راه حل هاي موجود براي شبکه هاي WHAN

در اين بخش مروري بر راه حل هاي موجود براي شبکه هاي WHAN مي اندازيم که پيش از اين هم از آنها نام برديم. جزئيات بيشتر و مشخصه هاي اصلي هرکدام ازاين راه حل ها در جدول (1) آمده است.

راه حل ZigBee
 

ZigBee يک فناوري شبکه سازي بدون سيم است که توسط ائتلاف ZigBee، براي کاربردهاي با برد کم و نرخ داده پائين طراحي شده است. پشته پروتکل ZigBee شامل چهار لايه است: لايه فيزيکي(PHY)، لايه کنترل دسترسي رسانه( MAC)، لايه شبکه( NWK) و لايه نرم افزار کاربردي( APL). به علاوه ZigBee عملکردهاي مديريتي را نيز در لايه هاي مختلف ارايه مي دهد( شکل 2a).
دو لايه پائيني ZigBee توسط استاندارد IEEE 802.15.4 تعريف شده اند ولي بقيه لايه ها توسط ZigBee تعريف شده است. نسخه اوليه IEEE 802.15.4 که ZigBee براساس آن شکل گرفته است در باندهاي فرکانسي 868 MHZ، 915 MHZ و 2.4 GHZ عمل مي کند که به ترتيب در اروپا، آمريکاي شمالي و در سراسر جهان قابل دسترس هستند. نرخ داده هم در اين سه فرکانس به ترتيب 20، 40 و 250 کيلوبايت بر ثانيه هستند. در دو باند اولي از مدولاسيون BPSK و در باند سوم از مدولاسيون O-QPSK استفاده مي شود. اين مکانيسم هاي ارتباطي با طيف گسترده توالي مستقيم( DSSS) ترکيب مي شوند.
نسخه اوليه IEEE 802.15.4که ZigBeeبر اساس آن شکل گرفته است در باندهاي فرکانسي MHZ 912MHZ 868 و 2.4GHZعمل مي کند که به ترتيب در اروپا ،آمريکاي شمالي و در سراسر جهان قابل دسترس هستند.نرخ داده هم در اين فرکانس به ترتيب 40،20و250 کيلوبيت بر ثانيه هستند.
در استاندارد IEEE 802.15.4، دو نوع روش براي دسترسي به کانال وجود دارد که يکي با beacon است و ديگري بدون beacon. beacon نوعي فريم مديريتي است و قلب شبکه هاي بدون سيم WLAN را تشکيل مي دهد). فرض نوع اول بر اين است که يک گره وجود دارد که به عنوان هماهنگ کننده شبکه شخصي( PAN) عمل مي کند که فريم هاي beacon را براي همزمان سازي شبکه ارسال مي کند. در اين حالت، زمان بين فريم هاي beacon به سه دوره زماني تقسيم مي شود:
- دوره دسترسي مشاجره اي ( CAP) که در آن از روش دسترسي چندگانه با احتراز از تصادم CSMA/CD استفاده مي شود.
- دوره زماني فارغ از مشاجره ( CFP) که در آن يک گره مي تواند در يک برهه زماني( time slot) تضمين شده عمل ارسال خود را انجام دهد.
- يک دوره زماني غيرفعال که طي آن گره ها ممکن است در حالت خواب باشند( غيرفعال باشند).
در حالت بدون beacon، وسايل از طرح ساده CSMA/CD استفاده مي کنند. استاندارد IEEE 802.15.4 امکان استفاده از فريم هاي تصديق( ACK) را براي انتقال unicast فراهم مي کند.
ZigBee سه نوع نقش را براي تجهيزات تعريف مي کند:
- هماهنگ کننده( coordinator) که متناظر با هماهنگ کننده شبکه PAN در استاندارد IEEE 802.15.4 است.
- مسيرياب ZigBee
- تجهيزات انتهايي ZigBee
سومي در واقع يک وسيله ساده با قابليت هاي بسيار محدود است. لايه شبکه ZigBee به طور خاص از آدرس دهي و مسيريابي براي توپولوژي هاي درختي و mesh( توري) پشتيباني مي کند. توپولوژي درختي که براي جمع آوري داده کافي است براساس هماهنگ کننده ZigBee عمل مي کند. اين طرح شامل مکانيسمي براي تخصيص آدرس است که تحويل داده چند جهشي( multihop) را تسهيل مي کند. در توپولوژي mesh، مسيرها بر حسب تقاضا ايجاد مي شوند و نگهداشتن آنها براساس مکانيسمي مبتني بر پروتکل مسيريابي AOVD است. اين راه کار بيشتر براي ترافيک اختياري نقطه به نقطه مورد استفاده قرار مي گيرد. راه حل ZigBee PRO امکان ارتباط چندين وسيله به يک نقطه را فراهم مي کند. تنها هماهنگ کننده ها و مسيرياب ها در عمليات مسيريابي شرکت مي کنند. دو نوع سابق از کاربرد عمومي اتوماسيون خانگي ZigBee براي شبکه هاي WHAN وجود دارد. اولين کاربرد عمومي اتوماسيون خانگي ZigBee است که تجهيزات و دستورات و ويژگي ها و استانداردها را براي مناطق مسکوني و يا مناطق تجاري با تراکم کم تعريف مي کند. بيشترين حوزه هاي کاربرد شامل روشنايي، تهويه، پرده پنجره ها و وسايل امنيتي است. دومين سابقه در خصوص مصرف هوشمند انرژي ZigBee است که بر تقاضاي انرژي و مديريت بار تمرکز دارد. اين کاربرد بيشتر متوجه ارتباط بين وسايل خانگي و شرکت تأمين کننده انرژي است و نيازمند امنيت بيشتري در مقايسه با شبکه هاي ZigBee WHAN معمولي است. همچنين محصول آينده در اين زمينه يعني ZigBee RF4CE نوعي ارتباط بين دو وسيله را فراهم مي کند که بيشتر براي وسايل الکترونيکي خانگي به کار مي رود که از قابليت هاي شبکه سازي mesh استفاده نمي کند.

