پروتکل های کنترل روشنایی – بخش 3
پروتکل های کنترل روشنایی - بخش سوم
توپولوژی (نحوه اتصال) (TOPOLOGY)
یک پروتکل اغلب از طریق یک توپولوژی، نحوه اتصال هر دستگاه را دیکته می کند. منظور از توپولوژی، مسیری است که در طول آن داده بین دستگاه ها و چراغ ها منتقل می شود. یک پروتکل همچنین ممکن است تعداد دستگاه‌ها یا اتصالاتی را که می‌توان در طول مسیر از آن استفاده کرد را محدود کند. جدول زیر توپولوژی های رایج برای پروتکل های دیجیتال است:
| WIRED | WIRELESS |
| Topology Free | Local Point to Point |
| Daisy Chain | Gateway |
| Loop | Mesh |
| Star |
توپولوژی سیمی (WIRED TOPOLOGY)
در هنگام انتخاب پروتکل، توپولوژی ها ممکن است عامل تعیین کننده ای باشند ، زیرا هر کدام از آنها یک راه حل منحصر به فرد ارائه می دهند. توپولوژی های سیمی اصلی عبارتند از:
- Topology free
- Daisy Chain
- Loop
- Star
Topology Free:
مستلزم هیچ الگویی برای عملکرد نیست تا زمانی که همه دستگاه ها به یک هادی یکسان متصل شده باشند. DALI یک پروتکل Topology Free است و می تواند در الگوهای مختلف برای رفع نیازهای پروژه نصب شود، تا زمانی که این الگوها دو بار به یک دستگاه از جمله کنترلر متصل نشوند.
Daisy Chain:
Daisy Chain شامل سیم کشی هر دستگاه به صورت سری، یکی پس از دیگری تا حداکثر تعداد دستگاه ها است. کنترل‌کننده‌ها دارای چندین پورت خروجی یا یک تقسیم‌کننده هستند تا Daisy Chain متعددی را پشتیبانی کنند، اما یک daisy chain را نمی‌توان از طریق سیم‌کشی یا روش دیگری تقسیم بندی کرد چون داده‌ها ممکن است از بین بروند. DMX و BACnet از توپولوژی Daisy Chain برای برقراری ارتباط استفاده می کنند.
loop:
loop شبیه به daisy chain است با این تفاوت که آخرین اتصال در زنجیره باید به مبدأ یعنی کنترلر برگردد. 0-10 ولت از توپولوژی loop استفاده می کند زیرا سیگنال ارسالی توسط درایور تولید شده، از دیمر عبور کرده و به درایور باز می گردد.
Star:
این توپولوژی متکی به یک هاب مرکزی مانند یک سوئیچ شبکه با اتصالات جداگانه به هر دستگاه است. daisy chain را می‌توان روی هر اتصال نصب کرد، اما همه پروتکل‌ها یا دستگاه‌ها اجازه نصب به daisy chain نمی‌دهند و ممکن است برای هر گروه از اتصالات به یک هاب نیاز داشته باشند. PoE از توپولوژی star استفاده می کند زیرا هم برق تغذیه و هم داده از یک سوئیچ PoE می آیند. اسپلیترهای DMX نیز از توپولوژی star استفاده می کنند.
توپولوژی بی سیم (WIRELESS TOPOLOGY)
توپولوژی های اصلی بی سیم عبارتند از: local point to point، Gateway، و Mesh. درک کامل از توپولوژی پروتکل و نیازهای نصب، از عملکرد ضعیف سیستم جلوگیری می کند.
Local Point to Point:
توسط برخی از پروتکل های بی سیم برای فضاهای کوچکی که دارای تعداد محدودی دستگاه هستند، استفاده می شود. پروتکل هایی که از این توپولوژی استفاه می کنند به تدریج جایگاه خود را به پروتکل های بی سیم قوی تر با همان توانایی مشابه می دهند. نسخه های قدیمی بلوتوث و WiFi از این توپولوژی استفاده می کنند.
