پروتکل های خانه هوشمند
پروتکل های خانه هوشمند

امروزه با پیشرفت فن آوری در زمینه های مختلف صنعتی و معماری ، کسب دانش در رابطه با این علوم و اجزای مرتبط با آن به امری بی بدیل تبدیل شده است.

مدیریت هوشمند سازی ساختمان یا ( BMS) یکی از علوم جدید در زمینه فناوری اطلاعات و ارتباطات است که به سرعت در جوامع غربی با رویکرد بهینه سازی مصرف انرژی در حال پیگری و اجرا می باشد.

این علم با عناوینی همچون Home Automation Smart یا اتوماسیون هوشمند ساختمان ، BEMS ، BAS ، EMS ، EMS نیز نامیده می شود.
BMS یا خانه سبز برای اولین بار در سال 1790 میلادی جهت پاسخ به نیاز عصر حاضر پیگیری و مطرح گردید. سیستم مدیریت هوشمند سازی ساختمان را می توان یکی از بهترین ایده ها و تفکرات عصر حاضر عنوان کرد که هم باعث مصرف بهینه انرژی و بازدهی بالای تجهیزات مورد استفاده در ساختمان می شود و میزان رفاه و آسایش ساکنین و سطح خدماتی موردنظر کاربران را بر مبنای پیشرفت های روز ارتقاء می بخشد.

پرئتکل های خانه هوشمند

عنوان هوشمند در مورد اتوماسیون ساختمان برای تعریف اجزاء و تجهیزاتی استفاده می شود که شامل مجموعه ای از حسگرها و محرکها بوده و قابلیت هماهنگی یا واکنش و عکس العملهای خارجی مانند بارها ، و تأثیرات محیطی را از خود داشته باشند.

جهت انجام کنش و واکنش این سیستم ها علاوه بر سنسورها باید دارای یک پردازنده مرکزی (ریشه ) یا یک کنترلر و یکسری عملگر باشند.

پروتکل های خانه هوشمند ؟

رسانه انتقال جهت ارسال دیتا ، بسته به نوع پروتکل مورد استفاده می توانداز نوع کابل ، فیبر نوری و یا هوا(فرکانس رادیویی RF ) می باشد،که این مجموعه جهت هماهنگی و یکپارچگی درهنگام اجرای فرامین و دستورات نیاز به یک سری قوانین و مقررات که یک نوع زبان محاوره ای در این نوع سیستمها مطرح می شوند نیاز دارند ، که پروتکل نامیده می شوند.
پروتکل های خانه هوشمند انواع مختلفی دارند که بر حسب نیاز و میزان درآمد مشتری انتخاب و مورد استفاده قرار می گیرند در بعضی مواقع می توان از ترکیب و تلفیق چند پروتکل در کنار هم استفاده کرد.

خانه سبز آرزوی دیرینه انسان برای دست یابی به شرایط ایجاد آسایش و امنیت در زندگی را به خوبی تامین می کند. و می تواند یکی از عوامل کاهش آلودگی های زیست محیطی و گازهای گل خانه ای در صورت مصرف بهینه انرژی و سوخت های فسیلی باشد.
این سیستم هوشمندی سازی جهت اجراء و هماهنگی بین دستگاه ها و سخت افزارهای موجود از یک مجموعه پرتوکل مختص به خود استفاده می کند ، که رایج ترین آنها پروتکل X-10 ، KNX ، LONWORK ، Zig Bee ، BACnet ، Z-Wave ، S-BUS و PLC BUS می باشد که در زیر به صورت مختص،به بررسی تعدادی از پروتکل های یاد شده بالا می پردازیم .

پروتکل X-10:

این پروتکل در سال 1795 میلادی توسط شرکت Pico Electronics ثبت شد و یکی از پروتکل های رایج است که سالها در منطقه آمریکای شمالی مورد استفاده قرار گرفته و به سرعت در اروپا فراگیر شده است.
یک روش قدیمی برای ارسال و دریافت سیگنالهای الکریکی دیجیتال می باشد که بوسیله خطوط برق ، تلفن و سیم کشی داخل ساختمان انتقال پیدا می کند و یکی از پرکار بردترین استانداردهای باز رایج می باشد و در هنگام نصب آن نیاز به تغییرات و سیم کشی مجدد در ساختمان نیست.

بدین صورت که برای برقراری ارتباط X-10 شامل دو فاز می باشد که یکی فاز انتخاب و دیگری فرمان است ، که پردازنده یا کنترلر در فاز انتخاب آدرس وسیله را برای کنترل در خطوط انتقال قرار می دهد. و در فاز فرمان دستور، درخواستی را بر روی خطوط قرار می دهد و فرستنده مورد استفاده در آن ا ز فرکانس رادیوئی با طول موج کوتاه و کم بهره می برد.

پروتکل KNX:

پروتکل KNX یا همان Konnex که در ابتدا با نام پروتکل EIB در سال 1990 در سیستم هوشمند سازی ساختمان مطرح شدو سپس به KNX تغییر نام پیدا کرد.

این فناوری تجهیزات مختلف مانند حسگرها ، عملگرها و پردازنده ریشه یا کنترلر و KNX اینترفیس (رابط ،واسطه های کاربری) موجود را به یکدیگر متصل می کند و از مکانیزم های ارتباطی مانند کابل ها از نوع(TP) یا زوج به هم تابیده، فرکانس یا امواج رادیوئی که KNX –RF نامیده می شود پشتیبانی می کند.این پروتکل دارای قابلیت نصب و آموزش آسان برای کاربران می باشد.