راه حل Z-Wave
 

Z-Wave يک معماري پروتکل بدون سيم است که توسط Zensys( اکنون شعبه اي از Sigma Design) طراحي شده است و توسط ائتلاف Z-Wave براي اتوماسيون در محيط هاي مسکوني و تجاري کم تراکم ترويج شده است. هدف اصلي Z-Wave ارايه يک انتقال مطمئن از پيام هاي کوتاه از يک واحد کنترل به يک يا چند گره ديگر در شبکه است. Z-Wave داراي معماري پنج لايه اي است که عبارتند از: لايه فيزيکي، لايه MAC، لايه انتقال، لايه مسيريابي و لايه کاربرد( شکل 2b).
Z-Wave عمدتاً در باند فرکانسي MHZ ISM 900 عمل مي کند( مثلاً MHZ 908 در آمريکا). Z-Wave امکان ارسال داده با سرعت هاي 9.6 و 40 kb/s را با استفاده از مدولاسيون BFSK مي دهد. سري جديد Z-Wave 400 از باند GHZ 2.4 پشتيباني مي کند و نرخ بيت آن تا 200 kb/s است.
لايه MAC مربوط به Z-Wave مکانيسم احتراز از برخوردي را تعريف مي کند که امکان ارسال فريم را در زمان در دسترس بودن کانال فراهم مي کند. در صورتي که کانال در دسترس نباشد، انتقال به زماني ديگر موکول مي شود و اين زمان به صورت تصادفي است. لايه انتقال ارتباط بين دو گره متوالي را مديريت مي کند و اين لايه يک مکانيسم انتخابي براي انتقال مجدد را براساس تصديق( ACK) فراهم مي کند.
Z-Wave دو نوع از تجهيزات را تعريف مي کند: کنترل کننده ها ( controllers) و پيروها( slaves). کنترل کننده ها دستورات را صادر و به پيروها ارسال مي کنند و تجهيزات پيرو دستورات را اجرا مي کنند.
لايه مسيريابي Z-Wave عمل مسيريابي را براساس رويکرد مسيريابي از منبع انجام مي دهد. وقتي يک کنترل کننده بسته اي را ارسال مي کند، در برگيرنده مسيري که بايد طي کند نيز هست. هر بسته مي تواند تا چهار hop ارسال شود که براي حالت مسکوني کافي است و سربار ناشي از بسته مسيريابي از منبع را بسيار محدود مي کند. هر کنترل کننده داراي جدولي است که توپولوژي کل شبکه را در بر دارد. يک کنترل کننده قابل حمل( مثلاً يک کنترل از راه دور) ابتدا سعي مي کند از طريق ارسال مستقيم به مقصد برسد. اگر در اين کار موفق نشود، کنترل کننده موقعيت اش را تخمين مي زند و بهترين مسير را براي رسيدن به مقصد محاسبه مي کند. خود تجهيزات پيرو هم ممکن است مانند يک مسيرياب عمل کنند. در اين صورت تنها مسيرهاي استاتيک را در خود ذخيره مي کنند( بيشتر، مسيرهاي به سمت کنترل کننده ها) و مجاز هستند بدون اينکه درخواستي دريافت کرده باشند، پيام هايي را به ديگر گره ها بفرستند.
تجهيزات پيرو براي سنسورهاي پايش مناسب هستند که درآنها تأخير ناشي از سرکشي به گره ها قابل قبول است و همچنين براي فعال کننده هايي مناسب هستند که در واکنش به دستورات فعال سازي عمل مي کنند. مسيريابي تجهيزات پيرو براي کاربردهاي ارسال درخواست نشده و فوري استفاده مي شوند مثلاً براي فعال سازي آلارم.

