קרובים קרובים

RF4CE ו–ZigBee: שני הפנים של תקן IEEE 802.15.4, המפגינים דמיון רב, יכולים אולי להיחשב כקרובי משפחה, אבל, פונות לשני תחומי שוק שונים, טוען יאן וינטר מפריסקייל, ומדגים כיצד כל אחת מהטכנולוגיות מנצלת את התקן הזה בדרכים שונות על מנת להעמיד אותו בצורה הטובה ביותר כמתאים ביותר לצורכי השוק שלה עצמה

מאת: יאן וינטר, פריסקייל ישראל.

הטכנולוגיה האלחוטית ZigBee משמשת את הציבור הרחב מאז שהוצאה לשוק, בדצמבר 2004. בהתבסס על הפרוטוקול הגמיש ביותר והעמיד מאוד – IEEE 802.15.4 לתקשורת אלחוטית ולטווח קצר – ברית ZigBee כוללת כיום יותר מ–300 חברות. טכנולוגיית RF4CE החלה את דרכה בשנת 2006, כאשר חברת Sony פנתה לחברת Freescale והעלתה בפניה את הצורך להחליף את טכנולוגיית האינפרה–אדום (IR), שאמינותה הלכה וירדה, בדבר מה שיוכל לפעול מכל מקום בבית. כך נוצר ECNet, שהחל את דרכו עם IEEE 802.15.4 כבסיס, ולאחר מכן התרחב כ–SynkroRF עד אשר הפך בסופו של דבר לבסיס של RF4CE. בעקבות היסודות שהביא עמו מ–IEEE 802.15.4 ובשל הערך שיש לו במרחב הביתי הצרכני, הובא הבסיס של RF4CE בפני ברית ZigBee, ולאחרונה התקבל בה כ”חבר”. אמנם הטכנולוגיה ZigBee והטכנולוגיה RF4CE יכולות להיחשב כ”קרובי משפחה” באמצעות תורשה עניין ונישואין משותפים, ראוי לציין שהן פונות לשני תחומי שוק שונים בתכלית.

טכנולוגיית ZigBee היא קבוצה עשירה ביותר ורבת יכולת של כלים אלחוטיים. טכנולוגיית הרישות האלחוטי ZigBee, אשר אומצה לאחרונה על ידי רשת US Smart Grid (בארה”ב) וארגונים נוספים ברחבי העולם כאחת מאבני הדרך של תקשורת הרדיו לטווחים קצרים, מרחיבה את רשתות–הסריג (mesh–network) שיש להן אמינות גבוהה, גם בסביבות שבהן יש הפרעות, בסביבות עם מכשולים פיסיים וגם בסביבות עם תנאים משתנים. טכנולוגיית ZigBee נבחרה זה לא מכבר על ידי ברית הבריאות Continua כטכנולוגיה המתאימה כדי לתת מענה לכמה אתגרי קישוריות אמיתיים בסביבת הטיפול הביתי, בסביבת הטיפול הקבוצתי ובסביבת הטיפול המקצועי, אשר להם לא ניתן לתת מענה הולם באמצעות אפשרויות הקישוריות בדור הראשון, שהן Bluetooth או USB. פרוטוקול ZigBee האלחוטי מוצא את דרכו לשווקים הקמעוניים, לשוקי התקשורת, האוטומציה של בניינים, ולשוקי הבקרה והניטור הביתיים. אל מול תקשורת רדיו 15.4 שמספקת את החלק הארי מהביצועים הבסיסיים שמאפשרים ל–ZigBee לפעול, עומדים הרישות הגמיש באופן יוצא הדופן של ZigBee, האבטחה שלו שנבדקה היטב בקישור, רמות הרשת והיישום שלו, תוכנית האישור שלו שמבטיחה יכולת תקשור ופעולה נרחבים, ובמידה רבה אותן 300 חברות ויותר שרבות מביניהן מובילות במגזרים התעשייתיים שלהן, אשר כולם ביחד הופכים את ZigBee למשכנע כל כך.

