أفضل بروتوكولات الاتصال اللاسلكي في الأقفال الذكية والمنازل الذكية | دليل يون آن الشامل لعام ٢٠٢٥
مع التطور السريع لإنترنت الأشياء (IoT)، ازداد ترابط المنازل الذكية والأقفال الذكية. تلعب بروتوكولات النقل اللاسلكي دورًا حاسمًا في توفير اتصال آمن وموثوق بين الأجهزة. يستكشف هذا الدليل بروتوكولات الاتصال اللاسلكي الأكثر شيوعًا المستخدمة في أنظمة الأقفال الذكية والمنازل الذكية في عام ٢٠٢٥.
-
ما هو إنترنت الأشياء ولماذا هو مهم في أقفال ذكية
يشير إنترنت الأشياء (IoT) إلى تكامل المعلومات والمساحة المادية. فهو يُمكّن من التعرف الآلي، وجمع البيانات، والمراقبة عن بُعد، والتحكم في الأجهزة. في الأقفال الذكية، يُسهّل إنترنت الأشياء التحكم في الوصول في الوقت الفعلي، والإدارة عن بُعد، والتكامل السلس مع الأجهزة الذكية الأخرى.
-
البروتوكولات اللاسلكية الشائعة في تقنية القفل الذكي
تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو
يستخدم نظام تحديد الهوية بترددات الراديو (RFID) المجالات الكهرومغناطيسية لتحديد وتتبع العلامات الملحقة بالأشياء تلقائيًا. وهو تقنية تشخيص تلقائي بدون تلامس، تتعرف تلقائيًا على الهدف من خلال إشارة ترددات الراديو، وتحصل على البيانات ذات الصلة.
تتكون تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID) من ثلاثة عناصر أساسية: العلامة (Tag)، والقارئ (Reader)، والهوائي (Antenna). مبدأ عمل تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID) بسيط، إذ تدخل العلامة المجال المغناطيسي، وتستقبل إشارة التردد اللاسلكي من القارئ، ثم ترسل معلومات المنتج المخزنة في الشريحة باستخدام طاقة تيار الحث (العلامة السلبية، أو العلامة السلبية، أو العلامة السلبية)، أو ترسل معلومات المنتج بشكل نشط (العلامة السلبية). يقرأ جهاز فك التشفير المعلومات ويفك تشفيرها، ثم يرسلها إلى نظام المعلومات المركزي لمعالجة البيانات ذات الصلة.
يمكن استخدام تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID) على نطاق واسع في مجالات الأمن ومكافحة التزوير، والأتمتة الصناعية والتجارية، وحماية الممتلكات، وصناعة الخدمات اللوجستية، وتتبع المركبات، ومواقف السيارات، وأنظمة تحصيل الرسوم المستمرة على الطرق السريعة، وغيرها. وعلى الصعيد الصناعي، ستخترق تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID) مجالات متنوعة، بما في ذلك صناعة السيارات، والأدوية، والأغذية، والنقل، والطاقة، والقطاع العسكري، وإدارة الحيوانات، وإدارة شؤون الموظفين.
تقنية الأشعة تحت الحمراء هي أيضًا نوع من تقنيات الاتصالات اللاسلكية التي تتيح نقل البيانات لاسلكيًا. تتميز هذه التقنية بخصائص مميزة: فهي تُنقل من نقطة إلى نقطة، ولا سلكية، ولا يمكن أن تكون بعيدة جدًا، ويجب توجيهها في الاتجاه الصحيح، ولا تخترق الجدران والعوائق، ولا تتحكم بشكل كبير في عملية نقل المعلومات. يتضمن معيار الطبقة المادية 802.11 معايير متعلقة بالأشعة تحت الحمراء، بالإضافة إلى استخدام الترددات اللاسلكية بتردد 2.4 جيجاهرتز. يدعم معيار irDA1.0 سرعات اتصال تصل إلى 115.2 كيلوبت في الثانية، بينما يدعم معيار IrDA1.1 سرعات تصل إلى 4 ميجابت في الثانية. وقد تم الاستغناء عن هذه التقنية بشكل كبير واستُبدلت بتقنية البلوتوث والتقنيات الأحدث.
بلوتوث
بلوتوث: تقنية اتصال البلوتوث هي تقنية اتصال لاسلكية تُستخدم لربط الأجهزة القريبة. تستخدم البلوتوث نطاق التردد 2.4 جيجاهرتز، وهي قادرة على نقل البيانات لمسافات قصيرة. يمكن استخدام البلوتوث في أقفال الأبواب الذكية للاتصال بالهواتف المحمولة أو غيرها من الأجهزة للتحكم بها وإدارتها عن بُعد.