راه حل INSTEON
 

INSTEON راه حلي است که براي اتوماسيون خانگي توسط اسمارت لب تدوين شد و توسط ائتلاف INSTEON ترويج مي شود. يکي از ويژگي هاي متمايز INSTEON، اين حقيقت است که نوعي توپولوژي mesh را تعريف مي کند که شامل RF و لينک هاي خطوط برق است. تجهيزات مي توانند تنها از RF و يا تنها از خطوط برق و يا هر دو پشتيباني کنند. سيگنال هاي RF از مدولاسيون FSK در فرکانس مرکزي MHZ 904 استفاده مي کنند و نرخ داده خام حدود 38.4 kb/s است.
تجهيزات INSTEON به صورتي هستند که هرکدام از آنها مي تواند نقش فرستنده يا گيرنده و يا رله کننده را داشته باشد.ارتباط بين تجهيزاتي که در يک محدوده نيستند توسط رويکردهاي چند جهشي ممکن مي شوند که از بسياري جنبه ها با تکنيک هاي متداول متفاوت هستند. هر وسيله اي پيام هاي دريافتي را مجدداً ارسال مي کند مگر اينکه خودش مقصد پيام باشد.همانند حالت Z-Wave، حداکثر تعداد جهش ها چهار تا است . انتقال چند جهشي با استفاده از برهه زماني همزمان سازي صورت مي گيرد که در آن انتقال ها در برهه هاي زماني خاصي مجاز هستند و تجهيزات در يک محدوده، پيام هاي متفاوتي را همزمان ارسال نمي کنند. اين برهه زماني( time slot)، توسط تعدادي از خطوط برق که از نقطه صفر گذشته اند، مشخص مي شوند. تجهيزات RF که به خطوط برق وصل نشده اند مي توانند به صورت غيرهم زمان ارسال کنند اما پيام هاي مربوطه دوباره به صورت هم زمان توسط تجهيزات RF که به خطوط برق وصل شده اند ارسال مي شوند. در تمايز با مکانيسم هاي کلاسيک احتراز از تصادم، تجهيزات در درون يک محدوده مجاز به ارسال همان پيام به صورت هم زمان هستند. اين رويکرد که به آن simulcast مي گويند بر احتمال بسيار کم سيگنال هاي چند گانه هم زماني تکيه دارد که دريافت آن ها در گيرنده لغو شده است.