סביבת מוצרי הצריכה האלקטרוניים

טכנולוגית RF4CE מביאה עמה קבוצה עשירה ורבת יכולת של כלים אלחוטיים אל סביבת מוצרי הצריכה האלקטרוניים (CE), שהיא רגישה ביותר לעלויות ויש בה התנגדות כה רבה למורכבות. השלט–רחוק האינפרה–אדום (IR) הולך וממצה את יעדו הטבעי – הוא מאבד במהירות את יכולתו לספק את הפונקציונאליות הבסיסית הנדרשת. בנוסף, הדרישות לכיסוי בכל הבית ולעמידות יוצאת דופן בכל תנאי, הפכו את RF4CE לאמצעי המתאים עבור תעשיית מוצרי האלקטרוניקה לצריכה. אין ספק שבעובדה שגופים מובילים בתעשייה וארגונים שיכולים להיחשב מתחרים מושבעים כגון Panasonic, Philips, Samsung ו–Sony כינסו יחדיו את מאות שנות הניסיון שלהם על מנת לבחון בקפדנות את RF4CE ולאמץ אותה, יש כדי להעיד על העוצמה הטמונה בפתרון זה ועל חשיבותו הרבה מבחינת השוק. הצרכנים כבר החלו להבחין בכך. ועם זאת, על אף כל נקודות הדמיון המצויות בין שתי הטכנולוגיות האלו, הטכנולוגיה RF4CE והטכנולוגיה ZigBee שונות זו מזו, ללא כל ספק.

הטכנולוגיות RF4CE ו–ZigBee – שתיהן משפחות המבוססות על התקן הפתוח
IEEE 802.15.4 שטיבו הוכח ברחבי העולם. המקמ”שים מיוצרים על ידי רבים מבין יצרני המוליכים למחצה, אם כי גם על ידי יצרים אחרים. הטכנולוגיה RF4CE מתרכזת בסביבה השוררת בתוך המוצר האלקטרוני לצריכה או סביבו. מבחינת הצרכן האופייני, השלט רחוק הוא מרכז השליטה בחוויית המולטימדיה שלו. בעגה של RF4CE, השלט רחוק הוא “השלט”, אל מול מכשירי הטלוויזיה, ממירים דיגיטאליים (set–top box), נגני המולטימדיה וכיו”ב, שהם כולם ה”מטרות”. ברוב הזמן שחלף מאז נוצרה לראשונה טכנולוגיית השלט רחוק, התנהלה ה”שיחה” בין מכשיר השלט רחוק אל מכשיר הטלוויזיה, ולא בכיוון ההפוך. ואולם, מעתה, אין עוד סיבה שפרדיגמה זו תהיה היחידה השלטת.

על אף שמודל הפעולה הרגיל היה שהשלט רחוק “מדבר” עם מכשיר הטלוויזיה או עם נגן Blu–Ray, לרוב האנשים היה יותר מאשר התקן קצה אחד. חלקם היה אפילו אמיץ דיו כדי לרצות לשלוט בכל ההתקנים דרך שלט רחוק יחיד. אביזרי השלט רחוק מסוג זה – של “מכשירים רבים באביזר אחד”, בעלי לחצנים רבים, אשר לצורך הפעלתם היית צריך להיות בעל תואר מכובד ויקר כפרופסור לפחות, ונדרשת לזכור רצפים בלתי רגילים של לחיצות על לחצנים – היו הדרך היחידה שבה אפשר היה להביא את מכשירי האלקטרוניקה לצריכה למצב שבו הם ייראו לפחות כמכשירים שפועלים ביחד. ועל אף שרבים מבין מכשירי השלט רחוק האלו נמכרו, מעטים מביניהם סיפקו את מה שהבטיחו. ואולם, בעולם של RF4CE, מכשיר שליטה אחד יכול להציג את עצמו בפני התקן קצה ולתשאל את ההתקן הזה בנוגע לקבוצת התכונות שלו. תהליך זה נחשב טוב יותר בהרבה לעומת התהליך שבו יש ללחוץ 300–400 פעמים על לחצן ההפעלה (ON/OFF) של אחד מבין מכשירי השלט רחוק הישנים המתוארים לעיל! כמו כן, מהרגע שהוצג אביזר שלט–רחוק כזה, הוא יכול היה לשתף במידע זה התקני מטרה אחרים השיכים לאותה המשפחה, ולכן מכשיר הטלוויזיה “ידע” על נגן Blu–Ray ועל ממיר הדיגיטאלי שבחדר הסמוך. מרגע שהפונקציונאליות והקישוריות נעשו משותפות, הצרכן יכול באמת להתקדם לעבר תרחיש שבו הכנסת דיסק לנגן Blu–Ray יכולה לגרום להעברת מכשיר הטלוויזיה לכניסת HDMI המחוברת לנגן, להפעלה של מגברי האודיו באיכות הגבוהה ולעמעום האורות.

