Nội dung bài viết
Các thiết bị nhà thông minh dần dần trở nên quen thuộc với người dùng nói chùng và các fan của Xiaomi nói riêng. Và hầu như các thiết bị nhà thông minh thường được liên kết với nhau thông qua giao thức Zigbee. Vậy giao thức Zigbee là gì? Nó có những ưu nhược điểm, cách vận hành ra sao? Bài viết sau sẽ giải đáp các thắc mắc đó cho bạn.
Zigbee là gì?
ZigBee là một tiêu chuẩn mở với quy mô toàn cầu cho phép công nghệ không dây sử dụng tín hiệu vô tuyến kỹ thuật số năng lượng thấp cho các mạng khu vực cá nhân.
ZigBee hoạt động dựa trên thông số kỹ thuật của IEEE 802.15.4 và được sử dụng để tạo các mạng yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu thấp, kết nối mạng an toàn. Zigbee thường được sử dụng trong một số ứng dụng như hệ thống nhà thông minh, hệ thống sưởi và làm mát và trong các thiết bị y tế.
Đây là tiêu chuẩn sử dụng tín hiệu radio có tần số ngắn và cấu trúc với hai tầng gồm tầng vật lý và địa chỉ MAC giống với tiêu chuẩn 802.15.4. Có thể hiểu nôm na Zigbee là dạng truyền thông ZigZag kiểu như tổ ong. Bên cạnh đó Zigbee còn thiết lập các tầng khác để các thiết bị có thể nhận biết và tự kết nối với nhau.
Giao thức Zigbee dạng Zigzag tổ ong (nguồn onskyinc.com)
Ưu điểm của Zigbee
Ưu điểm đầu tiên đó là việc lắp đặt các thiết bị dùng ZigBee rất dễ dàng. Bên cạnh đó Zigbee sử dụng mã hóa AES-128 mang đến độ bảo mật cao.
Thông qua kết nối Internet bạn có thể dễ dàng điều khiển các thiết bị từ bất kỳ đâu trên thế giới khá thuận lợi. Với khả năng này, Zigbee thường được ứng dụng để điều khiển các thiết bị nhà thông minh. Bênh cạnh đó ZigBee tiêu tốn rất ít năng lượng cho nên sẽ giúp tiết kiệm điện tối đa.
Zigbee có thể mở rộng tới 65.000 thiết bị trong cùng một hệ thống cho khả năng kết nối với nhau tạo nên 1 vùng phủ sóng cực lớn. Ưu điểm này giúp các thiết bị nhà thông minh kết nối với nhau dễ dàng
Nhược điểm của Zigbee
Bên cạnh các ưu điểm nổi trội, ZigBee vẫn có một vài nhược điểm. Nếu diện tích toàn bộ nhà quá rộng, Zigbee không thể phủ sóng hết. Lúc này cần có ZigBee Repeater để tăng độ phủ sóng. Bên cạnh đó khả năng xuyên tường khá yếu nếu nhà nhiều phòng thì sẽ bị giảm tín hiệu. Ngoài ra độ ổn định của Zigbee sẽ không bằng thiết bị đi dây. Tuy nhiên đây cũng là nhược điểm chung của tất cả các loại sóng khác.
Khả năng truyền tín hiệu và các dải tầng sóng hoạt động
Với công nghệ Zigbee tín hiệu có thể truyền tối đa 75m. Dữ liệu được truyền theo gói, mỗi gói tối đa 128bytes. Bên cạnh đó Zigbee hỗ trợ địa chỉ 64bit và 16bit. Tuy nhiên địa chỉ 64bit chỉ hỗ trọ 1 địa chỉ IP. Còn địa chỉ ngắn có thể cho phép liên kết 65000 thiết bị.
Zigbee hoạt động ở một trong ba tầng sóng sau:
- Dải 868 MHz chỉ có 1 kênh (kênh số 0) và tốc độ truyền khá thấp chỉ khoảng 20kb/s cho khu vực Châu Âu và Nhật.
- Dải 915MHz có 10 kênh tín hiệu từ 1-10 và tốc độ khoảng 40kb/s ở khu vực Bắc Mỹ.
- Dải 2.4GHz có tới 16 kênh tín hiệu từ 11-26 và tốc độ truyền tải rất cao tới 250kb/s sẽ ở các nước còn lại.
