ZigBee: Wi-Fi’dan Sonra LoraWan’dan önce.

Kablolar her ne kadar son derece güvenilir arkadaşlar olsalar da temelde çok büyük bir sıkıntıları vardır. Bu da gözle görülür ve elle tutulur olmalarıdır. Evinizi akıllandırırken yaşayacağınız en büyük sorunlardan biri kablolardan dolayı ev dediğiniz yerin bir noktadan sonra Özhakanlar kablo fabrikasının showroom’u gibi gözükmeye başlamasıdır.

Çoğumuzun hayali böyle bir ortamda yaşamak olsa da (?) kablolar ev halkı için estetik bir problemdir. İşte bu problemi çözmenin yolu mümkün olduğunca kablosuz cihazlar kullanmaktan geçiyor. Bu yazının temel amacı da özellikle Avrupa’da standart haline gelmekte olan ZigBee protokolünü tanıtmak ve güçlü / zayıf yönlerinden bahsetmek.

Bir tanım olarak ZigBee Nedir?

ZigBee kontrol ve izleme amaçlarıyla geliştirilmiş düşük maliyetli ve düşük güç gerektiren mesh toplojide çalışan bir kablosuz haberleşme standardıdır. İsmini bal arılarının besin buldukları yönü kovandaki diğer bal arılarına gösterdikleri dansa ithafen almıştır der Wikipedia bu güzide standardımız için. Peki tüm bu söylediklerim ne anlama gelmekte?

Hemen hemen hepimiz iş yerinde, evde, sokakta, plajda hatta havada kablosuz internet hizmetinden faydalanmaktayız. İster telefonlarımız, ister bilgisayarlarımız, ister tabletlerimiz (isterse de akıllı saatlerimiz. – Selam Gizem) olsun hepsi buldukları herhangi bir kablosuz ağa yarınlar yokmuş gibi bağlanmak istiyor. Bu kadar bağlantılı bir dünyada yaşarken kaliteli bir bağlantı yüksek çekim gücü ve özellikle hız hepimiz için önemli hale gelmiş durumda.

Neden Wi-Fi Değil?

Geçmişte umut vaadeden bazı standartlar çıkmış olsa da günümüzdeki cihazların hemen tamamı Wi-Fi (Hi-Fi (high fidelity – yüksek sadakat (evet evet o müzik grubunun adı buradan geliyor)) kelimesine gönderme yapılarak bulunan bu kısaltma sonrasında wireless-fidelity – kablosuz sadakat olmuş.) standartlarını destekliyor.

Wi-Fi görece ucuz bir modül olması, ISM bandında yüksek hızlarda veri iletişimi yapabilmesi ve Infra modunda (evinizdeki kablosuz ağ) görece çok kolay bir implementasyonla iki (ya da daha fazla) cihaz arasında bağlantı kurmaya izin veriyor olması sayesinde bu kadar yaygınlık kazanmış durumda.

Bununla birlikte akıllı ev sistemlerinde çok fazla tercih edilmemesinin bazı nedenleri var. Bunlardan ilki Wi-Fi cihazların çok yüksek güç tüketiyor olması. Bu yüzden bu cihazların ya sürekli güç bağlantısının olması ya da sık sık pilinin değişmesi gerekiyor. Her akşam telefonunuzu şarja takmak o kadar zor gelmese de dolabın üstüne koyduğunuz oda termometresinin ya da koltuğun arkasındaki kalorifer vanasının pilini değiştirmek zamanla zor gelebilir. İkinci neden olarak akıllı ev cihazlarının Wi-Fi’daki kadar yüksek bant genişliğine gerek duymaması söylenebilir. Bu cihazlar arasındaki iletişim çoğu zaman x sensörünün değerinin y olması ya da a cihazının durumunun b’den c’ye değişmesi olduğundan bu mesajlaşmayı çok düşük bant genişlikleri ile yapmak mümkün.

Topoloji Neydi?