راه حل Wavenis
 

Wavenis يک پشته پروتکل است که توسط Coronis براي کنترل و پايش کاربردهاي مختلف در محيط هايي مانند منازل و ساختمان ها طراحي شده است. اين راه حل در حال حاضر توسط ائتلاف استاندارد باز Wavenis ترويج مي شود و لايه هاي فيزيکي و پيوند( Link) و شبکه را تعريف مي کند. سرويس هاي Wavenis را مي توان از لايه هاي بالاتر از طريق يک رابط برنامه نويسي کاربردي( API)کسب کرد( شکل 2c).
Wavenis در فرکانس هاي 433 و 868 و 915 مگاهرتز عمل مي کند که به ترتيب استانداردهاي ISM در آسيا و اروپا و آمريکا هستند. البته برخي محصولات در باند GHZ 2.4 هم کار مي کنند. حداقل و حداکثر نرخ داده به ترتيب 4.8 و 100 kb/s است و مقدار متداول اغلب حدود 19.2 kb/s است. داده ها توسط مدولاسيون FSK گوسي( GFSK) مدوله مي شوند و از جهش فرکانسي طيف گسترده( FHSS) براي کانال هاي با پهناي باند KHZ 50 استفاده مي شود.
زير لايه MAC در راه حل Wavenis حالت هم زمان شده و غير هم زمان شده را ارايه مي دهد. در يک شبکه هم زمان شده، به گره ها دسترسي SMA/CD داده مي شود. براي شبکه هاي غير هم زمان و در کاربردهايي که قابليت اتکا و اعتماد، يک الزام حياتي است( مانند آلارم ها و امنيت و غيره)، از روش CSMA/CD استفاده مي شود. زير لايه کنترل منطقي لينک ( LLC) جريان و کنترل خطا را با فريم هاي ACK در هر فريم يا در هر پنجره مديريت مي کند.
راه حل Wavenis تنها يک نوع از تجهيزات را تعريف مي کند. لايه شبکه يک درخت سلسله مراتبي چهار سطحي را مشخص مي کند. ريشه درخت، نقش يک گرد آورنده داده و يا يک گيت وي را بازي مي کند. وسيله اي که به شبکه Wavenis ملحق مي شود، در پي يافتن والديني براي خودش است. به همين منظور، وسيله مذکور درخواستي را براي وسيله اي با سطحي مشخص و کافي از کيفيت سرويس( QOS) انتشار مي دهد. مقدار QOS با در نظر گرفتن پارامترهايي مانند شاخص قدرت سيگنال دريافتي (RSSI) و انرژي باتري و تعداد وسايلي که قبلاً به اين وسيله متصل بوده اند، به دست مي آيد.

