Những điều cần biết về công nghệ không dây Zigbee

1. Công nghệ Zigbee là gì?

Công nghệ ZigBee được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn 802.15.4 của tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Tiêu chuẩn 802.15.4 này sử dụng tín hiệu radio có tần sóng ngắn, và cấu trúc của 802.15.4 có 2 tầng là tầng vật lý và tầng MAC (medicum Access Control). Công nghệ ZigBee vì thế cũng dùng sóng radio và có 2 tầng. Hơn thế nữa ZigBee còn thiết lập các tầng khác nhờ thế mà các thiết bị của các nhà sản xuất dù khác nhau nhưng cùng tiêu chuẩn có thể kết nối với nhau và vận hành trong vùng bảo mật của hệ thống.

Một cách dễ hiểu, ta có thể hình dung về công nghệ Zigbee như sau:

• Ứng dụng cho giải pháp điều khiển và giám sát.
• Tiêu thụ năng lượng thấp
• Là công nghệ không dây

Dải sóng hoạt động của công nghệ Zigbee ứng với các khu vực là khác nhau.

• Ở khu vực Bắc Mỹ sử dụng dải 915 MHz. Giống dải 868MHz, dải này cũng sử dụng kĩ thuật điều chế pha nhị phân.
• Ở Nhật và Châu Âu sử dụng dải 868 MHz. Đặc điểm của dải này là có tốc độ đường truyền có thể đạt 20kbps, chỉ có 1 kênh tín hiệu.
• Ở các khu vực còn lại sử dụng dải 2.4 GHz. Có 16 kênh tín hiệu không giống nhau, tốc độ đường truyền có thể lên đến 250kbps. Khác với 2 dải trên, dải 2.4GHz sử dụng kĩ thuật tín hiệu số có dịch pha.

Nhờ chức năng điều khiển từ xa không dây, truyền dữ liệu ổn định, tiêu thụ năng lượng cực thấp, công nghệ mở đã giúp công nghệ ZigBee trở nên hấp dẫn sử dụng cho các ứng dụng, đặc biệt là ứng dụng trong nhà thông minh công nghệ Zigbee hiện nay.

2. Các phiên bản của công nghệ Zigbee

Công nghệ Zigbee đã được ươm mầm từ những năm 1990. Quá trình phát triển của Zigbee có thể tóm gọn lại như sau:

3. Cấu trúc mạng của công nghệ Zigbee

Ngoài 2 tầng vật lý và tầng MAC, cấu trúc mạng Zigbee còn có 4 tầng khác, bao gồm: Tầng mạng, tầng hỗ trợ ứng dụng, tầng đối tượng ứng dụng và tầng đối tượng thiết bị.

Ảnh 1 - Cấu trúc của Zigbee

Tầng MAC: Được sử dụng như công nghệ đa truy cập nhận biết song mang CSMA để xác định hình dạng đường truyền để tránh va chạm xác định và xác định hình dạng mạng, giúp hệ thống mạnh và vững chắc.

Tầng vật lý: Có trách nhiệm điều biến, hoàn điều biết và gói tín hiệu vào không gian đồng thời giữ cho việc truyền tín hiệu được mạnh trong môi trường nhiễu.

3.1. Tầng đối tượng ứng dụng

Tại tầng này người dùng tiếp xúc trực tiếp với thiết bị. Ngoài ra có thể cho phép người dùng tùy biến ứng dụng vào hệ thống.

3.2. Tầng đối tượng thiết bị

Tầng này sẽ quản lý các thiết bị, hỗ trợ tầng mạng, ứng dụng và cho phép thiết bị tìm kiếm. Ngoài ra, nó cũng xác định trạng thái của các thiết bị sử dụng công nghệ Zigbee và quản lý các yêu cầu của nó.

3.3. Tầng hỗ trợ ứng dụng

Tầng này là nơi diễn ra sự cài đặt ứng dụng cần thiết cho Zigbee và kết nối với tầng mạng.

3.4. Tầng mạng

Tầng mạng giúp kết nối mạng và mở rộng dạng từ tiêu chuẩn 802.15.4 lên dạng lưới. Đồng thời giúp xác định địa chỉ Zigbee, đường truyền Zigbee

Với cấu trúc mạng của công nghệ Zigbee, mang đến 3 dạng hình mạng: dạng hình sao, dạng hình lưới và dạng hình cây.

• Dạng hình sao (Star Network): Liên kết các điểm về trung tâm.
• Dạng hình cây (Cluster Network): mô hình Cluster Network có khả năng mở rộng và phủ sóng cao.
• Dạng hình lưới (Mesh Network): độ tin cậy của dạng hình mạng này rất cao. Các điểm trong mạng này có thể kết nối với nhau và truyền tín hiệu liên tục.

4. Ưu điểm của công nghệ Zigbee

• Thiết lập dễ dàng, không yêu cầu trung tâm điều khiển hoặc bộ điều khiển.
• Có thể mở rộng, hỗ trợ tối đa 65.000 thiết bị trên một thiết lập.
• Bạn có thể kiểm soát và giám sát các sản phẩm từ xa hoặc bằng thiết bị di động.
• Tốc độ 40-250 Kb/giây.
• Mã hóa AES-128, mang đến sự yên tâm hoàn toàn khi sử dụng.

5. Ứng dụng của công nghệ Zigbee

Zigbee cho phép triển khai trên diện rộng của các mạng không dây với chi phí thấp lại tốn ít năng lượng, đồng thời cung cấp khả năng hoạt động trong thời gian dài dựa trên nguồn pin thấp, cho các ứng dụng giám sát và kiểm soát. Năng lượng thông minh/lưới điện thông minh, AMR (Automatic meter reading), điều khiển chiếu sáng, các hệ thống tự động hóa tòa nhà, giám sát bể chứa, điều khiển HVAC, các thiết bị y tế,…

Các thương hiệu nhà thông minh của Việt Nam cũng sử dụng công nghệ Zigbee để phát triển giải pháp nhà thông minh của mình. Đó là nhà thông minh Lumi