“הכלב הרע”

יכולות אלו של דו–כיווניות וביצועי הטווח האלחוטי בת”ר (RF) של RF4CE הופכים את כל המתואר למעשי. טכנולוגיה RF4CE מטפלת בהפרעות באופן טוב במיוחד. הפס ב–2.4 ג’יגה–הרץ מותר לשימוש ברחבי העולם ללא רישיון, ולכן יצרני ציוד המקור (OEM) של מכשירי אלקטרוניקה לצריכה אינם צריכים עוד טרודים בשל תדירויות רדיו שונות באזורים גיאוגרפיים שונים. התאימות בתחום ההסדרה הפכה לישירה יותר הרבה. באופן תיאורטי אפשר לשלוח התקן אחד לכל האזורים, אך משמעות השימוש בפס 2.4 ג’יגה–הרץ היא לטפל בקרינה של Wi–Fi, תנורי מיקרו–גל, Bluetooth, טלפונים אלחוטיים מהסוג הישן וכיו”ב. “הכלב הרע” של ההפרעות בפס 2.4 ג’יגה–הרץ הוא Wi–Fi, ויותר מ–99% מכל השימושים שנעשים בשידורי Wi–Fi נעשה בערוצים 1 (2412 מגה–הרץ), 6 (2437 מגה–הרץ) ו–11 (2462 מגה–הרץ). הרוחב של אות Wi–Fi הוא 20 מגה–הרץ, והמשמעות היא שקיים מרווח של 5 מגה–הרץ בין כל שלושת הערוצים העיקריים האלו, ומרווחים אלו תואמים לערוצים 15 (2425 מגה–הרץ) ו–20 (2450 מגה–הרץ) של תקן IEEE 802.15.4. בנוסף, ערוץ 15.4 שנמצא ממש מעל ערוץ 25 (2475 מגה–הרץ) של Wi–Fi 11, פנוי אף הוא. RF4CE נמצא לחלוטין ב–15.4 ערוצים 15, 20, ו–25. התקני השליטה בטכנולוגית RF4CE יוצרים קשר עם התקני מטרה, והתקן המטרה מחליט איזה מבין שלושת ערוצים אלו הוא הטוב ביותר עבור הסביבה המקומית שלו. התקן השליטה רושם את הערוץ שנבחר בזיכרון שלו, ולכן, אם עליו לקיים תקשורת עם, נניח, הטלוויזיה שבסלון, זו תימצא במצב קליטה (מאזינה) בערוץ 25. עם זאת, יתכן שממיר הדיגיטאלי שבארון השירות קולט בערוץ 15. כל המידע הזה נשמר בשלט רחוק. אם מופיע מקור הפרעה חדש בקרבת אחד מהתקני המטרה, הוא יכול לעבור לכל אחד משני הערוצים האחרים. בשלט רחוק יש חוכמה משובצת המאפשרת לו למצוא את התקן המטרה שאליו הוא מכוון, אשר שינה ערוצים מהפעם האחרונה שבה התקיימה ביניהם תקשורת. כל זאת נעשה במסגרת של RF4CE, מפני שנעשה בה שימוש בארכיטקטורת רשת כוכב פשוטה, ללא שימוש ברשת סריגית (mesh).