راه حل هاي مبتني بر IP
 

علي رغم شک و ترديد اوليه اي که در ميان بسياري از پژوهش گران وجود داشت و شک داشتند که معماري اينترنت براي شبکه هاي حسگر مناسب باشد اما امروز اجراي خوب پشته پروتکل IPV6، مناسب بودن اينترنت را براي اين محيط ها نشان داده است. در واقع IPV6 راه حل هايي آماده براي پيکره بندي خودکار شبکه و حالت statelessness دارد( يک ويژگي مهم پروتکل IPV6 است که به وسايل مختلف متصل به شبکه IPV6 اين امکان را مي دهد که بدون نياز به سرور DHCP به اينترنت وصل شوند) و آدرس هاي خيلي زياد مورد نياز در اين کاربردها را به خوبي برآورده مي کند. به موازات همين، گروه کاري مهندسي اينترنت( IETF) اقدام به استانداردسازي مکانيسم هايي در جهت توسعه اينترنت براي شبکه هاي سنسور و فعال کننده کرده است. همچنين استفاده از IP براي وسايل توسط ائتلاف تازه تأسيس IPSO ترويج مي شود. اگرچه کارهاي گروه کاري IETF در حال جريان و رو به جلو است ولي شبکه هاي سنسور بر مبناي IP در حال ظهور هستند و مي توانند نفوذ اينترنت را به ميزان بسيار زيادي افزايش دهند. در آينده نزديک راه حل هاي کاملاً استاندارد شده مبتني بر IP براي شبکه هاي WHAN در دسترس خواهند بود.
گروه کاري IETF IPV6 روي شبکه هاي شخصي بي سيم با توان کم يا 6LOWPAN، فرمت فريم و چندين مکانيسم مورد نياز براي انتقال بسته هاي IPV6 را روي شبکه هاي IEEE 802.15.4 تعريف کرده است. از اين شبکه ها به عنوان 6LOWPAN نام برده مي شود. مکانيسم هاي ارائه شده توسط 6LOWPAN عبارتند از:
- بخش بندي: از آنجا که IPV6 پشتيباني از بسته هاي 1280 بايتي را الزامي مي کند و حداکثر اندازه فريم در IEEE 802.15.4 127 بايت است.
- فشرده سازي هِدِر: که مي تواند يک هدر معمول 40 بايتي IPV6 را تا 2 بايت فشرده کند.
- پيکربندي خودکار آدرس IPV6
- شناسايي همسايه براي پروتکل LOWPAN IPV6.
چنانچه LOWPAN از توپولوژي mesh تبعيت کند درآن صورت يک پروتکل مسيريابي لازم خواهد بود. دو حالت براي اين منظور در نظر گرفته شده است: يکي را mesh under و ديگري را route over گويند. در حالت اول( شکل 2d و 3a) مسيريابي زير لايه IP با استفاده از آدرس هاي IEEE 802.15.4 انجام مي شود. در اين پيکربندي LOWPAN مانند يک لينک IP ظاهر مي شود. در حالت route over( شکل 2e و 3b) هر جهش راديويي معادل يک جهش IP است. مسيريابي در لايه IP رخ مي دهد.
تجهيزات مختلفي از 6LOWPAN وجود دارند. يکي از آنها روتر لبه اي است که يک LOWPAN را به يک شبکه ديگر متصل مي کند. يک گره mesh و يک مسيرياب وظايف مسيريابي را در حالت هاي mesh under و route over انجام مي دهد.يک ميزبان( host) وسيله ساده اي است که تنها کارآن،ارسال و يا دريافت بسته هاي IPV6 است.

بحث در مورد راه حل ها و مقايسه آنها
 

در اين بخش در مورد راه حل هاي ذکر شده و براساس معيارهايي که الزامات شبکه هاي WHAN را به همراه ملاحظات فني و غيرفني در بر دارد صحبت خواهيم کرد.

لايه فيزيکي
 

مدولاسيون و تکنيک هاي طيف گسترده
Z-Wave و INSTEON از سيگنال هاي باند باريک با مدولاسيون FSK استفاده مي کنند که اجراي آنها ساده است. Wavenis از GFSK استفاده مي کند که بازده طيف بزرگتري از FSK دارد اما فناوري هاي مبتني بر IEEE 802.15.4 از مدولاسيون PSK استفاده مي کنند که پيچيده ترهستند اما نسبت سيگنال به نويز آنها( SNR) بهتراست. از طرف ديگر IEEE 802.15.4 و لايه فيزيکي Wavenis داراي تکنيک هاي طيف گسترده هستند که در مقابل تداخل چند مسيره اي و باند باريک حفاظت هايي را فراهم مي آورند.

