IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4: دليل المبتدئين

IEEE 802.15.4 هو معيار لشبكات المنطقة الشخصية اللاسلكية (WPANs) تم تطويره بواسطة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE). يهدف هذا المعيار إلى توفير أساس لشبكات لاسلكية منخفضة الطاقة، ومنخفضة معدل البيانات، ومناسبة للتطبيقات التي تتطلب عمر بطارية طويلًا. في هذا المقال، سنستكشف جوانب مختلفة من IEEE 802.15.4، بدءًا من بنيته وصولًا إلى تطبيقاته.

نظرة عامة

تم تصميم IEEE 802.15.4 ليكون مكملاً لمعايير الشبكات اللاسلكية الأخرى مثل واي فاي (IEEE 802.11) و بلوتوث. على عكس واي فاي التي تركز على معدلات البيانات العالية والمدى الأطول، يتميز 802.15.4 بتركيزه على استهلاك الطاقة المنخفض والتكلفة المنخفضة. هذا يجعله مثاليًا لتطبيقات مثل إنترنت الأشياء (IoT)، وأجهزة الاستشعار، والتحكم عن بعد، والشبكات المنزلية الذكية.

طبقات البروتوكول

يعتمد IEEE 802.15.4 على نموذج بروتوكول طبقي مشابه لـ نموذج OSI. يتكون من طبقتين رئيسيتين:

الطبقة الفيزيائية (PHY) : تحدد خصائص الإرسال والاستقبال اللاسلكي، بما في ذلك الترددات المستخدمة، ومعدلات البيانات، وطريقة التعديل.
طبقة ربط البيانات (MAC) : تتحكم في الوصول إلى الوسائط اللاسلكية وتوفر خدمات مثل معالجة الأخطاء والتوجه.

بالإضافة إلى هاتين الطبقتين، يوجد طبقة شبكة أعلى (عادةً ما تكون 6LoWPAN أو Zigbee) توفر وظائف إضافية مثل التوجيه وإدارة الشبكة.

الطبقة الفيزيائية (PHY)

تحدد الطبقة الفيزيائية خصائص الإرسال والاستقبال. تشمل الخيارات الرئيسية:

نطاقات التردد : 2.4 جيجاهرتز، 915 ميجاهرتز (في الأمريكتين)، 868 ميجاهرتز (في أوروبا).
معدلات البيانات : 20 كيلو بت في الثانية، 40 كيلو بت في الثانية، 100 كيلو بت في الثانية، و 250 كيلو بت في الثانية.
طرق التعديل : O-QPSK و BPSK.

اختيار التردد ومعدل البيانات يعتمد على متطلبات التطبيق. معدلات البيانات المنخفضة توفر مدى أطول واستهلاكًا أقل للطاقة، بينما معدلات البيانات العالية توفر معدل نقل أسرع.

طبقة ربط البيانات (MAC)

تتحكم طبقة ربط البيانات في الوصول إلى الوسائط اللاسلكية. تستخدم بروتوكول CSMA/CA (الوصول المتعدد مع استشعار الناقل/التحكيم العشوائي) لتجنب الاصطدامات. تشمل الميزات الرئيسية:

إطارات الصدارة : تستخدم لتنسيق الوصول إلى الوسائط.
تأكيد الإرسال : يضمن تسليم البيانات بشكل موثوق.
وضع الإرسال : يمكن أن يكون الإرسال مباشرًا أو غير مباشر.

تطبيقات IEEE 802.15.4

يستخدم IEEE 802.15.4 في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:

إنترنت الأشياء (IoT) : أجهزة الاستشعار الذكية، والعدادات الذكية، والمراقبة البيئية.
الشبكات المنزلية الذكية : التحكم في الإضاءة، وأنظمة الأمن، والأجهزة المنزلية الذكية.
الرعاية الصحية : مراقبة المرضى عن بعد، وأجهزة تتبع اللياقة البدنية.
الأتمتة الصناعية : مراقبة العمليات الصناعية، والتحكم في الآلات.
تتبع الأصول : تتبع البضائع والمخزون في سلاسل التوريد.

بروتوكولات مبنية على IEEE 802.15.4

هناك العديد من البروتوكولات التي تعتمد على IEEE 802.15.4 لتوفير وظائف إضافية:

Zigbee : بروتوكول شبكة موجه يعتمد على IEEE 802.15.4.
6LoWPAN : بروتوكول يسمح لأجهزة IPv6 بالتواصل عبر شبكات IEEE 802.15.4.
Thread : بروتوكول شبكة موجه مصمم للأجهزة المنزلية الذكية.
Z-Wave : بروتوكول شبكة لاسلكية يستخدم بشكل أساسي في الأتمتة المنزلية.

اعتبارات الطاقة

أحد أهم مزايا IEEE 802.15.4 هو استهلاكه المنخفض للطاقة. يتم تحقيق ذلك من خلال عدة آليات:

وضع السكون : يمكن للأجهزة الدخول في وضع السكون لتقليل استهلاك الطاقة عندما لا تكون نشطة.
تعديل الطاقة : يمكن تعديل طاقة الإرسال لتقليل استهلاك الطاقة.
تقليل حجم الحزمة : تقليل حجم الحزمة يقلل من وقت الإرسال وبالتالي استهلاك الطاقة.

الأمان

يوفر IEEE 802.15.4 آليات أمان أساسية، ولكنها غالبًا ما تكون غير كافية للتطبيقات الحساسة. عادةً ما يتم استخدام بروتوكولات طبقة الشبكة مثل Zigbee لتقديم ميزات أمان إضافية، مثل التشفير والمصادقة.

التحديات والمستقبل

على الرغم من مزاياه، يواجه IEEE 802.15.4 بعض التحديات:

التداخل : يمكن أن يكون التداخل من الأجهزة اللاسلكية الأخرى مشكلة.
قابلية التوسع : قد يكون من الصعب توسيع شبكات IEEE 802.15.4 لتشمل عددًا كبيرًا من الأجهزة.
الأمان : كما ذكرنا سابقًا، قد تكون آليات الأمان الأساسية غير كافية.

ومع ذلك، فإن مستقبل IEEE 802.15.4 واعد. مع استمرار نمو إنترنت الأشياء، من المتوقع أن يزداد الطلب على شبكات لاسلكية منخفضة الطاقة ومنخفضة التكلفة.

روابط ذات صلة

استراتيجيات التحليل الفني وحجم التداول (للتداول في الشركات المتعلقة بتقنيات IEEE 802.15.4)

ابدأ التداول الآن

سجل في IQ Option (الحد الأدنى للإيداع $10) افتح حساباً في Pocket Option (الحد الأدنى للإيداع $5)

انضم إلى مجتمعنا

اشترك في قناة Telegram الخاصة بنا @strategybin للحصول على: ✓ إشارات تداول يومية ✓ تحليلات استراتيجية حصرية ✓ تنبيهات باتجاهات السوق ✓ مواد تعليمية للمبتدئين