المزايا:
-
مسافة نقل قصيرة، مناسبة للاتصالات القريبة.
-
استهلاك منخفض للطاقة، مناسب للأجهزة التي تعمل بالبطارية.
-
سريع بما يكفي لتلبية احتياجات معظم التطبيقات.
-
لا يتطلب الأمر أي بنية أساسية إضافية، مما يسمح باتصال سهل بين الأجهزة.
العيوب:
-
مسافة الإرسال محدودة، عادة في حدود 10 أمتار.
-
أقل أمانًا وعرضة للتدخل.
-
تُستخدم تقنية اتصال البلوتوث على نطاق واسع في أقفال الأبواب الذكية نظرًا لموثوقيتها العالية واستقرارها. ومع ذلك، نظرًا لمحدودية مسافة الإرسال، قد لا تكون كافية في بعض التطبيقات.
واي فاي
تُمكّن تقنية Wi-Fi من التحكم عن بُعد عبر الشبكات المنزلية، موفرةً نطاقًا تردديًا عاليًا للبيانات مع استهلاك طاقة أعلى. وهي بروتوكول اتصال لاسلكي يُستخدم للتواصل بين أقفال الأبواب الذكية والأجهزة الأخرى. تستخدم تقنية Wi-Fi موجات الراديو في نطاقي 2.4 جيجاهرتز و5 جيجاهرتز لنقل البيانات، وتستخدم معيار IEEE 802.11 للاتصال.
عادةً ما يتطلب قفل الباب الذكي اتصالاً بجهاز التوجيه اللاسلكي في منزلك للتحكم به عن بُعد من هاتفك أو أي جهاز آخر. يمكنك استخدام هاتفك الذكي أو أي جهاز آخر للتحكم في قفل الباب الذكي عبر اتصال واي فاي، مثل فتح الباب أو إغلاقه. كما يمكنك استخدام التطبيق المرفق مع قفل الباب الذكي للتحكم فيه وتعيين صلاحيات وصول مختلفة.
فوائد:
المزايا:
-
النطاق العريض: يمكن لشبكة Wi-Fi توفير نطاق ترددي كبير ويمكنها نقل كميات كبيرة من البيانات في نفس الوقت.
-
مسافة: يمكن لشبكة Wi-Fi تغطية مسافات كبيرة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام الداخلي.
-
إعدادات: يمكن تكوين شبكة Wi-Fi بسهولة لدعم أنواع متعددة من الشبكات.
-
التوافق: تتمتع شبكة Wi-Fi بتوافق جيد ويمكن أن تكون متوافقة مع مجموعة واسعة من الأجهزة.
العيوب:
-
حماية: تتمتع شبكة Wi-Fi بمستوى أمان منخفض وتكون عرضة للقراصنة.
-
التبعية: تعتمد شبكة Wi-Fi على جهاز التوجيه اللاسلكي، وفي حالة فشل جهاز التوجيه، سيتم مقاطعة النظام بأكمله.
-
متقلبة: تخضع إشارات Wi-Fi للتداخل من البيئة المحيطة وقد تتقلب قوة الإشارة.
-
استهلاك الطاقة: تستهلك أجهزة Wi-Fi قدرًا أكبر من الطاقة، مما يؤثر على عمر البطارية.
زيجبي
يدعم زيجبي الشبكات الشبكية، واستهلاك الطاقة المنخفض، والاتصالات الآمنة، وهو مثالي لأتمتة المنزل. يستخدم شبكة ذاتية التنظيم تُمكّن الأجهزة من تكوين شبكة منخفضة الطاقة فيما بينها، ويمكنه نقل البيانات لمسافات طويلة (مئات الأمتار).
يعتمد بروتوكول اتصال زيجبي على معيار IEEE 802.15.4، ويتميز بتكلفة منخفضة واستهلاك منخفض للطاقة وأمان عالٍ. يتميز باختراق جيد للجدران وقدرة على منع التداخل، وتستخدم أقفال الأبواب الذكية زيجبي كـ
يُستخدم زيجبي كبروتوكول اتصال لاسلكي لأقفال الأبواب الذكية، مما يُقلل استهلاك الطاقة ويضمن مسافة الاتصال. كما يتميز زيجبي بأمان ممتاز، ما يحمي بيانات اتصال قفل الباب الذكي بفعالية من السرقة.
يتمتع Zigbee باعتباره بروتوكول اتصال لاسلكي لأقفال الأبواب الذكية بالمزايا التالية.