לעומת זה, פרוטוקול ZigBee שונה במקצת. במקום להשתמש ב–3 תדירויות ובתנועה קלה בין ערוצים לשימוש המיידי, ההתקן נשאר בערוץ יחיד, והוא סומך במידה רבה על רשת סריגית (meshing) כדי לנהל את הקישוריות הכוללת ברשת. יש בו חופש לבחור את הרשת ולהעביר אותה לערוץ אחר, אם כי מצב זה מתרחש רק כאשר ההפרעות הופכות להיות בעיה משמעותית. עם זאת, אלו אותם 16 ערוצים של IEEE 802.15.4. מערכות ZigBee יכולות להיות גדולות מאוד – כמה מבין הפרישות הרחבות ביותר מונות אלפים רבים של התקנים בבניין יחיד, העברה של הרשת כולה יכולה להיות לא פעם משימה קשה, אבל שינוי הניתוב מהתקן אחד להתקן אחר הוא תהליך קל שמתרחש תוך כדי פעולה רגילה. באופן כזה, התקנים שהנתיב שלהם לצומת אחרת הפך לפתע להיות במצב גרוע, אם כי באופן מקומי, יכולים לעבור באופן מיידי לשכן אחר ולהעביר אליו את המידע. בעוד חיבור סריגי זה שימושי ביותר בסביבות של רשת עמוסה, הוא אינו נדרש כדי לעמוד בצרכים הכוללים של שוק מוצרי האלקטרוניקה לצריכה שאליו מכוון RF4CE.

מאתגר לאתגר

אחד האתגרים הגדולים ביותר שבפניהם עומדת כל טכנולוגיה שנדרשות לה יכולות תקשור ופעולה (interoperability) נרחבות, הוא להבטיח אותן יכולות בדיוק. יכולת תקשור ופעולה מושגת רק באמצעות פונקציונליות המוגדרת בצורה קפדנית ובאמצעות בדיקות מחמירות. RF4CE ו–ZigBee הן טכנולוגיות בעלות פרישה נרחבת מאת יצרנים רבים ושונים – כלומר ליצרן ציוד מקור יש מבחר בעל היקף עצום של יצרנים, מפתחי תוכניות תיווך (middleware) וכיו”ב שמתוכם יוכל לבחור. המשמעות היא תחרות עצומה להורדת מחירים ולהרחבת התכונות ושמאפשרת התקדמות והרחבות של תכונות באופן סדיר. כל אלו מהווים מצב מצוין עבור יצרני ציוד מקור ועבור המפתחים.

שתי הטכנולוגיות מבוססות על IEEE 802.15.4, כך שמשמעות האחידות ביניהן היא שבוצע כבר החלק העיקרי של המשימות הקשות, הכולל הבטחת יכולת התקשור והפעולה של שכבת RF/PHY וקוד MAC של יצרן אחד עם אלה של יצרן אחר. ומאחר ששתי הטכנולוגיות הן חלק מברית ZigBee, שתיהן מנצלות תוכנית של יכולת תקשור ופעולה ואישור אשר קובעת קווי הנחיה ברורים ונוהלי בדיקות המוגדרים בצורה איתנה. קיים ריבוי של בתי בדיקות המוכרים באופן בין לאומי אשר מתחרים ביניהם על אספקה של שירותים אלו, בשילוב עם אירועי תערוכות Interop סדירים שבהם אפשר להדגים יכולת תקשור ופעולה בין מוצרים דומים של יצרנים שונים ותאימות שלהם למפרטים.

ולסיכום, מתחת למעטה החיצוני שלהן הטכנולוגיות RF4CE ו–ZigBee חולקות חלקים רבים של אותה הטכנולוגיה. האופן שבו טכנולוגיה זו משמשת עבור RF4CE מותאם היטב עבור מרחב מוצרי הצריכה האלקטרוניים; באופן דומה, למרות שההגדרות מעט שונות, מבחינת ZigBee הטכנולוגיה מוצבת באופן אופטימאלי עבור יישומים ביתיים, מסחריים ותעשייתיים. הטכנולוגיות RF4CE ו–ZigBee מבוססות שתיהן על התקן האלחוטי הגמיש והעמיד IEEE 802.15.4, כאשר כל אחת מהן מנצלת את התקן הזה בדרכים שונות על מנת להעמיד אותו בצורה הטובה ביותר כמתאים ביותר לצורכי השוק שלה עצמה.