Gateway:
یک روش بی سیم است که شبیه توپولوژی سیمی star است. یک Gateway مرکزی که داده ها را به دستگاه های موجود در محدوده انتقال می دهد. این به حداقل یک Gateway و احتمالا Gateway های اضافی برای دستگاه های خارج از محدوده نیاز دارد. بلوتوث و WiFi نیز می توانند از این توپولوژی استفاده کنند.
Mesh:
Mesh یک روش بی سیم شبیه به روش سیمی Topology Free بوده که در آن دستگاه ها می توانند در الگوهای غیرمشابه به یک دیگر متصل شوند دستگاه های Mesh دارای دستگاه های فرستنده/ گیرنده هستند — دستگاه هایی که می توانند داده را ارسال و دریافت کنند—که به سیستم قابلیت گستردگی و توسعه میدهد تا بتوان دستگاه جدیدی به سیستم اضافه کرد. Zigbee و نسخه های جدیدتر بلوتوث از Mesh بخاطر فراهم شدن راهکار های انعطاف پذیر و پویا استفاده می کنند.
محدودیت های پروتکل
پروتکل ها محدودیت هایی دارند که باید مورد بررسی قرار بگیرند و عبارتند از:
- فاصله
- حداکثر تعداد دستگاه ها
- سرعت داده
فاصله:
پروتکل‌های سیمی از لحاظ دامنه، دارای ثابت ترین محدوده هستند، البته تا زمانی سیم مناسب انتخاب و استفاده شده باشد. اما پروتکل‌های بی‌سیمی که از توپولوژی mesh استفاده می‌کنند ممکن است بتوانند بدون نیاز به سخت‌افزار اضافی به دامنه بیشتر هم برسند.
برای مثال، پروتکل DMX حداکثر فاصله توصیه شده 1000 فوت (معادل 304.8 متر) را دارد قبل از اینکه نیاز به تکرارگر (repeater) باشد— تکرارگر به تجهیزات الکترونیکی گفته می شود که سیگنالی را دریافت و آن را با سطح دامنه بالاتر، انرژی بیشتر به سمت دیگر ارسال می‌کنند. به این صورت می‌توان سیگنال دریافتی را بدون کاستی به فواصل دورتری فرستاد تا مناطق بیشتری را تحت پوشش قرار دهد—در حالی که بلوتوث در شرایط ایده آل می تواند تا 300 فوت (معادل 91.44 متر) از دستگاهی به دستگاه دیگر را پشتیبانی کند، و از آنجا که برخی از نسخه های بلوتوث دارای توپولوژی mesh هستند، دامنه می تواند با هر دستگاه جدید افزایش یابد و نیازی به تکرارگر نباشد. پروتکل های اینترنتی نیز محدوده فاصله ای تقریبا 300 فوتی را دارند.
روش های دیم فاز و 0-10 ولت نیز دارای محدودیت فاصله هستند، اما این محدودیت متغیر بوده و به سطح مقطع سیم استفاده شده و سایر وضعیت های محل پروژه بستگی دارد.
حداکثر تعداد دستگاه ها:
هر پروتکل دارای حداکثر تعداد دستگاه هایی است که می تواند به طور همزمان با آن ها کار کند، اما بیشتر پروتکل های اینترنتی شامل محدودیت بسیار بالایی هستند که به ندرت در مورد آن صحبت می شود. پروتکل های سیمی بیشترین محدودیت در مورد حداکثر تعداد دستگاه را دارند که با DALI شروع می شود و فقط می تواند از 64 دستگاه متصل پشتیبانی کند. پروتکل DMX می‌تواند میزبان 512 دستگاه تک آدرس باشد، اما هر daisy chain فقط می‌تواند از 32 دستگاه پشتیبانی کند، بنابراین برای رسیدن به حداکثر دستگاه‌های مجاز، استفاده از splitter ها ضروری هست.
بررسی دقیق حداکثر تعداد دستگاه ها برای سیستم ها و سیم کشی و کسب اطمینان از کارکرد سیستم ضروری است.
