پروتکل های خانه هوشمند

خانه هوشمند مجموعه ای از تکنولوژی ها و سرویس ها در شبکه ای خانگی برای بهبود کیفیت زندگی است که در سال های اخیر بسیار گسترش یافته و به جزء جدایی ناپذیر تمامی ساختمان های مسکونی و غیر مسکونی تبدیل شده است. تکنولوژی که چه از نظر بهبود کیفیت زندگی و چه از نظر صرفه جویی در مصرف انرژی بسیار سودمند است. بطوریکه صورت حساب های مصرف انرژی در این نوع خانه ها می تواند به میزان یک سوم یک خانه معمولی باشد. این به علت سیستم هایی همچون Z-Wave و Zig Bee و ... است که باعث کارکرد کمتر وسایل خانه می شوند، این وسایل در حالت خواب (sleep) قرار می گیرند و با فرمان ها بیدار(Wake up) می شوند.

از کاربردهای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

خاموش شدن روشنایی اتاق ها به طور اتوماتیک، تنظیم نمودن دمای اتاق، در مورد نگهداری از افراد معلول و سالمند، خدماتی همچون زمان هشدار مصرف داروها و تماس با بیمارستان در صورتی که داروها بیشتر مصرف شوند یا قطع شوند، برای افراد دچار فراموشی بستن شیر آب در صورت پر شدن وان یا سینک و یا خاموش کردن اجاق گاز در صورت سر رفتن غذا یا سوختن وجود دارد. کنترل از راه دور خانه برای نگهداری از کودکان یا افراد سالمند تنها در خانه از دیگر کاربردهای آن می باشد. شبکه خانه هوشمند شامل زیر سیستم های ناهمگون است که نیازمند برقراری ارتباط و تبادل داده با یکدیگرند تا بتوانند با هم همکاری داشته باشند و وظایف مشترک را به درستی اجرا نمایند .در این رابطه موضوع اصلی، برقراری ارتباط بین سیستم ها و همچنین همکاری و انجام وظایف مشترک است. لذا وجود یک پروتکل بهبودیافته مناسب برای برقرای ارتباط ضروری می باشد که در این تحقیق به بررسی آن پرداخته شده است.

امروزه به راحتی می توان سیستم ها و وسایل خانه را به وسیله تلفن همراه یا اینترنت کنترل کرد . خانه هوشمند باعث می شود خانه بطور کاملا اتومات رفتار کند و این آسانی و آسایش را برای انجام تمامی فعالیت های روزانه در خانه ایجاد می کند. کنترل اتوماتیک، ویژگی های آموزشی و تفریحی، ویژگی های ارتباطی و وسایل هوشمند و دسترسی از راه دور به این ویژگی ها از طریق تلفن و اینترنت، همه با هم همکاری می کنند تا خانه هوشمند محیط مناسب تر و مرفه تر باشد. محیط خانه هوشمند به عنوان محیطی شناخته شده است که در آن سیستم های ناهمگون متعددی نیاز به همکاری با یکدیگر و انجام وظایفشان به طور کار آمد دارند. با رشد سریع و روز افزون برنامه ها، سرویس ها و وسایل در محیط خانه هوشمند ایجاد قابلیت همکاری بسیار سخت به نظر می- رسد. این به علت طبیعت خانه هوشمند است که به صورت ساختاری توزیع شده است که به درجه قابل اطمینانی از قابلیت همکاری نیاز دارد که همکاری برای مدیریت آنها در برگیرنده ی پلتفرم های متفاوت است. این سیستم های ناهمگون به صورت جدا و با سیستم عامل های متفاوت و سطوح متفاوتی از سرویس ها ساخته شده اند. در نتیجه به مکانیسمی نیاز است تا این سیستم های متفاوت بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و به صورت کار آمد و صرف نظر از پلتفرم عملکردشان با یکدیگر همکاری داشته باشند. اصطلاح خانه هوشمند به طور رایج به مسکنی اطلاق می شود که از کنترلر خانه برای مجتمع سازی سیستم های اتوماسیون خانگی گوناگون استفاده می کند. کنترلر های معمول آنهایی هستند که تنها در طول برنامه نویسی به کامپیوتری بر پایه ویندوز متصل می شوند و در زمان اجرای وظایف به صورت مستقل عمل می کنند. سیستم های خانگی مجتمع سازی شده در خانه هوشمند از طریق کنترلر خانه می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. اتوماسیون خانگی به سرعت به صورت تکنولوژی های الکتریکی گسترش یافته اند. سیستم های حامل جریان برق تکنولوژی هایی هستند که برای ارسال سیگنال های کد شده در امتداد سیم کشی الکتریکی موجود در خانه برای سوئیچ های قابل برنامه نویسی یا خروجی ها بکار می روند. این سیگنالها فرمانها را برای سرویس های خاص حمل و کنترل می کنند که یک وسیله در چه زمانی و چگونه باید عمل کند. یک فرستنده سیستم های حامل جریان برق به عنوان مثال می تواند پیام های خود را توسط سیم کشی خانه انتقال دهد و یک گیرنده در هر خروجی الکتریکی در خانه می تواند آن را دریافت کند تا فرمان مربوطه انجام شود. البته تکنولوژی هایی برای کنترل از راه دور نیز در خانه هوشمند برای کنترل وسایل از راه دور نیاز است. در حال حاضر اتوماسیون و هوشمندسازی خانه با سرعت زیادی در حال گسترش می باشد که با استفاده از آن میتوان استفاده های تفریحی، ارتباطی، امنیتی و محیطی خانه را به حداکثر رساند.