کانال منفرد در مقابل کانال چندگانه
 

IEEE 802.15.4 چندين کانال را در باندهاي فرکانسي MHZ 915 و GHZ 2.4 ارايه مي دهد. در نتيجه در ZigBee و 6LOWPAN اين امکان وجود دارد که مکانيسم هايي در مقابله با تداخل ايجاد شوند که بر اساس انتخاب کانال با حداقل تداخل صورت مي گيرد. در واقع، هماهنگ کننده ZigBee مي تواند تصميم بگيرد کل شبکه را دوباره شکل دهي کند اگر تداخل شديدي توسط يک گره تشخيص داده شود. در نقطه مقابل، INSTEON و Wavenis و Z-Wave( به جز سري 400) همگي در يک کانال منفرد و در باندهاي فرعي گيگاهرتز عمل مي کنند. اين رويکرد از اين مزيت بهره مي گيرد که اين باندها در مقايسه با باند GHZ 2.4 از تداخل کمتري در مناطق مسکوني برخوردار هستند و طراحي سخت افزار را ساده ترمي کند.اما دقيقاً مشخص نيست که در آينده چه مقدار تداخل در اين باندهاي فرعي گيگاهرتز وجود خواهد داشت.
در همين ارتباط است که سري اخير Z-Wave 400 داراي نوعي سازوکار چابکي در فرکانس است که در آن گيرنده همزمان به سه کانال مختلف فرکانسي گوش فرا مي دهد و فرستنده مي تواند از کانالي که کمترين تداخل را دارد استفاده کند.

لايه پيوند( Link layer): قابليت اعتماد
 

Z-Wave و insteon از چک کردن مجموع بيت ها( checksum) 8 بيتي استفاده مي کنند در حالي که ZigBee و 6LOWPAN از 16 بيت استفاده مي کنند که در IEEE 802.15.4 هم مورد استفاده قرار گرفته است. Wavenis از تکنيک هاي کنترل خطاي پيشرفته تري بهره مي برد( جدول 1). به جز INSTEON راه حل هاي ذکر شده به منظور ارايه انتقال لايه پيوند قابل اتکا گزينه تصديق ACK را دارند. اين ويژگي امکان سفارشي شدن راه حل، مطابق با نيازهاي هر کاربرد را فراهم مي کند. به عنوان مثال قابليت اعتماد ممکن است براي صرفه جويي در انرژي و يا پهناي باند در کاربردهاي آلارم و يا مراقبت از راه دور سودمند باشد.

تأخير
 

شکل(4) تأخيرهاي مورد انتظار از يک دستور ارسالي از فرستنده تا گيرنده يک جهشي را براي حالت هاي قابل اتکا و غيرقابل اتکا رسم کرده است. نتايج از نظر تئوري و تحت شرايط ايده آل نشان داده شده است( به جز نتايج Z-Wave که نتايج تجربي نشان داده شده است. براي حالت قابل اتکا زمان رفت و برگشت شامل انتقال يک ACK ارايه شده است. براي مقايسه کانال ها فرکانس MHZ 900 در نظر گرفته شده است و حالت انتها به انتهاي قابل اتکاي INSTEON نيز در تحليل آورده شده است.

لايه شبکه
 

مسيريابي/ حالت چند جهشي
در Z-Wave فقط کنترل کننده، جدول مسيريابي را در خود ذخيره و نگهداري مي کند اما در ZigBee سابقه کاربرد عمومي اتوماسيون خانگي استفاده از جداول مسيريابي بزرگ را پيشنهاد مي کند که براي مناطق مسکوني پر تراکم مناسب است و همين باعث افزايش حافظه مورد نياز در گره هاي ZigBee مي شود. حالت مسيريابي در همه گره هايي که از مسيريابي ZigBee mesh استفاده مي کنند به صورت ON است که N تعداد مقصدهاي فعال در شبکه است. اما در حالت مسيريابي چند نقطه به يک نقطه، حالت به صورت O(1) است. در Wavenis هر وسيله تنها مسير خودش را به سمت ريشه ذخيره مي کند بنابراين حالت مسيريابي O(1) است. ريشه که ممکن است همان محدوديت هاي ديگر گره ها را نداشته باشد مسير رسيدن به همه گره ها را در خود ذخيره مي کند.

