فرکانس ۹۰۰ مگاهرتز در برابر ۲.۴ گیگاهرتز: چگونه فرکانس‌های زی-ویو و ترد/زیگبی برد و تداخل را تعیین می‌کنند؟

تصمیم‌گیری در مورد انتخاب پروتکل خانه هوشمند – زی-ویو، زیگبی یا استاندارد جدیدتر ترد – معمولاً بر اساس فرکانس رادیویی که روی آن کار می‌کنند، انجام نمی‌شود. صاحبان خانه‌ها معمولاً بر اساس سازگاری دستگاه، نیازهای هاب یا یکپارچگی اکوسیستم انتخاب می‌کنند. با این حال، ویژگی‌های فیزیکی امواج رادیویی مورد استفاده این پروتکل‌ها، عملکرد آن‌ها را در یک محیط واقعی، بیش از هر ویژگی نرم‌افزاری دیگری تعیین می‌کند. تقسیم‌بندی اصلی بین باند زیر ۱ گیگاهرتز (به طور خاص ۹۰۸.۴۲ مگاهرتز در آمریکای شمالی) که توسط زی-ویو استفاده می‌شود، و باند ۲.۴ گیگاهرتز که توسط هر دو پروتکل زیگبی و ترد به کار می‌رود، قرار دارد [۱][۴].[1][4]

این تفاوت فرکانس صرفاً یک مشخصه فنی نیست؛ بلکه نحوه رفتار سیگنال را هنگام برخورد با موانع تعیین می‌کند. امواج رادیویی نوعی تابش الکترومغناطیسی هستند و طول موج آن‌ها نسبت عکس با فرکانس دارد. سیگنال ۹۰۰ مگاهرتز طول موج بلندتری نسبت به سیگنال ۲.۴ گیگاهرتز دارد. از نظر عملی، طول موج‌های بلندتر در نفوذ به اجسام جامد مانند دیوار خشک، آجر و بتن بهتر عمل می‌کنند [۳][۴]. هنگامی که یک سیگنال زی-ویو به دیوار برخورد می‌کند، درصد بیشتری از انرژی آن عبور می‌کند، در مقایسه با سیگنال زیگبی یا ترد که احتمال جذب یا بازتاب آن بیشتر است.[3][4]

نتیجه این امر، تفاوت قابل توجهی در برد مؤثر است. در محیط باز و بدون مانع، یک دستگاه زی-ویو می‌تواند تا ۱۰۰ متر (۳۲۸ فوت) دورتر با هاب ارتباط برقرار کند [۳]. دستگاه‌های زیگبی و ترد که در فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز کار می‌کنند، معمولاً در داخل ساختمان حداکثر به برد ۱۰ تا ۳۰ متر (۳۳ تا ۱۰۰ فوت) می‌رسند [۴]. اگرچه هر سه پروتکل از شبکه‌بندی مش (Mesh Networking) استفاده می‌کنند – جایی که دستگاه‌ها به عنوان تکرارکننده عمل کرده و برد شبکه را گسترش می‌دهند – اما برد اولیه هر گره (Node) تعیین می‌کند که برای پوشش یک منطقه مشخص به چند تکرارکننده نیاز است.[3][4]

برای صاحب خانه‌ای که قفل هوشمندی را روی گاراژ مجزا یا حسگر دروازه‌ای را در انتهای مسیر ورودی نصب می‌کند، این واقعیت فیزیکی اهمیت حیاتی دارد. یک شبکه زی-ویو ممکن است با تنها یک تکرارکننده میانی یا شاید مستقیماً از هاب به گاراژ برسد. اما یک شبکه زیگبی یا ترد احتمالاً به زنجیره‌ای از چندین دستگاه متصل به برق که به عنوان مسیریاب عمل می‌کنند، نیاز دارد تا همان فاصله را پوشش دهد [۲][۵]. اگر آن دستگاه‌های میانی برق خود را از دست بدهند یا آفلاین شوند، اتصال به حسگر دوردست قطع خواهد شد.[2][5]