سرعت داده:
محدودیت دیگری که باید مورد بررسی قرار بگیرد سرعت داده بوده که با نام های (data speed, Baud Rate, Frame Rate) شناخته می شود، سرعت تحویل هر بسته داده (هر بسته داده معادل تقریبا 5682 بیت است) است که به بیت در ثانیه اشاره دارد. به عنوان مثال، DMX با 250,000 بیت در ثانیه کار می کند، به این معنی که می تواند تقریباً 44 بسته داده در ثانیه ارسال کند. در مقابل، DALI با سرعت 1200 بیت در ثانیه کار می کند. این سرعت در طراحی معماری قابل قبول است، اما در طراحی تئاتر، این سرعت بسیار کند محسوب می شود. پروتکل های مبتنی بر IP معمولا سریع ترین سرعت را با انتقال میلیون ها بیت در ثانیه دارند.
پروتکل های باز (OPEN PROTOCOLS)
پروتکل باز پروتکلی است که هر سازنده ای می تواند از آن استفاده و بر روی سیستم خود پیاده سازی کند. پروتکل‌های باز استانداردهایی دارند (اغلب استانداردهای IEEE) و دستگاه‌ها باید با این استانداردها مطابقت داشته باشند تا سازگاری آن ها تضمین شود بدون آن که هیچ گونه استثنائی در مورد شرکت سازنده این دستگاه ها قائل شویم. این تطابق اجازه می دهد که چندین شرکت سازنده ادوات مورد نیاز یک سیستم را فراهم کنند اما اطمینان از کامل و کارآمد بودن یک سیستم، وظیفه ای است که بیشتر بر عهده طراح است. در واقع پروتکل‌های باز مانند EnOcean، بسته به تکنولوژی شرکت سازنده ایجاد می شوند اما به شرکت های سازنده دیگر نیز اجازه می دهد تا از آن پروتکل استفاده کنند.
پروتکل های باز مزایای هماهنگی بین چندین شرکت سازنده مختلف را ضمانت می دهند، اما اگر ناسازگاری یا خرابی ای در محل پروژه پیدا شود، شناسایی شرکت سازنده ای که عامل این خرابی بوده می تواند چالش برانگیز باشد. رابط هایی وجود دارند که برای اتصال چندین پروتکل های باز متفاوت به یکدیگر طراحی شده اند، اما باید در نظر داشت که طراحی و ذات یک سیستم به نحوی است که از کمترین تعداد پروتکل ممکن برای هر عملکرد غالبا استفاده می کند. از آنجایی که استانداردهای مربوط به پروتکل باز ممکن هستند در طول زمان دچار تغییر و تنوع شوند، اطمینان حاصل کنید که در یک سیستم کنترل روشنایی همه دستگاه‌های بکار گرفته شده متناسب با همان نسخه از پروتکل باز طراحی شده باشند یا حداقل از سازگاری دستگاه ها اطمینان حاصل کنید.
در جدول زیر تعدادی پروتکل باز معرفی شده اما این لیست جامع نیست:
| DALI | KNX |
| DMX/RDM | Wi-Fi |
| RS232 | Bluetooth® |
| ArtNet | Zigbee |
| sACN | Z-Wave® |
| BACnet | Modbus |
| LonWorks |
پروتکل های اختصاصی (PROPRIETARY PROTOCOLS)
پروتکل اختصاصی پروتکلی است که فقط بر روی یک محصول منحصر به فرد شرکت سازنده کار می کند. این پروتکل ها ممکن است در ابتدا یک پروتکل باز بوده باشند، مانند DALI، اما سازنده کد را به حدی تغییر داده است که ممکن است با نسخه باز پروتکل ناسازگار باشد.
در این زمان، تشخیص پروتکل های اختصاصی به طور کلی آسان تر است، زیرا شرکت سازنده قبل از فروش تجهیزات را به طور کامل آزمایش می کند. اما اگر پروژه از دستگاه ها و چراغ های ساخته شده توسط سازندگان متفاوت استفاده کند، ممکن است استفاده از پروتکل های اختصاصی گزینه مناسبی نباشد. سازندگان ممکن است دستگاه های خود را با پروتکل اختصاصی برای سازندگان دیگر تهیه کرده تا آن ها بتوانند این پروتکل اختصاصی را بر اساس معیار OEM در دستگاه ها و چراغ های خود نصب کنند. (معیار OEM—مخففOriginal Equipment Manufacturer—اصطلاحی در مباحث صنعتی است و به شرکت هایی اطلاق می شود که محصولات یا ادواتی را تولید کرده تا شرکت های دیگر از آن محصول در ادوات جدید خود استفاده کنند.)