معيارهاي مسيريابي
 

استفاده از معيارهاي کيفيت لينک به ويژه در محيط هاي خانگي مفيد است زيرا در اين محيط ها تداخل و چند مسيره بودن ممکن است روي عمل کرد تأثير بگذارد. ZigBee و 6LOWPAN مي توانند از شاخص کيفيت لينک ( LQI) که توسط IEEE 802.15.4 ارايه شده است بهره ببرند که در بسياري از چيپ هاي راديويي به کار گرفته مي شود و از تخمين نرخ خطاي بيت( BER) استفاده مي کند اما Wavenis از نوعي تخمين زننده کيفيت لينک براساس RSSI استفاده مي کند که ممکن است به دليل تداخل و چند مسيره بودن دقيق نباشد. Z-Wave مسيرها را براساس يک معيار شمارش جهش انتخاب مي کند و از کيفيت لينک خبر ندارد.

تأخير مربوط به تغيير مسير
 

از آنجا که INSTEON به جاي مسيريابي از simulcast استفاده مي کند وقتي يک وسيله مياني در دسترس نباشد، باز هم داده مي تواند از طريق مسيرهاي جايگزين( اگر چنين مسيري وجود داشته باشد) به مقصد برسد و ارتباط قطع نشود. راه حل هاي ديگر که از مسيريابي استفاده مي کنند به خاطر شناسايي نقص لينک و يافتن مسير جايگزين با مقداري تأخير مواجه مي شوند. تأخير مربوط به تغيير مسير( RCL) در Z-Wave به طور متوسط حدود 1 ثانيه است و در ZigBee بين 50 تا 100 ميلي ثانيه است. تشخيص وجود نقص در لينک چنانچه لايه پيوند در حالت تصديق عمل کند سريع صورت مي گيرد. عدم وجود ACK در لايه پيوند بعد از ارسال فريم داده ممکن است نشان دهنده وجود نقص در لينک باشد. در غيراين صورت، پروتکل مسيريابي ممکن است مجبور شود روي دريافت پيام هاي کنترلي اتکا کند تا ارتباط را حفظ کند که معمولاً منجر به تأخيرهايي تا حدود چند ثانيه مي شود.

قابليت هاي اتکاي انتها به انتها
 

ZigBee و Z-Wave و INSTEON مکانيسم تصديق و انتقال مجدد ساده و انتها به انتهايي را ارايه مي دهند. همچنين ZigBee بسته هاي تکراري را فيلتر مي کند. در 6LOWPAN که حمل قابل اتکا موردنياز است، اجرا کنندگان به استفاده از UDP با شماره هاي متوالي و فريم هاي ACK و ارسال هاي مجدد متوسل شده اند. در حقيقت، TCP ممکن است براي تجهيزات بسيار محدود شده پيچيده باشد و در حالت بدون سيم کمتر از انتظار عملکرد دارد.

لايه نرم افزار کاربردي
 

ZigBee و Z-Wave و INSTEON مجموعه مناسبي از دستورات و ويژگي ها براي کاربردهاي مختلف شبکه هاي WHAN دارند. اين وضعيت هنوز در مورد 6LOWPAN صادق نيست. به علاوه پروتکل هاي متداول لايه application، مانند HTTP و SNMP و فرمت هاي کدگذاري داده براي شبکه هاي WHAN براساس 6LOWPAN در نظر گرفته شده است و دليل آن محدوديت هاي تجهيزات و payloadهاي 50 الي 60 بايتي لايه حمل در راه حل LOWPAN است.[9]

امنيت
 

ZigBee و 6LOWPAN از سرويس هاي امنيتي ارايه شده توسط IEEE 802.15.4 در لايه پيوند( جدول 1) بهره مي برند که از استاندارد کليد رمزگذاري پيشرفته 128 بيتي( AES) استفاده مي کند. مديريت کليد در ZiBee توسط لايه APL صورت مي گيرد اما هنوز براي 6LOWPAN در نظر گرفته نشده است. در حالي که سري چيپ هاي 200 و 300 Z-Wave سرويس هاي امنيتي را ارايه نمي کنند، سري چيپ 400 از رمزگذاري AES 128 بيتي پشتيباني مي کند.
Wavenis نيز از چندين الگوريتم رمزگذاري از جمله AES 128 بيتي پشتيباني مي کند.