معرفی مدل مرجع ISO/OSI

چرا استاندارد لازم است؟

وقتی سیستم های پردازش داده و شبکه های ارتباطی تولید کنندگان مختلف برای اولین بار معرفی شدند، هیچ سازگاری بین آنها وجود نداشت. بنابراین ارتباط متقابل بین سیستم های با سطوح و استانداردهای مختلف دشوار و تنها با تلاش زیاد امکان پذیر بود. شبکه های چند وجهی در بازار برای اهداف بسیار متفاوتی در بخش های صنعت و تجارت طراحی شده اند. هر شبکه یک سیستم خود مختار بود که ارتباط با دیگر شبکه ها دشوار بود. سیستم هوشمند ساختمان نیز از این موضوع مستثنا نیست.

هدف از مدل مرجع OSI

سازمان بین المللی استاندارد سازی (ISO) در دهه هفتاد تصمیم به ایجاد معماری استاندارد برای شبکه های رایانه ای و پردازش اطلاعات گرفت. هدف این بود که …

· ایجاد یک مدل استاندارد در ارتباطات داده ها که بر اساس آن شبکه ها و سیستم های توزیع شده می توانند با یکدیگر صحبت کنند

· دستیابی به سازگاری بین شبکه ها بدون اصرار بر اجرای مدل کامل برای هر شبکه

· دستیابی به ارتباطات باز (Open System Interconnection OSI) در بین کلیه کاربران یک شبکه رایانه ناهمگن.

قاعده کلی مدل مرجع OSI در سیستم هوشمند ساختمان

OSIبه طور کلی عملیات مورد نیاز برای ارتباط داده و تعامل بین این عملیات را مشخص می کند. نتیجه یک مفهوم سلسله مراتبی متشکل از لایه ها می باشد. در هنگام رمزگشایی تلگرام توسط دستگاه BUS ساختمان هوشمند(بی ام اس)، هر لایه بخشی از تلگرام را رمزگشایی می کند. در حین ایجاد تلگرام توسط دستگاه BUS ساختمان هوشمند(بی ام اس)، هر یک از لایه های OSI عملیات گروه بندی شده ای برای ساخت بخشی از تلگرام، مشارکت می کنند. موارد فوق را می توان به ترتیب با لایه برداری از لایه های یک پیاز برای رسیدن به هسته (اطلاعات مفید) یا اضافه کردن لایه های پیاز به اطلاعات اصلی مقایسه کرد.

دو نوع ارتباط موجود

الف) ارتباط اتصال محور: برقرار کردن اتصال در ارتباط منطقی بین دو شریک ارتباطی است. هر دو شریک این ارتباط را پیوندی می دانند که فقط بین آنها وجود دارد و فقط آنها می توانند از آن استفاده کنند. سرور (دستگاهی که مایل به برقراری ارتباط است) باید این ارتباط را مطابق با برخی معیارهای مشخص (کیفیت، هزینه، تاخیر زمانی و غیره) برقرار کند و از ابزاری برای انجام این کار استفاده می کند. علاوه بر این، ممکن است یک پروتکل یا پارامترهایی مانند طول بلوک داده ها تعریف شود. با برقراری اتصال، مبادله واقعی داده (انتقال داده) مطابق پروتکل انجام می شود. این اتصال ممکن است در هر زمان توسط هر یک از شرکا قطع شود (قطع اتصال). منابعی که برای این لینک استفاده می شود آزاد شده و در اختیار سایر عملیات قرار می گیرد. ارتباط اتصال محور بسیار ایمن است، اما از نظر پهنای باند بهینه نیست (یعنی برای دستیابی به تنها یک شریک ارتباطی به ارتباطات زیادی نیاز است). هنگام در نظر گرفتن مدل OSI، در طول این ارتباط، لایه انتقال و لایه پیوند پیامهایی را تولید می کنند که داده ها را تایید می کنند. این نوع ارتباط را می توان با صحبت کردن با یک فرد و چک کردن بعد از هر سوال مقایسه کرد، آیا وی این سوال را درک کرده است یا خیر.

ب) ارتباط بدون اتصال : این نوع ارتباطات از هیچ اتصالی استفاده نمی کند. بنابراین برای دستگاه های پیچیده امکان پذیر نیست

- برای توافق بر سر پروتکل یا پارامترها

- برای تعیین معیارهایی مانند کیفیت خدمات، هزینه و غیره

از آنجا که هیچ ارتباطی وجود ندارد، پس از هر درخواست داده، آدرس باید به همراه داده های مفید ارسال شود. هیچ تاییدی در مورد داده های دریافت شده وجود ندارد و دستگاه ارسال کننده اطلاعات (سرور) ترتیب صحیح بلوک های داده منتقل شده را تضمین نمی کند. چنین ارتباطی ایمن نیست، اما پهنای باند بسیار بهینه دارد: نیازی به برقراری یا قطع اتصال یک ارتباط نیست و با یک پیام تنها می توان به کلیه دستگاههای موجود در مجموعه دسترسی داشت. با این حال، فقط یک تایید مشترک دریافت می شود. بنابراین نمی توان اطمینان حاصل کرد که همه دستگاه ها پیام ارسال شده را به درستی دریافت کرده اند. هنگامی که مدل OSI را در نظر می گیرید، در طی این ارتباط فقط لینک رسید تاییدیه تولید می شود. این نوع ارتباطات را می توان با گفتگو با گروهی از افراد مقایسه کرد و ادامه دادن با سوال بعدی، اگر حداقل یک نفر تایید کند که وی پیام را درک کرده است یا خیر.