پروتکل های پیش از درایور چراغ اغلب پروتکل های باز هستند، بنابراین سیستم های اختصاصی دستگاه هایی مانند کنترل کننده های اتاق دارند که می توانند از "پروتکل سیستم" به "پروتکل پیش از درایور" ترجمه کنند. در حالت دیگر، سازنده ممکن است چراغ‌ها با درایورهایی را فراهم کند که به جای پروتکل باز از پروتکل سیستم استفاده می‌کنند.
پروتکل های باز در مقابل پروتکل های اختصاصی
هنگام مقایسه پروتکل های باز با اختصاصی سیستم موارد زیادی وجود دارند که باید در نظر گرفته شوند.
پروتکل های باز بدون در نظر گرفتن شرکت سازنده دستگاه کنترل یا چراغ، ثبات را تضمین می کند. بنابراین برنامه ریزی آسان تر می شود، اما بدون یک شرکت سازنده معتبر، سیستم نیاز به نظارت بیشتری دارد.
در ایالات متحده، اکثر تولیدکنندگان قدرتمندتر برای محصولات خود پروتکل های اختصاصی دارند. برخی از پروژه ها ممکن است به صورت هم زمان پروتکل های باز و اختصاصی داشته باشند.
هنگام انتخاب پروتکل های باز و اختصاصی ، به نوع کاربری نگاه کنید. طرح های اداری ساده و روشنایی خیابان بخاطر سادگی، بسیار مناسب یک راه حل اختصاصی هستند. اما اگر یک پروژه، پروژه ای عمومی باشد و نیاز به سه سازنده در مناقصه داشته باشد، سیستم ها ممکن است از نظر عملکرد و نصب نسبت به یک دیگر بسیار متفاوت باشند. پروژه‌های با تغییر رنگ و طرح‌های تئاتری، پیچیده‌تر هستند و به پروتکل‌های باز نیاز دارند، از آنجایی که سازندگانی که چراغ‌های پروژه را تأمین می کنند ممکن است متفاوت باشند.
یکپارچه ساز ها (INTEGRATORS)
هنگام استفاده از پروتکل های باز، استفاده از یک یکپارچه ساز شخص ثالث (منظور از شخص ثالث، شرکت سازنده متفاوت و متمایز است) را در نظر بگیرید، یک پیمانکاری که مسئول اتصالات و برنامه ریزی سیستم است. یکپارچه‌سازها به نظارت بر سیستم کمک می‌کنند و برای هماهنگ کردن اتصالات و راه‌اندازی، با همه سازندگان مربوطه ارتباط برقرار می کنند. در زمینه انعطاف پذیری و توانایی کار کردن با تمام پروتکل ها و محصولات استفاده شده در پروژه، یک پارچه ساز باید دارای گواهینامه رسمی باشد.
برای پروتکل های اختصاصی، به جای یکپارچه ساز، خودِ شرکت سازنده غالبا بر پروژه نظارت می کند و محصولات خود را یکپارچه می کند. اگرچه شرکت های سازنده محدود به محصولات خود هستند و استفاده از بیش از یک پروتکل اختصاصی ممکن است هزینه پروژه را چند برابر کند و متعاقبا باعث می شود که فقط با یک شرکت سازنده کار کنیم.
اگر از یکپارچه ساز شخص ثالث استفاده شود، شرکت سازنده ممکن است که توصیه کنند که از یک تکنسین استفاده کنیم. در این موارد، محدوده پروژه باید تعیین شود تا به کمک آن مشخص کنیم کدوم گروه مسئول کنترل محصولات، اتصالات، برنامه نویسی، و راه اندازی است تا از شکاف دامنه اجتناب کنیم. (منظور از شکاف دامنه این است که هیچ یک قسمتی از محدوده پروژه نباید بدون کنترل کننده باشد و نباید از قلم بیفتد)