-
منخفضة التكلفة: تعتبر تكلفة إنتاج وحدات Zigbee منخفضة نسبيًا، واستخدام Zigbee كبروتوكول اتصال لاسلكي يمكن أن يقلل من تكلفة أقفال الأبواب الذكية.
-
استهلاك منخفض للطاقة: يستخدم Zigbee شبكة ذاتية التنظيم، مما يمكنه من تقليل استهلاك الطاقة للعقد بشكل فعال وهو أكثر ملاءمة للتطبيقات مثل أقفال الأبواب الذكية التي تتطلب مصدر طاقة طويل.
-
أمان عالي: يتمتع بروتوكول Zigbee بأمان جيد، مما يمكنه من ضمان أمان محتوى الاتصال.
-
اختراق قوي للجدار: يمكن لإشارات Zigbee أن تمر عبر الجدران، مما يجعل مسافة الاتصال لأقفال الأبواب الذكية مضمونة بشكل أفضل.
-
قدرة قوية على مكافحة التداخل: يتمتع بروتوكول Zigbee بقدرة قوية مضادة للتداخل، مما يمكنه من تجنب التداخل في الاتصالات بشكل فعال.
ومع ذلك، فإن Zigbee لديه بعض العيوب أيضًا.
-
مسافة اتصال قصيرة: تبلغ مسافة الاتصال الخاصة بـ Zigbee عادةً حوالي 30 مترًا، وهو ما لا يمكنه تلبية احتياجات بعض سيناريوهات التطبيق الخاصة.
-
معدل اتصال منخفض: معدل الاتصالات في Zigbee عادة ما يكون أقل من 250 كيلوبت في الثانية، وهو ما لا يمكنه تلبية الطلب على النقل عالي السرعة.
-
إنشاء الشبكة بطيء: إن سرعة إنشاء شبكة Zigbee بطيئة ولا يمكنها تلبية الطلب المرتفع على سيناريوهات التطبيقات في الوقت الفعلي.
موجة Z
يوفر Wave نقلًا موثوقًا للإشارات، وتشفيرًا قويًا، وتوافقًا مع الأجهزة للمنازل الذكية. Z-Wave هو بروتوكول اتصال لاسلكي منخفض الطاقة والتردد، يُستخدم في أنظمة أتمتة المنازل. ينقل Z-Wave البيانات لمسافات طويلة (مئات الأمتار) ويتمتع بثبات إشارة ممتاز. يستخدم موجات راديو منخفضة الطاقة للغاية لنقل البيانات.
يتميز Z-Wave بمعدل نقل منخفض، ويُستخدم غالبًا لنقل معلومات التحكم والحالة. ويستخدم تقنية التشفير لضمان أمان نقل البيانات، وهو متوافق مع مجموعة واسعة من أجهزة المنزل الذكي. ومع ذلك، يتميز Z-Wave بمسافة نقل قصيرة، وهو مناسب للاستخدام الداخلي، وتكلفته مرتفعة نسبيًا.
المزايا:
-
حماية: تستخدم Z-Wave تقنية التشفير لضمان أمان نقل البيانات.
-
كفاءة الطاقة: تستخدم أجهزة Z-Wave تقنية الطاقة المنخفضة للغاية لإطالة عمر البطارية.
-
التوافق: يدعم Z-Wave الربط بين أجهزة متعددة ويمكن أن يكون متوافقًا مع مجموعة واسعة من أجهزة المنزل الذكي.
-
استقرار: يمكن لـ Z-Wave توسيع تغطية الشبكة من خلال المكررات ذات الإشارات المستقرة.
العيوب:
-
النطاق الترددي: يعتبر نطاق تردد Z-Wave منخفضًا ولا يمكنه نقل كميات كبيرة من البيانات.
-
مسافة: تعتبر مسافة نقل Z-Wave قصيرة، ومناسبة للاستخدام الداخلي.
-
يكلف: تعتبر تكلفة أجهزة Z-Wave مرتفعة نسبيًا.
-
التوافق: يعد Z-Wave متوافقًا فقط مع الأجهزة التي تدعم بروتوكول Z-Wave، وليس مع جميع الأجهزة.
لورا
يوفر LoRa اتصالات بعيدة المدى ومنخفضة الطاقة، مناسبة لتطبيقات الأقفال الذكية واسعة النطاق. وهو بروتوكول اتصالات لاسلكية منخفض الطاقة، يُستخدم بشكل رئيسي في تطبيقات إنترنت الأشياء. يعتمد Lora على تعديل FSK مع تعديل Lora، مما يدعم الاتصالات بعيدة المدى. يتميز Lora بانخفاض استهلاك الطاقة، وطول المدى، والتكلفة المنخفضة، ويُستخدم في تطبيقات إنترنت الأشياء مثل أقفال الأبواب الذكية.
