جدول 5.4: هيكليات زبيجي - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 هيكليات شبكات زيجبي (Zigbee)

المفاهيم الأساسية

القفزة (Hop): عندما تمر حزمة من قطاع في الشبكة إلى قطاع آخر.

المثارة (Beaconing): البث الرقمي الدوري في الشبكات، يشبه جهاز الإرشاد.

خريطة المفاهيم

```markmap

تقنيات شبكات إنترنت الأشياء

بروتوكولات وشبكات الاتصالات قصيرة المدى

تحديد الترددات الراديوية والاتصال قريب المدى (RFID & NFC)

#### RFID

• تخزين واسترداد البيانات عن بعد
• جهاز إرسال وجهاز استقبال لاسلكي
• تتبع الأدوات والمعدات والمواد والأشخاص
• قراءة رقاقات متعددة في وقت واحد (حتى لو كانت مخفية)

#### NFC

• تبادل بيانات آمن
• نطاق اتصال قصير (~10 سم)
• استخدامات: الدفع غير التلامسي، مفاتيح إلكترونية، ربط الأجهزة

#### مقارنة (جدول 5.2)

• التردد: RFID (125 كيلو هرتز - 2.45 جيجا هرتز) | NFC (13.56 ميجا هرتز)
• نطاق الاتصال: RFID (حتى 100 متر) | NFC (~10 سم)
• الاتصال: RFID (أحادي الاتجاه) | NFC (ثنائي الاتجاه)
• الميزة: RFID (التعرف عن بعد) | NFC (أمان عالي)

شبكات المنطقة الشخصية اللاسلكية (WPANs)

#### تعريف

• وسيلة لنقل واستقبال بيانات المستشعرات والمشغلات
• يمكن أن تكون سلكية أو لاسلكية

#### مكونات (شكل 5.22)

• نقطة وصول (Access Point)
• الإنترنت
• مستشعر (Sensor)
• هاتف نقال (Mobile Phone)

#### بروتوكولات WPANs غير المستندة إلى عنوان IP

##### زيجبي (Zigbee)

###### المكونات الرئيسة للشبكة

• متحكم زيجبي (ZC): جهاز عالي القدرة لبناء وبدء الشبكة، يعين العناوين ويسمح بانضمام العقد.
• موجه زيجبي (ZR): مكون اختياري يعالج جزءاً من الشبكة المتداخلة ويعين العناوين.
• جهاز زيجبي طرفي (ZED): نقطة نهاية بسيطة للتواصل مع الوسط (مثل: مفتاح الإضاءة، منظم الحرارة).

###### أنواع حركة البيانات التي يعالجها

• البيانات الدورية: إرسال دوري للبيانات (مثل: المرسلات).
• البيانات المتقطعة: تحدث عند محفزات عشوائية (مثل: مفتاح الإضاءة).
• بيانات زمن الانتقال المنخفض المتكررة: فترات زمنية للإرسال بزمن انتقال منخفض (مثل: أجهزة الإشارة، لوحات المفاتيح).

###### الهيكليات الأساسية

####### هيكلية النجمة (Star Topology)

• متحكم زيجبي (ZC) هو المحور المركزي.
• يمتد إلى نقطتين فقط، مما يحدد المسافة بين العقد.
• نقطة عطل مفردة في المتحكم.

####### هيكلية الشجرة العنقودية (Cluster Tree Topology)

• شبكة متعددة النقاط (Multi-Hop).
• تستخدم أجهزة الإرشاد (Beacons) لتوسيع التغطية والمدى.
• العقد الفرعية يمكنها التواصل مع العقد الرئيسية فقط.
• تشكل نقطة الفشل المركزية مشكلة.

####### هيكلية الشبكة المتداخلة (Mesh Topology)

• يمكن توجيه أي جهاز مصدر إلى أي جهاز وجهة.
• تستخدم طرائق التوجيه المستند إلى الأشجار والجداول.
• الموجهات (ZR) يجب أن تعمل طوال الوقت، مما يستنزف البطارية.
• تسمح للموجهات في نطاق محدد بالتنقل مباشرة.
• الفائدة الأساسية: إمكانية توسع الشبكة ووجود مسارات متعددة للبيانات.

```

نقاط مهمة

• توجد ثلاث هيكليات أساسية لشبكات زيجبي: النجمة، الشجرة العنقودية، والشبكة المتداخلة.
• هيكلية النجمة بسيطة ولكن لديها نقطة فشل مركزية واحدة (المتحكم ZC).
• هيكلية الشجرة العنقودية توسع المدى باستخدام القفزات المتعددة وأجهزة الإرشاد.
• هيكلية الشبكة المتداخلة هي الأكثر مرونة وموثوقية بسبب وجود مسارات بيانات متعددة، لكنها تستهلك طاقة أكثر.

