ائتلاف EnOcean :«خانه متصل به شبکه؛ خانه هوشمند با فناوری بی‌سیم بدون باتری»/1

[vc_row][vc_column][vc_column_text]مطلبی که در پیش رو دارید گزارش رسمی ائتلاف EnOcean با عنوان «خانه متصل به شبکه؛ خانه هوشمند با فناوری بی‌سیم بدون باتری» می باشد که در قسمت اول آن به خانه هوشمند و فناوری بی‌سیم آن پرداخته شده است.این مقاله توسط گروه تولید محتوای سایت BACpress آماده شده است.

مقدمه

«خانه‌ها هوشمند‌تر خواهند شد»، «دیگر همه‌چیز را می توان با یک دستگاه کنترل کرد»، یا «دیگر لازم نیست آدم کاری انجام بدهد». اگر از مردم بپرسید که «عبارت خانه هوشمند دقیقا چه چیزی را به ذهنتان می‌آورد؟» معمولا چنین پاسخهایی خواهید شنید. چنانکه در این پاسخها پیداست اغلب شهروندان تصوری از «خانه هوشمند» در ذهن دارند. شکی نیست که عموم مردم دارند از این موضوع شناخت پیدا می‌کنند و برای بسیاری از افراد داشتن یک خانه هوشمند دیگر نه خواب و خیال که یک واقعیت است. همین حالا هم بسیارند افراد پیشرویی که توانسته‌اند خانه‌های خود را با موفقیت به خانه‌های هوشمند تبدیل کنند.

چنان که مطالعات کنونی نشان می‌دهند، این صرفا یک موج زودگذر که فقط نظر معدودی تکنیسین متبحر را به خود جلب کرده باشد نیست. ۵۸٪ آلمانی‌ها به هنگام ساخت خانه‌هایشان یک سیستم اتوماسیون هوشمند خانه نصب می‌کنند و ۶۹٪ حین نوسازی خانه‌هایشان چنین سیستمی را تعبیه می‌کنند. متخصصین این صنعت رشد چشمگیری را طی سالهای آتی برای آن متصورند: انتظار می‌رود که تا سال ۲۰۲۵ ارزش بازار خانه هوشمند فقط در آلمان به ۱۹ میلیارد یورو برسد. نتایج پیمایشهای مربوط به جذابیت خانه‌های هوشمند از دید مشتریان با این آمارها همخوانی دارد. از میان ۵۰۰ نفری که تحت پیمایش قرار گرفتند ۶۶٪ ایده پیاده‌سازی آن در خانه‌هایشان را جذاب یا حتی بسیار جذاب می‌دانستند و این یعنی بازاری شامل تقریبا ۲۰ میلیون خانوار، فقط در آلمان!

یک خانه هوشمند چگونه چیزی است؟

به طور کلی واژه «خانه هوشمند» معرف اتوماسیون ساختمان در یک خانه است که در آن مولفه‌های منفرد (حسگرها و فعال‌سازها) با یکدیگر در یک شبکه جای می‌گیرند تا یک سیستم هوشمند را شکل دهند. این، بنیان فناورانه یک کنترل خودکار و همچنین گزینه‌های عملیاتی جامعِ اتوماسیون خانه را شکل می‌دهد.

برای داشتن عملیات بهینه، ضروری است که داده‌های مبسوطی گردآوری شود. یک مرکز اصلی فرماندهی، اطلاعاتی را که توسط حسگرها به ثبت رسیده است و همچنین مقادیر از پیش مقرر شده توسط کاربر را پردازش کرده و متعاقبا فرمانهای مناسب را به فعال‌سازهای مربوطه نظیر لامپها یا شیرهای رادیاتور انتقال می‌دهد. ماحصل این اتصال میان مولفه‌های منفردی که با کنترل هوشمند ترکیب شده‌اند، آسایش بیشتر، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و اطمینان از ایمنی بیشتر در خانه است.

شبکه‌پردازی برای رشته‌های مختلف اتوماسیون خانه این امکان را فراهم می‌کند که بتوان در بخشهای گوناگون ساختمان از طیف جامعی از کاربست‌های ممکن کنترل هوشمند برخوردار شد. مهمترین کاربست‌ها را در زیر می‌بینید:

می‌توان فناوری سیستم خانه هوشمند را به خودروهای مدرن تشبیه کرد. در خودروهای مدرن هم امروزه تعداد زیادی حسگر وجود دارد که داده‌های متفاوت را گردآوری می‌کنند. این داده‌ها به ترتیب پردازش می شوند و حاصل کار کاهش مصرف سوخت، ایمنی بیشتر مسافرین، و آسایش خیال بیشتر در حین رانندگی است. توقعاتی که از سیستم اتوماسیون ساختمان وجود دارد نیز به همین سان پیچیده‌اند. از یک سو، مشتری خواهان آن است که بتواند سیستمش را سریع و آسان نصب کند و بتواند هر زمان که مایل است آن را بسط و گسترش دهد. از سوی دیگر، همه اجزاء سیستم که توسط تولیدکنندگان مختلف ساخته می‌شوند باید توانایی این را داشته باشند که بی‌دردسر و روان با یکدیگر کار کنند. فقط به این طریق می‌توان آنها را به صورت مرکزی و از یک اینترفیس کاربری واحد، کنترل و اداره کرد.

