Tại Sao Công Nghệ ZigBee Được Ứng Dụng Nhiều Trong Nhà Thông Minh?

Một số hãng nhà thông minh hiện nay có điểm hạn chế là các thiết bị cùng hãng mới có khả năng kết nối với nhau. Đó thực sự là điều bất tiện cho người dùng khi muốn thay thế một vài thiết bị. Công nghệ không dây ZigBee ra đời giúp đồng bộ hóa các sản phẩm của các hãng khác nhau giúp chúng  “giao tiếp với nhau dễ dàng“. Vậy công nghệ ZigBee là gì? Nó được ứng dụng trong nhà thông minh(smarthome) như thế nào?  Các bạn hãy cùng với Kenti tìm hiểu nhé.

Công nghệ ZigBee là gì?

 

Công nghệ ZigBee là một tiêu chuẩn mở toàn cầu cho công nghệ không dây được thiết kế để sử dụng tín hiệu vô tuyến kỹ thuật số năng lượng thấp cho các mạng khu vực cá nhân – PAN (personal area network). Đây là công nghệ không dây để kết nối các thiết bị lại với nhau được ZigBee Alliance phát triển vào năm 1998 dựa trên nền tảng tiêu chuẩn IEEE 802.15.4

Mạng zigbee được xem là giải pháp thay thế Wi-Fi và Bluetooth của một số ứng dụng bao gồm các thiết bị sử dụng năng lượng thấp mà không cần nhiều dung lượng truyền tải đem lại hiệu quả trong việc tiết kiệm năng lượng, khả năng truyền tín hiệu đi xa theo mạng lưới với độ ổn định, an toàn.  Công nghệ này được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực đời sống như tự động hóa công nghiệp, giám sát người bệnh, trong hệ thống nhà thông minh như hệ thống sưởi, điều hòa, an ninh …

Zigbee 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. Zigbee = ZigZag + Bee, với dạng truyền thông ZigZag kiểu tổ ong.

 

mô phỏng cách thức giao tiếp của công nghệ ZigBee

Công nghệ Zigbee thiết lập nhiều tầng khác nên có thể kết nối các thiết bị của các hãng khác nhau giúp chúng giao tiếp với nhau.

Các thành phần chính trong hệ thống mạng công nghệ ZigBee

Theo chức năng

FFD (Full Function Device): là những thiết bị đảm nhận nhiều vai trò trong mạng do được hỗ trợ đầy đủ các chức năng theo chuẩn IEEE 802.15.4

RFD (Reduce Function Device): là thiết bị bị giới hạn một số chức năng, chỉ giao tiếp được với FFDs, được sử dụng cho một số ứng dụng đơn giản

Theo vai trò

Thiết bị điều phối trung tâm – Zigbee Coordinator (ZC)

  • Trong một hệ thống Zigbee, chỉ có duy nhất 1 Coordinator luôn hoạt động và là thiết bị FFD
  • Giao tiếp với các mạng khác, thiết lập mạng, lưu giữ địa chỉ mạng
  • Đóng vai trò định tuyến đường truyền trong mạng lưới (Mesh)
  • Là gốc của mạng hình cây Tree

Router – Zigbee Router (ZR)

  • Là 1 FFD và luôn hoạt động
  • Tìm, tham gia và duy trì thông tin mạng
  • Cho phép các thiết bị khác tham gia mạng
  • Lưu các gói thông tin thay cho các Children đang ngủ

Thiết bị End Device – Zigbee EndDevice (ZED)

  • Giao tiếp với ZC và ZG ở gần nhất, các ZED không giao tiếp trực tiếp với nhau
  • Polling Parent của nó để kiểm tra có dữ liệu nào truyền đến nó hay không
  • Tìm một Parent mới nếu kết nối tới Parent cũ bị mất
  • Hầu hết ở trang thái ngủ, chỉ hoạt động khi chuyển hoặc tiếp nhận tín hiệu