این استاندارد با لایه های فیزیکی ، روشهای پیکربندی و تجارب کاربردی دو پروتکل BatiBus و EHS ادغام گردیده و یک استاندارد باز است.

پروتکل Local Operating Net Works ) Lon Works):

پروتکلی است که توسط شرکت آمریکائی Echelon در سال 1986 میلادی توسعه یافت که یک پروتکل از نوع باز است و تراشه Neuron هسته اصلی Lon Works است که از سه پردازده تشکیل شده است که توانائی پردازش دیتا و کدهای برنامه ریزی شده مورد نیاز را دارد.
این پروتکل از خطوط برق و فرکانس های رادیوئی RF و مادون قرمز نیز پشتیبانی می کند.

پروتکل Zig Bee:

این پروتکل در سال 2112 میلادی ا ز سوی گروه صنعتی اتحاد Zig Bee تحت عنوان استانداردی بر مبنای شبکه های بی سیم خصوصی جهت به کار گیری اتوماسیون از نوع خانگی ، صنعتی و تجاری به ثبت رسید.

هزینه کم این پروتکل اجازه می دهد تا این فناوری به طور گسترده در برنامه های کنترلی و نظارت بیسیم روز به روز رواج پیدا کند.

گره ها در پروتکل ZigBeeمی توانند در زمان کمتر از30 میلی ثانیه یا کمتر از حالت فعال به حالت خواب بروند و یا برعکس عمل کنند. که این امر باعث می شود ، خود سیستم نیزانرژی و توان کمتری مصرف کند .

همچنین قابلیت اتصال به یک یا چند شبکه را دارد و کنترلر مرکزی آن قادر به ذخیره اطلاعات در مورد شبکه است از جمله اقدام به عنوان مرکز اعتماد و مخزنی برای کلید امنیتی است.

پروتکل  Building Automation Controlnetwork)  BACnet) :

یک پروتکل استاندارد است جهت انتقال دیتا در بین سیستم های کنترلی هوشمند سازی ساختمان که توسط انجمن آمریکائی مهندسین بخش حرارتی و برودتی و تهویه مطبوع ( ASHRAE ) طراحی و ساخته شد و در سال 2003 میلادی استاندارد بین الملی ISO.16484 –5 را به نام خود ثبت کرد.

پیام های BACnet می توانند بوسیله استانداردهای MS/TP ، Ethernet ، LonTalk ، Zig Bee ، ARCnet منتقل گردند

پروتکل S-Bus:

بوسیله این پروتکل تمامی سیستمهای موجود در هوشمند سازی ساختمان به صورت منظم و یکپارچه قابل کنترل می باشند.

سیستم کنترل مرکزی بوسیله رایانه ، گوشی تلفن همراه ، تبلت ، و با استفاده از نرم افزارهای گرافیکی قابل کنترل هستند. این پروتکل برمبنای سرعت پاسخگوئی بالا ، مصرف بهینه انرژی و افزایش انعطاف پذیری بالا تشکیل شده است ولی از لحاظ جهانی اعتبار چندانی ندارد.

پروتکل Z- Wave:

پروتکلی که بر اساس ارتباط دو سویه یا دو طرفه بی سیم یا وایرلس ( امواج رادیوئی RF) طراحی شده است که حاصل اتحاد دوشرکت Zensys و Z-Wave می باشد و با قیمتی در حدود نیمی از قیمت پروتکل های دیگر و با کیفیت انتقال و امنیت بالا و نیازی به تغییرات و سیم کشی مجدد ساختمان ندارد.
توپولوژی مش می تواند فرامین را به صورت دوسویه از یک دستگاه به دستگاه دیگر انتقال دهد.

پروتکل Z-Wave در داخل تراشه ای قرار دارد و این چیپ یا تراشه به صورت مجزا در دسترس هستند و حافظه فلش مورد نیاز برای آن و همچنین آنتن جهت دریافت و ارسال دیتا بر روی یک برد PCB در کنار یک تراشه Z-Wave به صورت مجزا وجود دارد.

پروتکل PLC BUS:

این پروتکل برای اولین بار در سال 2002 بوسیله شرکت ATS در کشور هلند مطرح شد اینپروتکل نیز همانند پروتکل X-10 ازخطوط برق ، تلفن و سیم کشی ساختمان جهت ارسال و دریافت دیتا و اطلاعات جهت هوشمند سازی ساختمان استفاده می کند.

با این تفاوت که در پروتکل X-10 ارتباط یک طرفه می باشد ولی در PLC BUS ارتباط به صورت دو طرفه می باشد و بیشتر جهت اتوماسیون خانگی کاربرد دارد. و طراحان با استفاده از ماژول در این سیستم توانسته اند در حدود 99.98% از نقاط ضعف پروتکل X-10 را مرتفع نمایند.

این پروتکل می تواند همزمان با اجرای پروتکل 10 X – بر روی یک ساختمان هوشمند اجرا شودو بدون هیچگونه نویز و تداخلی پروتکل PLC BUS قابلیت آدرس دهی به 64000نود (Node) یا گره در شبکه یا سیستم خود را دارد.

منبع :

خدابنده لو, رضا؛ فیروز شیخی عنبران و صادق دهقان نیری،بررسی پروتکلهای مدیریت هوشمند سازی ساختمان BMS، دومین همایش ملی مهندسی رایانه و مدیریت فناوری اطلاعات، تهران، گروه پژوهشی بوعلی، https://www.civilica.com/Paper-CSITM02-CSITM02_148.html