امکانات جدیدی که ارمغان فناوری بی‌سیم است

ایده‌های بنیانی‌ و استانداردی سیستم خانه هوشمند به هیچ وجه جدید نیستند. بالاخص در طراحی دفاتر مدرن تکنیک‌هایی که برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و افزایش آسایش محیط کار استفاده می‌شوند حسابی جا افتاده‌اند. پیشرفتهای فناورانه کنونی که کار نصب و اداره را ساده می‌کنند حال دیگر امکان شبکه‌پردازی و اتوماسیون منازل شخصی را نیز فراهم می‌کنند. این یک جنبه اصلی فناوری بی‌سیم است. هنگام شبکه‌پردازی برای اجزاء منفرد، مزیتهایی که راه‌حلهای مبتنی-بر-رادیو در اختیار می‌گذارند کاملا آشکارند، یعنی آنکه در مرحله نصب دیگر نیازی به کابل‌کشی و بست‌زنی و کارهای مربوطه نخواهد بود و به این ترتیب هزینه‌های این کارها نیز حذف می‌شود.

در یک طرح توسعه مجدد خانه (بازسازی) با یک راه‌حل بی‌سیم، در مقایسه با راه‌حلهای سیمی به میزان ۷۰٪ در هزینه‌ها صرفه‌جویی می‌شود. برای ساخت و سازهای جدید میزان صرفه‌جویی حاصل از راه‌حل بی‌سیم ۱۵٪ است. دیگر اینکه حتی بعد از نصب هم کاربر می‌تواند تعاملی کاملا انعطاف‌پذیر با سیستم داشته باشد چون حسگرها یا فیلرها را می‌توان بی هیچ مشکلی تکمیل یا جابجا کرد. نه فقط ساکنین از این امکانات تماما جدید بهره‌مند می‌شوند بلکه نقشه‌کش‌ها و معمارها هم از این انعطاف‌پذیری که به تازگی فراهم آمده نفع می‌برند.

به لطف فناوری بی‌سیم حال دیگر می‌توان سویچ‌ها (کلید‌ها) را حتی روی دیوارهای نازک یا پارتیشن‌های شیشه‌ای هم نصب کرد. حال دیگر از سمت حاملین رسانه‌ای (media carriers) نیز تکانه‌هایی قوی‌ می‌رسد. بیش از پیش دستگاه‌های الکترونیک سرگرمی نظیر تلویزیونها یا سیستم‌های های-فای به اینترفیسهای بی‌سیم مجهز می‌شوند و از این رو می‌توان به آسانی آنها را با سایر کاربست‌های بی‌سیم در یک شبکه جای داد.

فناوری بی‌سیم استخراج انرژی

فناوری بی‌سیم بدون باتری EnOcean موقعیت خاصی در بازار دارد. اجزائی که مجهز به این فناوری هستند هم بدون سیم کار می‌کنند و هم بدون باتری. مدولهای بی‌سیم به این خاطر که امکان استخراج انرژی دارند انرژی‌شان را از محیط می‌گیرند، مثلا از حرکتها، نور یا تفاضل دما. به جای باتری، سلولهای خورشیدی کوچک، و مبدلهای انرژی الکترو-مکانیک و حرارتی، انرژی مورد نیاز را تامین می‌کنند. در نتیجه این خودبسندگی، فعالیتهای نگهداشت که معمولا برای راه‌حلهای مشابه باتری‌‌دار لازم هستند در اینجا دیگر ضرورتی ندارند. انتقال رادیویی در این دستگاه‌ها انرژی بسیار کمی لازم دارد و در عین حال بازه بزرگی را هم پوشش می‌دهد.

این بازه در فضای بیرون از ساختمان تقریبا ۳۰۰ متر است و در داخل ساختمان به ۳۰ متر می‌رسد. یک دلیل مصرف کم انرژی در این دستگاه‌ها کوتاه بودن مدت زمان انتقال است. تمام فرایند انتقال/دریافت فقط در ۱ میلی‌ثانیه رخ می‌دهد. این نه فقط باعث صرفه‌جویی در انرژی می‌شود بلکه احتمال تداخل و تصادم میان تلگرامهای متفاوت نیز پایین می‌آید. برای جلوگیری از انتقالهای خطا، در یک فاصله زمانی ۳۰ میلی‌ثانیه‌ای دو تکرار-تلگرام ارسال می‌شود.