تصل مسافة اتصال Lora إلى عشرات الكيلومترات وتخترق الجدران، مما يضمن مسافة اتصال أقفال الأبواب الذكية بشكل أفضل. كما تتميز LoRa بقدرة أفضل على منع التداخل، مما يمنع تداخل الاتصالات بفعالية. مع ذلك، يُعد معدل اتصال LoRa منخفضًا نسبيًا، وعادةً ما يكون في حدود بضع مئات من البتات في الثانية.
لا يمكنه تلبية الطلب على النقل عالي السرعة.
يتمتع LoRa باعتباره بروتوكول اتصال لاسلكي لأقفال الأبواب الذكية بالمزايا التالية.
-
استهلاك منخفض للطاقة: يعتمد LoRa على طريقة تعديل الطاقة المنخفضة، مما يقلل بشكل فعال من استهلاك الطاقة للعقدة ويجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات مثل أقفال الأبواب الذكية التي تتطلب مصدر طاقة طويل.
-
الاتصالات طويلة المدى: يمكن أن تصل مسافة الاتصال الخاصة بـ LoRa إلى عشرات الكيلومترات، مما يجعل مسافة الاتصال الخاصة بقفل الباب الذكي مضمونة بشكل أفضل.
-
منخفضة التكلفة: تعتبر تكلفة إنتاج وحدات Lora منخفضة نسبيًا، واستخدام LoRa كبروتوكول اتصال لاسلكي يمكن أن يقلل من تكلفة أقفال الأبواب الذكية.
-
قدرة قوية على مكافحة التداخل: تتمتع LoRa بقدرة قوية مضادة للتداخل، مما يمكنها من تجنب التداخل في الاتصالات بشكل فعال.
ومع ذلك، فإن LoRa لديها أيضا بعض العيوب.
-
معدل اتصال منخفض: يبلغ معدل الاتصال في تقنية LoRa عادةً بضع مئات من البتات في الثانية، وهو ما لا يمكنه تلبية الطلب على النقل عالي السرعة.
-
إنشاء الشبكة بطيء: إن سرعة إنشاء شبكة LoRa بطيئة، مما لا يمكنها تلبية سيناريوهات التطبيق ذات المتطلبات العالية في الوقت الفعلي.
-
حساسة لفقدان المسار: تعتبر إشارة LoRa حساسة لفقدان المسار، وعندما يزداد فقدان المسار، تصبح الإشارة أضعف وتؤثر على جودة الاتصال.
إنترنت الأشياء ضيق النطاق
إنترنت الأشياء ضيق النطاق (NB-IoT) هي تقنية خلوية توفر تغطية واسعة، وعمر بطارية طويل، وتطبيقًا فعالًا من حيث التكلفة. وهي تُعدّ جزءًا من سوق إنترنت الأشياء منخفض التكلفة، وتعتمد على طيف مُعتمد، وتتمتع بآفاق تطبيقية واسعة. تشمل هذه التطبيقات: مراقبة البيئة، ومواقف السيارات الذكية، وقراءة العدادات عن بُعد، والزراعة، وتربية الحيوانات. يصعب دعم هذه السيناريوهات من خلال اتصالات الهاتف المحمول الحالية. تتوقع شركة أبحاث السوق "ماشينا" (Machina) أن تغطي تقنية إنترنت الأشياء ضيق النطاق (NB-IoT) ما يصل إلى 251 تريليون اتصال إنترنت الأشياء في المستقبل.
يُعد إنترنت الأشياء ضيق النطاق (NB-IoT) تقنيةً مُحسّنةً مهمةً لتقنية LTE في المرحلة R13 من مشروع 3GPP، ويمكن أن يصل عرض نطاق الترددات الراديوية إلى 0.18 ميجاهرتز. ويُمثل إنترنت الأشياء ضيق النطاق (NB-IoT) تقاربًا لمعيارين، هما NB-CIoT وNB-LTE، يُوازن مصالح جميع الأطراف وينطبق على نطاق أوسع من سيناريوهات النشر. من بين هذه الشركات، تدعم هواوي وفودافون وكوالكوم NB-CIoT؛ بينما تدعم إريكسون وZTE وسامسونج وإنتل وMTK وغيرها NB-LTE. تختلف NB-CIoT وNB-LTE اختلافًا كبيرًا عن NB-IoT القياسي، حيث يصعب ترقية الأجهزة الطرفية بسلاسة، بل إن بعض محطات القاعدة غير القياسية تُواجه خطر الانسحاب من الشبكة.