با این حال، باند ۹۰۰ مگاهرتز نیز بدون محدودیت نیست. نقطه ضعف اصلی آن پهنای باند است. نرخ انتقال داده زی-ویو نسبتاً پایین است و حداکثر به ۱۰۰ کیلوبیت بر ثانیه (kbps) می‌رسد [۱]. این میزان برای انتقال دستورات ساده‌ای مانند «روشن کردن چراغ» یا «درب باز شد» کاملاً کافی است، اما نمی‌تواند از پس برنامه‌های پر پهنای باند مانند پخش جریانی صدا یا ویدئو برآید. باند ۲.۴ گیگاهرتز مورد استفاده زیگبی و ترد، نرخ داده‌های به مراتب بالاتری را ارائه می‌دهد، تا ۲۵۰ کیلوبیت بر ثانیه برای زیگبی، که امکان انتقال داده‌های پیچیده‌تر و به‌روزرسانی‌های سریع‌تر سیستم‌عامل (Firmware) را فراهم می‌کند [۱][۴].[1][4]

مهم‌ترین چالش باند ۲.۴ گیگاهرتز، شلوغی و ازدحام است. این همان باند فرکانسی است که توسط وای‌فای، بلوتوث، اجاق‌های مایکروویو و تلفن‌های بی‌سیم استفاده می‌شود [۴][۵]. در یک خانه مدرن معمولی، طیف ۲.۴ گیگاهرتز شلوغ است و این امر منجر به تداخل احتمالی فرکانس رادیویی (RF) می‌شود. هنگامی که یک دستگاه زیگبی یا ترد تلاش می‌کند داده‌ای را ارسال کند، باید با روتر وای‌فای خانه و سایر دستگاه‌ها برای زمان ارسال رقابت کند. این تداخل می‌تواند باعث از دست رفتن بسته‌های داده، تأخیر در اجرای دستورات و بی‌ثباتی شبکه شود.[4][5]

کاهش این تداخل نیازمند برنامه‌ریزی دقیق شبکه است. انجمن Home Assistant، که یک مرکز اصلی برای علاقه‌مندان به خانه‌های هوشمند است، منابع گسترده‌ای را به بهینه‌سازی شبکه‌های زیگبی اختصاص داده است. یک استراتژی اصلی شامل انتخاب دستی کانال زیگبی است که با کانال‌های فعال وای‌فای خانه همپوشانی نداشته باشد [۵]. کانال‌های ۱، ۶ و ۱۱ وای‌فای معمولاً استفاده می‌شوند، بنابراین قرار دادن شبکه زیگبی روی کانال ۱۵، ۲۰ یا ۲۵ می‌تواند تداخل را به طور قابل توجهی کاهش دهد [۵]. شبکه‌های ترد نیز با همین چالش روبرو هستند و برای ثبات بهینه به مدیریت کانال مشابهی نیاز دارند [۲].[2][5]

زی-ویو، که در باند زیر ۱ گیگاهرتز کار می‌کند، تا حد زیادی از این ازدحام دوری می‌کند. طیف ۹۰۰ مگاهرتز بسیار خلوت‌تر است و عمدتاً توسط تلفن‌های بی‌سیم قدیمی و برخی دستگاه‌های پایش کودک (Baby Monitors) استفاده می‌شود [۴]. این عدم تداخل، همراه با قابلیت‌های برتر آن در نفوذ از دیوار، زی-ویو را برای کاربردهای حیاتی مانند حسگرهای امنیتی و قفل‌های درب، که در آن‌ها از دست رفتن سیگنال غیرقابل قبول است، بسیار قابل اعتماد می‌سازد. البته، محدودیت آن در اندازه شبکه است؛ یک شبکه زی-ویو حداکثر ۲۳۲ دستگاه را پشتیبانی می‌کند، در حالی که زیگبی از نظر تئوری می‌تواند بیش از ۶۵,۰۰۰ گره را پشتیبانی کند [۳][۴].[3][4]

انتخاب بین این پروتکل‌ها در نهایت به نیازهای خاص نصب بستگی دارد. برای یک ملک گسترده با دیوارهای ضخیم یا ساختمان‌های جانبی، ویژگی‌های فیزیکی زی-ویو مزیت مشخصی در برد و قابلیت اطمینان ارائه می‌دهد [۳]. برای استقرار متراکم صدها لامپ و حسگر هوشمند در یک فضای کوچک‌تر، پهنای باند بالاتر و ظرفیت عظیم گره‌های زیگبی یا ترد ضروری می‌شود، مشروط بر اینکه تداخل ۲.۴ گیگاهرتز به طور فعال مدیریت شود [۲][۵].[2][3][5]