اتصال به اينترنت
 

يکي از مزيت هاي مهم 6LOWPAN اين است که به طور ذاتي قابليت اتصال به اينترنت را دارد و اين کار نياز به گيت وي(دروازه) ترجمه پروتکل ندارد بلکه شبکه هاي WHAN مبتني بر 6LOWPAN توسط يک مسيرياب IP به اينترنت وصل مي شوند. اين رويکرد موجب مطرح نشدن مواردي مانند امنيت، مديريت و سازگاري در کيفيت سرويس مي شود. اگرچه ديگر راه حل هاي ذکر شده در اين مقاله براي پشتيباني از IP طراحي نشده اند اما اکثر آنها نوعي همگرايي را با IP به عنوان عنصري کليدي در برآورده کردن الزامات امروزي بازار در خود تعبيه کرده اند. تا اواسط سال 2009، ZigBee اعلام کرد که استانداردهاي IETF را در محصولاتش اعمال کرده است و شرکت Sigma Design چيپ IP-Wave را معرفي نمود که پشته پروتکل IP را روي محصولات Z-Wave پشتيباني مي کند. در همين اثناء اعضاي هيئت مديره Wavenis-OSA نيز اعلام کردند که در محصولات آتي Wavenis، لايه IP به عنوان لايه سوم در نظر گرفته شده است.

استانداردسازي و پذيرش بازار
 

يک نقطه ضعف راه حلهاي INSTEON و Z-Wave و Wavenis اين واقعيت است که ويژگي هاي محصولات آنها در دسترس عموم نيستند. در مورد ZigBee اگرچه دسترسي به آن باز است اما اجراي آن نيازمند عضويت در ائتلاف ZigBee است. در نقطه مقابل اينها 6LOWPAN که استاندارد آن اينترنتي است باز است و اجراي آن نياز به مجوز ندارد و اين به معني آن است که مي تواند مخاطبان بيشتري داشته باشد. حضور محصولات ZigBee در بازار در مقايسه با ديگر راه حل ها تأخير بيشتري داشته است و اولين سري محصولات آن در اوت 2009 به بازار معرفي شد. اما محصولات Z-Wave و Wavenis و INSTEON سال ها است که در بازار وجود دارند. به علاوه هم اکنون در سراسر جهان ميليونها وسيله Wavenis نصب شده اند و بيشتر در شبکه هاي هوشمند انرژي کاربرد دارند. با اين وجود نصب حدود 30 ميليون وسيله ZigBee در آمريکاي شمالي در جريان است. 6LOWPAN هم از قبل توسط چندين فروشنده و عرضه کننده در نقاط مختلف نصب شده است و بخش عمده اي از آن در بخش مصرف انرژي هوشمند ورژن 2(SE2) قرار گرفته است. هدف SE2 ايجاد ارتباط بين شرکت هاي فراهم کننده انرژي و مصرف کنندگان است و به عنوان بخشي از نقشه راه شبکه هوشمند شناخته شده است.[10]

نتيجه گيري
 

- اين مقاله به بررسي راه حل ها و راه کارهاي مهم موجود و در حال ظهور در زمينه شبکه هاي WHAN پرداخت که شامل
ZigBee
Z-Wave
INSTEON
Wavenis
فناوري مبتني بر IP
بودند.درحالي که ZigBee و 6LOWPAN براي مقاصد عمومي طراحي شده اند،ديگرراه حل ها، کاربردهاي ويژه و خاص دارند. عملکردهاي رو به افزايش برخي از اين راه حل ها و همگرايي آنها به سمت IP، نويد دهنده اين چشم اندازاست که کاربردهاي شبکه هاي WHAN در آينده داراي کيفيت و امنيت و قابليت تعامل بهتري خواهند بود.
منبع:نشريه بزرگراه رايانه، شماره 132.