توجد ثلاث هيكليات أساسية لزبيجي:

الهيكلية

يحتوي متحكم زبيجي على واحد أو أكثر من أجهزة الزبيجي، يمتد إلى نقطتين فقط، مما يحدد المسافة بين العقد. ويتطلب أيضًا وسيلة ارتباط يمكن الاعتماد عليها مع نقطة عطل مفردة في متحكم زبيجي.

وهي شبكة متعددة النقاط (Multi-Hop) تستخدم أجهزة الإرشاد (Beacons) لتوسيع التغطية والمدى. تُعد أجهزة الزبيجي بمثابة نقاط نهاية، ويمكن أن تحتوي العقد الفرعية فقط، ويمكن للعقد الفرعية مع العقد الرئيسية فقط، ويمكن للعقد الفرعية من الأعلى (Upstream) أو لأسفل (Downstream) منها، وتشكل نقطة الفشل المركزية (Central Ffailure Point) مشكلة في هذه الهيكلية.

يمكن توجيه أي جهاز مصدر إلى أي جهاز بصقته وجهة، وذلك باستخدام طرائق التوجيه المستند إلى الأشجار (Tree-Based Routing) والتوجيه المستند إلى الجداول (Table-Based Routing). يجب تشغيل موجهات متحكمات الزبيجي وموجهاتها طوال الوقت لتنفيذ وظائف التوجيه، مما يؤدي إلى استنزاف عمر البطارية. يسمح للموجهات الموجودة في نطاق محدد بالتنقل بشكل مباشر، وتكمن الفائدة الأساسية في هذه الهيكلية في إمكانية توسع الشبكة ووجود مسارات متعددة للبيانات.

: القفزة (Hop) تحدث القفزة عندما تمر حزمة من قطاع في الشبكة إلى قطاع آخر.

: المثارة (Beaconing) ترمز المثارة في الشبكات إلى ما يشبه جهاز الإرشاد، وذلك عبر القيام بالبث الرقمي بصورة دورية.

هيكلية الشجرة العنقودية

هيكلية النجمة

هيكلية الشبكة المتداخلة

توجد ثلاث هيكليات أساسية لزبيجي: --- SECTION: جدول 5.4: هيكليات زبيجي --- الهيكلية يحتوي متحكم زبيجي على واحد أو أكثر من أجهزة الزبيجي، يمتد إلى نقطتين فقط، مما يحدد المسافة بين العقد. ويتطلب أيضًا وسيلة ارتباط يمكن الاعتماد عليها مع نقطة عطل مفردة في متحكم زبيجي. وهي شبكة متعددة النقاط (Multi-Hop) تستخدم أجهزة الإرشاد (Beacons) لتوسيع التغطية والمدى. تُعد أجهزة الزبيجي بمثابة نقاط نهاية، ويمكن أن تحتوي العقد الفرعية فقط، ويمكن للعقد الفرعية مع العقد الرئيسية فقط، ويمكن للعقد الفرعية من الأعلى (Upstream) أو لأسفل (Downstream) منها، وتشكل نقطة الفشل المركزية (Central Ffailure Point) مشكلة في هذه الهيكلية. يمكن توجيه أي جهاز مصدر إلى أي جهاز بصقته وجهة، وذلك باستخدام طرائق التوجيه المستند إلى الأشجار (Tree-Based Routing) والتوجيه المستند إلى الجداول (Table-Based Routing). يجب تشغيل موجهات متحكمات الزبيجي وموجهاتها طوال الوقت لتنفيذ وظائف التوجيه، مما يؤدي إلى استنزاف عمر البطارية. يسمح للموجهات الموجودة في نطاق محدد بالتنقل بشكل مباشر، وتكمن الفائدة الأساسية في هذه الهيكلية في إمكانية توسع الشبكة ووجود مسارات متعددة للبيانات. : القفزة (Hop) تحدث القفزة عندما تمر حزمة من قطاع في الشبكة إلى قطاع آخر. : المثارة (Beaconing) ترمز المثارة في الشبكات إلى ما يشبه جهاز الإرشاد، وذلك عبر القيام بالبث الرقمي بصورة دورية. --- SECTION: شكل 5.23: هيكليات زبيجي --- هيكلية الشجرة العنقودية هيكلية النجمة هيكلية الشبكة المتداخلة --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: هيكلية النجمة Description: A central node (ZC) connected to multiple peripheral nodes (ZR), which are in turn connected to terminal nodes (ZED). Context: Illustrates the star topology where all devices connect to a central hub. **DIAGRAM**: هيكلية الشجرة العنقودية Description: A hierarchical structure resembling a tree, with a central controller (ZC) at the root, intermediate nodes (ZR) forming branches, and terminal nodes (ZED) at the leaves. Context: Depicts a cluster tree topology, a hybrid of star and bus topologies, offering scalability. **DIAGRAM**: هيكلية الشبكة المتداخلة Description: A network topology where devices are interconnected with multiple redundant paths. Each node (ZC, ZR, ZED) is connected to several other nodes, creating a web-like structure. Context: Illustrates a mesh topology, known for its robustness and fault tolerance due to multiple connections.