تتضمن بعض مزايا NB-LoT ما يلي:
استهلاك منخفض للطاقة: يمكن لأجهزة NB-LoT العمل لفترات طويلة على بطاريات صغيرة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في المواقع النائية أو التي يصعب الوصول إليها.
المدى الطويل: يمكن لـ NB-LoT تغطية مسافات كبيرة، تصل إلى عدة كيلومترات، اعتمادًا على البيئة.
منخفضة التكلفة:تعتبر أجهزة NB-LoT غير مكلفة نسبيًا في الإنتاج، مما يجعلها خيارًا فعالاً من حيث التكلفة للعديد من تطبيقات إنترنت الأشياء.
معدلات بيانات منخفضة: تم تصميم NB-LoT للتطبيقات التي لا تتطلب معدلات بيانات عالية، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات إنترنت الأشياء البسيطة مثل شبكات الاستشعار.
تتضمن بعض العيوب المحتملة لـ NB-LoT ما يلي:
النطاق الترددي المحدود: يتميز NB-LoT بنطاق ترددي ضيق نسبيًا، مما يعني أنه لا يمكنه نقل سوى كمية محدودة من البيانات في المرة الواحدة. هذا قد يجعله غير مناسب للتطبيقات التي تتطلب معدلات بيانات عالية أو كميات كبيرة من البيانات.
عدد محدود من الأجهزة المتصلة: إن طبيعة النطاق الضيق لـ NB-LoT تعني أنها لا تستطيع دعم سوى عدد محدود من الأجهزة المتصلة في وقت واحد.
قد يتأثر المدى بالظروف البيئية: يمكن أن يتأثر مدى NB-LoT بالعوامل البيئية مثل المباني والأشجار والعقبات الأخرى، مما قد يقلل من المدى الفعال للتكنولوجيا.
بشكل عام، تُعد تقنية NB-LoT تقنية مفيدة لتمكين تطبيقات إنترنت الأشياء منخفضة الطاقة ونطاق التردد المنخفض من التواصل لمسافات طويلة. ومع ذلك، فإن نطاقها الترددي المحدود واحتمالية تأثر مداها بالعوامل البيئية قد تجعلها غير مناسبة لأنواع معينة من التطبيقات.
3G/4G/5G
توفر شبكات الهاتف المحمول هذه اتصالاً عالي السرعة ووظيفة التحكم عن بعد.
-
جدول مقارنة البروتوكولات
|
بروتوكول
|
يتراوح
|
سرعة
|
قوة
|
يكلف
|
مناسب ل
|
|
واي فاي
|
عالي
|
عالي
|
عالي
|
واسطة
|
الوصول عن بعد
|
|
زيجبي
|
واسطة
|
قليل
|
قليل
|
قليل
|
شبكة للاستخدام المنزلي
|
|
لورا
|
عالية جدًا
|
منخفض جدًا
|
قليل
|
قليل
|
أقفال ذكية خارجية
|
|
بلوتوث
|
واسطة
|
منخفض جدًا
|
قليل
|
أقفال ذكية محلية
|
-
اختيار البروتوكول المناسب لنظام القفل الذكي الخاص بك
يعتمد اختيار بروتوكول الاتصال اللاسلكي المناسب على احتياجات تطبيقك: النطاق، ومصدر الطاقة، وتوافق الجهاز، وبيئة التثبيت. على سبيل المثال، يُعدّ Zigbee أو Z-Wave خيارين ممتازين للشبكات المنزلية، بينما يُعدّ LoRa وNB-IoT خيارين أفضل للتطبيقات الصناعية أو تطبيقات المسافات الطويلة.
-
الاتجاهات المستقبلية في الاتصالات اللاسلكية للأقفال الذكية
سيركز مستقبل اتصالات الأقفال الذكية على التوافقية والأمان وانخفاض استهلاك الطاقة. ومن المتوقع أن تهيمن بروتوكولات مثل Matter وNB-IoT وLoRa على هذا المجال بفضل معاييرها المفتوحة ودعمها للتكامل السلس.
خاتمة
يُساعدك فهم الاختلافات بين بروتوكولات الاتصال اللاسلكي على اختيار الأنسب لنظام القفل الذكي الخاص بك. في YonAnn، نُقدم حلولاً متطورة للأقفال الذكية تتكامل بسلاسة مع تقنيات إنترنت الأشياء الرائدة.
Arabic 
English 
Russian 
Spanish 
Vietnamese