Bir diğer sebep Wi-Fi’ın topolojisinden kaynaklanmaktadır. Infrastructere modunda olan bir kablosuz ağda cihazlar baz istasyonu aracılığıyla haberleşir. Yani yan yana olan iki cihaz birbiriyle konuşmak için trafiği her durumda baz istasyonu üzerinden döndürmelidir. Bu zaman zaman sinyal kaybına, mesafeye göre yavaşlamaya sebep olabilmektedir. Son sırada da kişisel bir tavsiyem olan güvenlik durumu mevcuttur. Eğer özel bir önlem almamışsanız (neler yapabileceğinizi gelecekte anlatacağım.) evinizdeki akıllı cihazlar kablosuz ağ üstünden İnternete bağlıdır. Bu da bir anlamda cihazların İnternet üzerinden erişilebileceği anlamına gelir. Bu sebeple cihazların, ağınızın güvenliği ve mahremiyetinizi korumak için cihazları WAN’a bağlamak yerine bir PAN’a bağlamak yani İnternetten ve yabancılardan uzak bir ağ kurmak mantıklıdır.

Peki Wi-Fi’ın hiç mi avantajı yok diyecek olabilirsiniz. Elbette var ve bu büyükçe bir avantaj. Eğer bu hobiyle ilgileniyorsanız yüksek ihtimalle evinizde zaten bir kablosuz ağ vardır. Dolayısıyla Wi-Fi bağlantılı bir cihazı evinize getirip hayatınıza dahil etmek çok hızlı ve kolaydır. Wi-Fi uyumlu her cihazın hemen hemen hiç bir problem olmadan birbiriyle iletişime geçmesini sağlayan bir protokoldür dolayısıyla iki cihaz arasında bir uyumsuzluk yaşama riskiniz son derece düşüktür. Son olarak evinizde zaten bir Wi-Fi baz istasyonu olduğundan ayrıca bir baz istasyonu almanıza gerek olmayacaktır.

Küçük Fıçıcık İçi Dolu Turşucuk

ZigBee ise Wi-Fi’dan çok daha farklı bir standarda oturmuştur. Temelde bazı benzerlikleri olsa da ZigBee günümüz ev otomasyon sistemleri için bana kalırsa gelecekte standart protokol olarak öne çıkacaktır.

Wi-Fi ile en benzeştiği nokta ZigBee’nin de tıpkı Wi-Fi gibi 2.4 GHZ’de ISM bandında çalışmasıdır. Wi-Fi’dan daha az bant genişliği ve kanal tahsis edilmiş olmasına rağmen ZigBee’de ISM bandında çalışmanın dezavantajlarından ne yazık ki muzdarip. Evet eski dostumuz enterferanstan bahsediyorum. İngilizce’den başarısız bir tercüme olan Enterferans – interference ya da az bilinen daha iyi çevirisiyle elektromanyetik girişim bir yayını engelleyen, haberleşmede kesinti yaratan ya da kaliteyi düşüren her türlü yayın ve elektromanyetik etkiyi tanımlamaktadır.

Aynı kanalda çok fazla yayın olması, TV ya da mikrodalga fırınların yakınında yayın yapılması, çevre bantlarda çalışan telsiz telefon, bebek monitörü, tıbbi cihazlar gibi cihazların frekansa olumsuz etkisi ya da taşımı gibi radyo sebepleri ya da duvar kalınlığı, yoğun demir kullanımı, mesafe, sinyali dağılımını etkileyen fiziksel sebepler enterferans oluşmasına neden olur bu can sıkıcıdır. ZigBee’de bu durumdan etkilenmekte ama Wi-Fi’ın aksine buna bir çare bulmaktadır.

Damdan Dama Mesajlaşma

ZigBee cihazların çok büyük bir çoğunluğu Wi-Fi cihazlar kadar çıkış gücüne sahip değildir. Bu sebeple daha az güç tüketirler ama radyo çıkış güçleri de daha düşük olduğu için menzilleri de daha düşüktür. ZigBee protokolü bu sebeple Wi-Fi’dan farklı olarak mesh topoloji ile çalışır. Yani her bir node kendine gelen mesajı tekrar eder. Böylece aralarında mesafe ya da enterferans olması nedeniyle birbiriyle konuşamayan iki node’un arasına koyacağınız ek bir node ile köprü kurabilirsiniz.