فناوری بی‌سیم بدون باتری مزیتهای هر دو سیستم باتری‌دار و بدون باتری را دارد: نیازی به نگهداشت ندارد، عملکردش قابل‌اطمینان است، انعطاف‌پذیر است و نصبش هم ارزان است.

****

{مستطیل صفحه ۴}

مزیتهای فناوری بی‌سیم EnOcean در یک نگاه:

* کاهش هزینه‌های نصب در مقایسه با سیستم‌های باس سیمی که همان کارکردها را هم پوشش می‌دهند:

* ۱۵٪ صرفه‌جویی در هزینه‌ها در ساخت و سازهای جدید

* ۷۰٪ صرفه‌جویی در هزینه‌ها در بهسازی‌ها

* انعطاف‌پذیری در انتخاب محل حسگرها، حتی پس از نصب

* بی‌نیاز به نگهداشت، بدون باتری

* اندازه‌گیری‌های بهینه که نتیجه انعطاف‌پذیری در انتخاب محل حسگرها است

* وجود مجموعه متنوعی از محصولاتِ یک زیست‌بوم از پیش مستقر (EnOcean Alliance)

* تعامل‌پذیری محصولات

* استاندارد بین‌المللی ISO/IEC 14543-3-10) ISO/IEC)

* تعداد زیادی پروژه‌های موفق در سراسر دنیا

انتقال امن داده‌ها

در یک خانه هوشمند، حسگرها و فعال‌سازها مقادیر و اطلاعات متفاوتی را ارسال کرده و دریافت می‌کنند. امنیت و قابلیت اطمینان داده‌ها نقش مهمی ایفا می‌کند. EnOcean-radio همین حالا هم کارکردهای پایه‌ای برای ارتباطات دوطرفه در اتوماسیون خانه را فراهم می‌کند. هر بسته (پکت) داده‌ای شامل یک چکسام است که یکپارچگی تلگرام را تضمین می‌کند و به این ترتیب از بروز خطاها در انتقال اجتناب می‌شود. همچنین هر مدول دارای یک شماره شناسایی منحصر به‌فرد ۳۲ بیتی است تا از همپوشانی تلگرامها اجتناب شده و صحت هویت حسگرها تصدیق شود.

روشهای دیگری نیز وجود دارند که مبتنی بر این ویژگی‌های امنیتی پایه‌ای هستند. هر تلگرام با یک رولینگ‌کد ایجاد می‌شود که این یک مکانیزم امنیتی دائما-خود-تغییر‌دهنده محسوب می‌شود. رولینگ‌کد فعلی، پایه‌ای می‌شود برای ایجاد یک کد تصدیق صحت. سیستم گیرنده می‌تواند با کمک رولینگ‌کد، بسته داده‌ را اعتبارسنجی کرده و به این ترتیب از خودش در مقابل حملات تکرار محافظت کند. یک اقدام دیگر، رمزگذاری بسته‌های داده از طریق فرستنده است. AES-الگوریتم با کلیدهای ۱۲۸ بیتی، که از آن برای سویچ بی‌سیم خودرو هم استفاده می‌شود، سطح بالایی از محافظت از نوع رمزگذاری فراهم می‌کند.

در یک خانه شبکه‌ای، کارکردهای ایمنی، سطح بالایی از محافظت را برای ترافیک داده‌ها فراهم می‌کنند. این امکان می‌دهد که فناوری بی‌سیم EnOcean به کاربست‌های مرتبط با امنیت، نظیر سویچهای قفل در متصل شوند. یک نکته مهم درخصوص یک راه‌حل مفید و به‌صرفه این است که سطح امنیت برای هر کاربستی به درستی تنظیم شود، چرا که امنیت بالاتر به این معنا است که برای انتقال و محاسبه تلگرامها به انرژی بیشتری نیاز است.

آلودگی الکتریکی کمتر در مقایسه با سویچهای متعارف

تحقیقی که توسط موسسه مستقل ECOLOG انجام گرفته است نشان می‌دهد که فرکانس بالای میادین مغناطیسی تولیدشده توسط فناوری بی‌سیم،‌ در مقایسه با راه‌حلهای سیمی کلاسیک، صد برابر شدت کمتری دارد. مضاف بر این، دستگاه‌های فوق‌الذکر در مقایسه با سایر استانداردهای بی‌سیم نظیر وای‌فای، فقط به مدت چند میلی‌ثانیه کار انتقال انجام می‌دهند و آن هم فقط زمانی که فعالیت ضروری باشد. نتیجتا حتی اشخاص حساس به امواج رادیویی نیز می‌توانند بدون مشکل از سیستمهای رادیویی ساختمانی استفاده کنند. دیگر اینکه این محصولات امواج الکترومغناطیس با فرکانس کم از خود ساطع نمی‌کنند.