Cấu trúc hệ thống zigbee

Mạng lưới hệ thống zigbee

 

Mạng ZigBee hình sao (Star Topology): Gồm 1 nút trung tâm ZC, tất cả các nút khác đều được kết nối với nút trung tâm này, mạng hình sao bị hạn chế khoảng cách và sự mở rộng

Mạng ZigBee hình cây (Cluster Tree Topology): Mạng này là dạng mở rộng của Mesh có khả năng mở rộng giúp tăng khoảng cách và quy mô của hệ thống

Mạng ZigBee hình lưới (Mesh Topology): Gồm 1 nút trung tâm ZC,tất cả các nút trong mạng đều có thể kết nối với nhau (trừ ZED chỉ có thể kết nối với parent của nó). Ưu điểm của nó là khi một đường truyền bị lỗi , nó sẽ tự động tìm ra một đường truyền khác để tín hiệu kết nối được truyền liên tục, bền vững và không bị gián đoạn

Ứng dụng của hệ thống ZigBee trong cuộc sống

Hạn chế của công nghệ ZigBee

  • Công nghệ Zigbee có thể truyền xa tối đa 75m tính từ trạm phát và có khả năng phát xa hơn rất nhiều từ các nút phát khác trong cùng hệ thống tuy nhiên nếu nhà có diện tích quá rộng nên dùng thiết bị ZigBee Repeater để tăng độ phủ sóng.
  • Nếu nhà nhiều phòng và có nhiều vật cản thì tín hiệu sẽ bị yếu
  • Độ ổn định không bằng thiết bị có kết nối dây khác

Ngoài các hạn chế trên thì chúng ta không thể phủ nhận những đóng góp to lớn của công nghệ ZigBee vào đời sống thực tế ở rất nhiều lĩnh vực, cụ thể

  • Giải pháp tự động hóa công nghiệp, kho bãi, tòa nhà
  • Hệ thống chiếu sáng thông minh
  • Giải pháp an ninh báo động
  • Dùng giám sát bệnh nhân trong y tế
  • Hệ thống mạng cảm biến

Tại sao công nghệ ZigBee được dùng nhiều trong nhà thông minh?

 

Bảo mật thông tin

Việc rò rỉ thông tin cá nhân gây ra rất nhiều bức xúc và phiền toái cho mọi người. Hệ thống nhà thông minh ứng dụng công nghệ Zigbee làm tăng khả năng bảo mật thông tin và đảm bảo ngôi nhà của bạn được an toàn

Tiết kiệm năng lượng

Với hệ thống chuẩn zigbee, bạn sẽ kiểm soát hoàn toàn tất cả các thiết bị điện trong nhà qua điện thoại hay máy tính bảng. Từ đó bạn sẽ  điều khiển đóng mở các thiết bị một cách hợp lí giúp tiết kiệm điện năng

Kết nối nhiều loại thiết bị

Với zigbee, bạn dẽ dễ dang thay thế và tích hợp các thiết bị điện thông minh của nhiều hãng vào chung một hệ thống với độ tương thích cao. Tuy nhiên bạn nên sử dụng các thiết bị cùng thương hiệu để có hiệu quả tốt nhất

Độ tin cậy

Hệ thống Zigbee giúp ổn định đường truyền tốt giữa các thiết bị điện nhà thông minh giúp bạn điều khiển hoạt động của thiết bị hiệu quả.

Kết luận

ZigBee thực sự là một sự phát triển vượt bậc của công nghệ không dây với khả năng chống nhiễu và tương tác nhiều loại thiết bị. ZigBee ngày càng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống nói chung cũng như hệ thống nhà thông minh nói riêng.

Hi vọng bài viết đã giúp cho các bạn hiểu hơn về công nghệ zigbee và những ứng dụng của nó. Hẹn gặp lại các bạn trong những bài viết sau!

Trả lời