ماهي تقنية الـ ZigBee

أحدثت تقنية Wi-Fi ثورة في مجال شبكات الحاسب الآلي ، حيث سهلت لنا الإتصال بالشبكات الداخلية حينما نكون بالخارج . كما سهلت لنا هذه التقنية التوصيلات بين الاجهزة . فقد قللت عدد الكابلات بشكل كبير جداً . مما أدى هذا إلى إهتمام الشركات بهذه التقنية وكذلك أدت هذه التقنية إلى جذب المستخدمين المنزليين لإستخدامها . فقد بدأت الشركات بالتطوير التقنيات اللاسلكية ، حيث تعددت التقنيات اللاسلكية بمختلف تردداتها مثل :

– تقنية Bluetooth .

– تقنية GSM  .

–  تقنية CDMA  .

ولكن في تلك الأثناء كانت هنالك الكثير من الشركات والمؤسسات تعاني من مشكلة إستهلاك الطاقة وكلفة بناء المشاريع بهذه التقنيات . كما كانت هنالك شركات ومؤسسات تعاني  من مشكلة كبيرة جداً . وهي أن عطل جهاز واحد يؤدي إلا توقف عمل الأجهزة الاخرى .

ومن ذلك المنطلق بدأ المهندسين يفكرون بتقنية جديدة بحيث تكون مستهلكة للطاقة بنسبة طفيفة وتكلفة تصنيعها رخيصة.  فقد شاهد المهندسين حركة النحل عندما تجتمع مع بعضها البعض ، تستطيع أن تؤدي مهمات معقدة وصعبة بمشاركة كل نحلة بطاقتها البسيطة . كما لاحظوا أيضاً أن النحل يستخدم لغة ورقصة خاصة بها لتتعارف فيما بينها .

ومن هنا أبتكر المهندسين التقنية الجديدة التي أطلقوا عليه أسم (ZigBee) ، أي دوي النحل أو اللغة التي المستخدمة من قبل النحل  لتخاطب فيما بينها للقيام بهمة معينة .

ما هي تقنية الـ ZigBee  ؟

 هي تقنية ربط شبكي صممت خصيصا للإستخدامات التي تحتاج إلى ربط شبكي يعمل لفترات طويلة دون الحاجة للتزويد بطاقة كهربائية بين فترات قصيرة. حيث زودت هذه التقنية ببطارايات فترة حياتها تصل الى  360 يوما من العمل  بشكلٍ متواصل دون الحاجة لشحنها سواء مرة واحدة . كذلك صممت خصيصاً للإستخدامات التي تحتاج إلى توفر الخدمة بدرجة عالية بحيث يكون هنالك بديل مباشر في حال تعطل أحد الأجهزة.

 ولم تركز الشركات المطورة تركز في تطوير هذه التقنية بحيث تكون استخدامها للمؤسسات والمشاريع بل طورتها ليمكن إستخدام هذه التقنية في أيضاً في المنازل بحيث توفر ربط شبكي لأجهز التبريد والتسخين وغيرها من أجهزة منزلية ترفيهة لتكون لها وحدة تحكم مركزية . والجدير بالذكر أن هذه التقنية توفر المرونة لتوسعتها بسهولة وتتمـيز أيضـاً بأنها توفر حمايتها قوية .

 وتندرج هذه التقنيـة ضمن المعيار (IEEE 802.15.4) وتستخدم ترددات مختلفة حسب تصنيفها في الدول مثل التردد MHz 902 و   MHz 868 .

وتوضـح الصـورة التاليـة أستخـدام هـذه التقنيـة فـي المنـازل لربـط الاجهـزة المنزلية :

بنية تقنية تقنية الـ ZigBee وعناصرها  :

تتكون هذه التقنية من عدة عناصر رئيسية حيث أن هذه العناصر تكون موصولة فيما بينها بعدة أنواع من التوبولوجيا مثل (Star, Cluster-Tree, Mesh)  كما في الصورة التالية :

ولكل عنصر من هذه العناصر المرتبطة مع بعضها البعض وظيفة معينة . حيث أن الـ Coordinator مسئوول عن بدء العمل في الشبكة والتحكم بها . كما أنه يخزن المعلومات عن الشبكة والتي تتضمن معلومات عن الحماية والمراكز الموثقة للبث. أما الـ Routers فهو المسئوول عن عملية توسيع الشبكة بطريقة دينمايكية وعن توفير نسخة من اعدادت الراوترات وايضا توفر تقنية Fault Tolerance أي عدم توقف الأجهزة الأخرى في حال توقف أحد الأجهزة  . أما عن Devices فما هي إلى الأجهزة التي تستقبل وترسل فقط .

والأكثر شيوعا في ربط عناصر تقنية الـ ZigBee يكون بتبولوجيا الـ Mesh  كما هو ظاهر في الصورة التالية :

وتتميز هذه التبولوجيا بأنه أكثر ضماناً لوصول البيانات كما أنها صعبة الإنهيار . بالإضافة إالى قردتها على إتاحة لنا القضاء على مشكلة أجزاء الشبكة  المتوقفة عن نقل البينات او الضعيفة في نقل البيانات بمعالجتها بكل سهولة وذلك بإضافة راوتر جديد موصول بهذه الأجزاء لتكوين جزء جديد يساعد على زيادة أداء الشبكة . ومن المهم ذكره أن هذه التبولوجيا تتميز عن بقياتها ، حيث أن عند توقف أحد الاجهزة عن العمل او عطل في التوصيل ، تستطيع نقل البيانات بإستخدام الأجهزة الأخرى المرتبطة بالشبكة.

نموذج تقنية الـ ZigBee  ومقارنته مع نموذج الـ OSI

أن تقنية الـ ZigBee تمتلك أيضاً نموذجاً خاصِ بها يصف كل طبقة ووظيفتها كما هو الحال في نموذج الـ OSI :

الحماية في تقنية الـ ZigBee 

تمتلك هذه التقنية 3 مفاتيح للحماية لكل واحد منها دوره الخاص . وهذه الأنواع مبنية على 128-bit AES  . فهنالك نوع يسمى  Network Key يقوم بعمل حماية على طبقة الشبكة . وتستخدم جميع الأجهزة المرتبطة هذا المفتاح للإتصال فيما بينها لتقوم بتشفير بياناتها. أما Master Key فهو يولد مفاتيح أختيارية لا تستخدم لتشفير الفريمات وإنما تستخدم لتوليد مفتاح سري يتم التشارك به بين جهازين . والنوع الثالث هو Link Key وله علاقة بالمفتاح السابق ويستخدم لعملUnicast Message

البروتوكولات التي تعمل في تقنية الـ  ZigBee

كما نعلم ان هنالك الكثير من البروتوكولات الشبكية  . وأن البروتوكولات هل لغة التخاطب بين الخدمات الشبكية .  ولكل برتوكول وظيفته الخاصة . حيث تمتلك تقنية الـ ZigBee الكثير من البروتوكولات التي تعمل علة إنجاز خدمات هذه التقنية . يوضح النموذج التالي هذه البروتوكولات :