Kendi evimde koordinatör olarak kullandığım cihaz kedimiz ve oğlumuzun merakından kurtulmak için koltuğun altında yaşıyor. Karşısındaki duvarın kalınlığından dolayı duvarın arkasında kalan odalar koordinatörün menzili dışında olsa da gönderdiğim bir sinyal hol ışığına oradan sinyal tekrarlıyıca ve oradan akıllı prize ulaşıp sonra da duvarın arkasında kalan odaya ulaşabiliyor. Bu sayede pratik olarak birbirinin görüş hattında olmayan iki cihazın iletişim kurmasını sağlayabiliyorsunuz. ZigBee akıllıca bir şekilde bu özelliği sadece sürekli güçte olan (akıllı priz, lamba vd.) cihazlar arasında sağlıyor.

ZigBee pilli cihazlar için de özel yöntemler içermektedir. Bu modda pilli cihazlar network’e sürekli bağlı değildirler ve genelde uyur haldedirler. Tetiklendikleri zaman uyanırlar, tetiklendiklerine dair bir mesaj gönderirler ve mesajın gönderildiği onayını alıp tekrar uyurlar. Bu sayede örneğin kapınızdaki manyetik sensörünüz Wi-Fi uyumlu olsaydı bir pille sadece bir kaç gün çalışacakken aynı pille kapının açılma kapanma sıklığına (=tetiklenme sıklığı) göre bir kaç yıl boyunca sürekli çalışabilecektir.

Protokolün amacı zaten düşük bant genişliği ve güç kullanarak kısa haberleşme yapmak olduğundan paket overhead’i de son derece az. Dolayısıyla hızı her ne kadar sadece 250 kbit/saniye olsa bile bu lambanızın rengini değiştirmeye ya da odanızın nem oranını ölçmeye yetip de artıyor.

Sıkıntılı Yerler

Tabi ZigBee’nin bazı dezavantajları da yok değil. Öncelikle eğer gerçekten iyi bir nedeniniz yoksa evinizde Wi-Fi ağınız gibi bir ZigBee ağınız yoktur. Dolayısıyla cihazların koordinasyonu için koordinatör olarak görev yapacak ve sizinle cihazlar arasında iletişim kuracak bir Gateway cihazına ihtiyacınız var. Bu cihazlara genelde Hub ismi veriliyor. IKEA’nın Tradfri ve Philips’in Hue çözümlerinde bir tarafı ethernet üzerinden network’e ve uygulamaları ve diğer tarafı ZigBee üzerinden kablosuz cihazlara bağlanan hub donanımları var. Bense Alman bir firma tarafından geliştirilen RaspBee isimli Raspberry Pi HAT’i olan bir cihaz ve onun yazılımını kullanıyorum.

Öte yandan ZigBee cihazları pek Wi-Fi cihazları gibi değiller. Yani birbirleriyle her zaman kolayca konuşamıyorlar. Aynı markanın ürünleri birbiri arasında konuşabilirken farklı markalar uyumluluk sorunu çekebiliyor. Her ne kadar IKEA, Philips, Osram gibi büyük markalar ZigBee standartlarına uysalar da özellikle Çin üretimi cihazları kendi Hub’ları dışında olan cihazlarla kullanmak zor. Zaten ben de bu sebepten ötürü hem IKEA hem Philips Hub sahibi olmama rağmen daha fazla donanım desteği olduğu için RaspBee kullanıyorum.

Sonuç Olarak

Bu yazıda bundan sonraki yazılara giriş olabilmesi ve referans verebilmek amacıyla ZigBee protokolünü size biraz tanıtmaya çalıştım. Eğer akıllı bir ev kurmak kararınız varsa ve bu alana düzenli yatırım yapmayı planlıyorsanız kuralı kitabına göre oynayıp yatırımınızı bu alan için özel olarak geliştirilmiş bir protokol olan ZigBee’den yana yapmanızı tavsiye ederim.

Şayet amacınız sadece bir ışığınızı akıllandırmak ya da sadece bir prizi otomatize etmekse o zaman sadece Wi-Fi cihazları tercih edebilirsiniz. Böylece hem giriş maliyetiniz düşecek hem de ek bir Gateway barındırmanıza gerek kalmayacaktır.

ZigBee ile ilgili sorularınız olursa lütfen iletin dilim döndüğünce yanıtlamak isterim. Bir sonraki yazıda görüşmek üzere.