Zigbee được sử dụng để liên kết các thiết bị nhà thông minh (nguồn onskyinc.com)
Cấu trúc và các mô hình mạng Zigbee
Cấu trúc của Zigbee bao gồm các tầng sau:
- Tầng vật lý: Có nhiệm vụ là kích hoạt/giảm kích hoạt các bộ phận nhận sóng, chọn kênh, phát hiện năng lượng, giải phóng kênh truyền, thu và phát gói dữ liệu trong môi trường truyền
- Tầng MAC: sẽ quản lý việc thu phát thông qua dịch vụ dữ liệu (PHY). Nhiệm vụ của tầng này là điều kiển truy cập kênh, điều khiển và giải phóng kết nối.
- Tần mạng: sẽ thiết lập 1 mạng lưới các thành viên tham gia hoặc loại bỏ thành viên nếu được đưa vào mạng khác, gắn địa chỉ cho hệ thống mới được kết nối, đồng bộ tín hiệu giữa các thiết bị và định tuyến các gói tin truyền đi. Bên cạnh đó còn có nhiệm vụ bảo vệ tầng MAC, các thông báo tín hiệu và khung tin xác nhận. Giúp thông tin di chuyển giữa các nốt mạng được đảm bảo.
- Tầng ứng dụng – APS: Giúp dò tìm các nốt trong vùng phủ sóng, duy trì và kết nối thông tin giữa các nốt mạng. Xác định vai trò của thiết bị trong mạng, thành lập các mối quan hệ cũng như là thiết lập và trả lời các kết nối giữa các thiết bị.
- Tầng đối tượng thiết bị – ZDO: có trách nhiệm quản lý các thiết bị, định hình tầng hỗ trợ ứng dụng và tầng mạng, cho phép thiết bị tìm kiếm, quản lý các yêu cầu và xác định trạng thái của thiết bị.
- Tầng các đối tượng ứng dụng người dùng – APO: Đây là tầng mà bạn sẽ tiếp xúc với các thiết bị và thêm thiết bị vào mạng nếu cần.
Zigbee có 3 dạng mô hình bạng với các ưu nhược điểm riêng, tùy thuộc vào mục đích và trường hợp sử dụng. Cụ thể:
- Dạng hình sao (Star network): các nút con sẽ liên kết với nút chủ ở vị trí trung tâm.
- Dạng hình lưới (Mesh network): Mạng này có độ tin cậy cao, mỗi nút trong mạng lưới đều có khả năng liên kết với các nút khác, cho phép tín hiệu truyền liên tục trong mạng và bền vững. Nếu có sự cản trở thì hệ thống sẽ tự nhảy sang nút khác.
- Dạng hình cây (Cluster network): Là một bản mở rộng của hình lưới và có thể phủ sóng và mở rộng cao hơn.
Các thành phần của mạng Zigbee
Trong các mạng Zigbee cơ bản sẽ có 3 loại thiết bị là
- Zigbee Coordinator (ZC): là thiết bị gốc có nhiệm vụ quyết định kết cấu mạng, quy đinh cách đánh địa chỉ và lưu trữ bảng địa chỉ. Mỗi mạng chỉ có duy nhất một ZC và nó cũng là thiết bị duy nhất “nói chuyện” được với các mạng khác.
- Zigbee Router (ZR): sẽ có nhiệm vụ định tuyến trung gian trong việc truyền dữ liệu, nó sẽ tự phát hiện và lập bản đồ các nút xung quanh cũng như là theo dõi và điều khiển các nút hoạt động bình thường.
- Zigbee End Device (ZED): là thiết bị điểm cuối và nó sẽ giao tiếp với ZC và ZR ở gần nó nhất. Chúng có nhiệm vụ đọc thông tin từ các thành phần vật lý, chúng thường ở trạng thái nghỉ và chỉ làm việc khi cần chuyển hoặc nhận thông điệp nào đó
Giao thức Zigbee (nguồn onskyinc.com)
Tóm lại Zigbee là một dạng kết nối mạnh mẽ và linh hoạt, cho khả năng kết nối nhiều thiết bị, tương tác giữa các thiết bị khá tốt nên được ứng dụng trong các thiết bị nhà thông minh. Hi vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu thêm về giao thức Zigbee.
Nguồn: onskyinc.com