انتقال رمز‌گذاری‌شده داده‌ها

ایمنی داده‌ها بالاترین اولویت را دارد، بالاخص به لحاظ الزامات یک خانه شبکه‌ای. تجاوز به حریم خصوصی، قاپیدن داده‌‌ها یا از دست دادن کنترل سیستم، دغدغه‌های اصلی هستند. از این رو یک شبکه‌پردازی هوشمند در ساختمان مستلزم سطوح بالاتر امنیت برای سیستمهای بی‌سیم است.

یک اقدام محافظتی اصلی در مقابل سوءاستفاده از یک سیستم رادیویی، رمزگذاری داده‌ها است. این برای خانه‌های هوشمند نیز صدق می‌کند. داده‌ها برای هر فرستنده به طور جداگانه رمزگذاری می‌شوند و سپس توسط گیرنده مربوطه رمزگشایی می‌شوند. فناوری بی‌سیم بدون باتری از یک مکانیزم دائما-خود-تغییر‌دهنده استفاده می‌کند، مثلا یک رولینگ‌کد ۱۶‌بیتی یا ۲۴‌بیتی که به هر تلگرام افزوده می‌شود. هدر (header) تلگرام، داده‌های تلگرام و رولینگ‌کد‌ فعلی به نوبه خود پایه‌ای می‌شوند برای ایجاد یک کد تصدیق صحت مبتنی-بر-عدد ۲۴‌بیتی یا ۳۲‌بیتی («کد تصدیق اعتبار پیغام مبتنی-بر-رمز» یا CMAC .(CMAC نیز به همین سان از طریق یک الگوریتم رمز‌گذاری-AES-۱۲۸ محافظت می‌شود.

سیستم گیرنده می‌تواند بر اساس کد به طور قطعی یک بسته داده‌ای را وارسی کند. این کارکرد از شبکه‌ها محافظت می‌کند، بخصوص در مقابل حملات تکرار یا به اصطلاح حملات پاسخ. یک مکانیزم دیگر، رمزگذاری بسته‌های داده از طریق فرستنده است. در این حالت داده‌ها با استفاده از یک الگوریتم-AES با یک کلید ۱۲۸‌بیتی رمزگذاری شده و از استقراق سمع داده‌ای جلوگیری می‌شود.

دامنه وسیع محصولات

فناوری بی‌سیم EnOcean واجد استاندارد بین‌المللی ISO/IEC 14543-3-10 می‌باشد. این استاندارد برای راه‌حل‌های رادیویی‌ای که بالاخص مصرف انرژی پایینی دارند و از استخراج انرژی بهره می‌برند بهینه‌ شده است. علاوه بر نمایه‌های کاربست («نمایه‌های تجهیزات EnOcean») از ائتلاف EnOcean، پیشنیازهای یک فناوری رادیویی تماما تعامل‌پذیر و باز، که قابل قیاس با بلوتوث یا وای‌فای باشد، تامین شده‌اند. به این طریق، محصولات تولیدکنندگان گوناگون می‌توانند بی هیچ مشکلی با یکدیگر در یک سیستم کار کنند. در اروپا، فناوری بی‌سیم بدون باتری از کانال فرکانس ۸۶۸ مگاهرتز استفاده می‌کند که فقط برای سیگنالهای پالس تایید شده است.

EnOcean منحصرا فناوری بی‌سیم بدون باتری خود را در اختیار تولیدکنندگان محصولات (OEMها) می‌گذارد و آنها متعاقبا آن را در راه‌حلهایشان ادغام و یکپارچه می‌کنند. این شرکاء در ائتلاف EnOcean سازمان یافته‌اند – که یک طرح آغازگرانه مستقل با بیش از ۳۵۰ عضو است – و تاکنون توانسته‌اند ۱۲۰۰ محصول تعامل‌پذیر را با موفقیت به بازار عرضه کنند. این تامین فناوری از سوی EnOcean مواردی چون سویچ‌های بدون باتری، دستگیره‌های هوشمند پنجره، حسگرهای دما، حسگرهای رطوبت و حسگرهای نور، ردیابهای حضور ، و نیز فعال‌سازها، گیت‌وی‌ها و سویچ‌بردها را شامل می‌شود، به همراه سیستمهای کامل خانه هوشمند. از ۲۰۱۳ به بعد ملحقات شیر رادیاتور نیز عرضه می‌شوند که برای تامین برق لازم برای ارتباطات و حرکات مکانیکی از تفاضل دمای موجود در رادیاتورها استفاده می‌کنند.