزیکی مانند روش باسیم، بین اجزا و تجهیزات هوشمند سازی وجود ندارد و این دستگاه‌ها از طریق ارتباط بی‌سیم (وایرلس) به یکدیگر متصل‌اند. در روش هوشمند سازی ساختمان بی‌سیم، انتقال اطلاعات به کمک امواج رادیویی و به کمک شبکه اینترنت یا بلوتوث انجام می‌گیرد.

نصب سریع و راحت و همچنین عدم نیاز به سیم‌کشی و دردسرهای آن، از مزیت‌های این روش به شمار می‌آیند، اما این روش بی‌سیم پروتکل هوشمند سازی ساختمان معایبی نیز دارد که یکی از آن‌ها امنیت کم آن می‌باشد، چون احتمال هک شدن این سیستم وجود دارد. از دیگر معایب این روش می‌توان محدودیت در حجم اطلاعات بالا و همچنین مشکلات اینترنت و وایرلس را نام برد.
پروتکل‌های مورد استفاده در روش بی‌سیم هوشمند سازی ساختمان عبارتند از:

● پروتکل Zig Bee:

این پروتکل در سال 2012 میلادی از سوی گروه صنعتی اتحاد Zig Bee تحت عنوان استانداردی بر مبنای شبکه‌های بی‌سیم خصوصی جهت به کارگیری اتوماسیون از نوع خانگی، صنعتی و تجاری به ثبت رسید. این پروتکل هوشمند سازی با هزينه‌ی کم و توان پايين پياده‌سازی می‌شود و در ارتباطات ماشين به ماشين (M2M) و شبکه‌های اينترنت اشياء (IoT) کاربرد دارد. طبق استاندارد IEEE 802.15.4 که مخصوص شبکه‌های بی‌سيم WPAN است، فرکانس کار شبکه‌های زيگبی می‌تواند روی مقادير ۲.۴ گيگاهزتز، ۹۰۰ و ۸۶۸ مگاهرتز تنظيم شود. گره ها در پروتکل ZigBeeمی‌توانند در زمان کمتر از 30 میلی ثانیه یا کمتر از حالت فعال به حالت خواب بروند و یا برعکس عمل کنند، که این امر باعث می شود خود سیستم نیز انرژی و توان کمتری مصرف کند.

تا کنون به طور گسترده سه مدل اختصاصی در توسعه‌ی پروتکل هوشمندسازی زيگبی پس از ثبت، فراگير شده است: زيگبی پرو، زيگبی RF4CE و زيگبی آی‌پی. زيگبی پرو از ظرفيت پشتیبانی شبکه‌های اينترنت اشياء برخوردار است و از لحاظ مصرف انرژی خوداتکا و بدون نياز به باتری يا منبع تغذيه‌ی متناوب کار می‌کند. زيگبی RF4CE برای کاربرد برنامه‌های کنترلی ساده بدون نياز به تمام قابليت‌های شبکه‌بندی توری طراحی شده است. زيگبی آی‌پی برای بهينه‌سازی استاندارد در تعامل با شبکه‌های توری کاملا بی‌سيم مبتنی بر Ipv6 توسعه يافته است.

● پروتکل Zwave:

پروتکل Zwave از سوی شرکت دانمارکی Zensys در سال ۱۹۹۹ معرفی شد و یکی دیگر از پروتکل‌های خانه هوشمند است که بر اساس ارتباط دو سویه یا دو طرفه بی‌سیم یا وایرلس طراحی شده و با قیمتی در حدود نیمی از قیمت پروتکل‌های دیگر و با کیفیت انتقال و امنیت بالا می‌باشد و نیازی به تغییرات و سیم‌کشی مجدد ساختمان ندارد. ارتباطات Zwave به صورت راديويی(RF) و در محدوده‌ی فرکانسی ۴۲.۹۰۸ مگاهرتز صورت می‌پذيرد.

پياده‌سازی اين پروتکل هوشمند سازی با شبکه‌های دارای توپولوژی مش يا توری شکل و سطح مصرف انرژی بسيار کم، امکان‌پذير است. در اين شبکه سیگنال‌های داده و پيام‌های اطلاعاتی، بين هاب يا کنترل‌کننده‌ی مرکزی و ايستگاه‌ها تبادل می‌شوند و ايستگاه‌ها اين امکان را دارند تا محموله‌های داده و اطلاعات را دست به دست کنند. يک کاربر با استفاده از برنامه‌ی نصب‌شده روی گوشی هوشمند يا تبلت خود می‌تواند به کنترل‌کننده‌ی Zwave یا همان هاب شبکه متصل شود. پس از انتقال فرمان به هاب، پيام و فرمان در الگوی توری شبکه منتقل می‌شود و ايستگاه مد نظر در محدوده‌ی تحت پوشش مديريت و نظارت می‌شوند.

سخن پایانی

امروزه باتوجه به فراگیر شدن و رواج پیدا کردن استفاده از سیستم‌های هوشمند مدیریت ساختمان، پروتکل‌های دیگری نیز ظهور پیدا کرده‌اند که می‌توان پروتکل های BACnet، S-Bus، PLC BUS، RS-232، RS-485، ANT و … را نام برد. هدف تمام این پروتکل‌ها یکپارچه کردن کنترل و مدیریت بخش‌های ساختمان در راستای بهینه‌سازی مصرف انرژی و ایجاد آسایش و رفاه و امنیت بیشتر برای ساکنین می‌باشد.