Trong hệ thống nhà thông minh – Smarthome, không thể thiếu một công nghệ để có thể liên kết tìm ngôn ngữ chung cho các thiết bị thông minh trong nhà. Và Zigbee là một trong những hệ thông kết nối phổ biến nhất của các Smarthome hiện nay và là một trong những giao thức hàng đầu trong việc giúp công nghệ nói chuyện với nhau. Vậy Zigbee là gì và nó hoạt động như thế nào.
Zigbee là gì?
ZigBee là một chuẩn tốc độ dữ liệu thấp, dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4, được sử dụng để kết nối hai chiều giữa các cảm biến và hệ thống điều khiển. Đây là một chuẩn giao tiếp tầm ngắn như Bluetooth và Wi-Fi, phạm vi bao phủ từ 10 đến 100 mét. Sự khác biệt trong khi Bluetooth và Wi-Fi là tiêu chuẩn truyền thông tốc độ dữ liệu cao hỗ trợ chuyển cấu trúc phức tạp như phương tiện, phần mềm, v.v.
Công nghệ ZigBee hỗ trợ chuyển dữ liệu đơn giản như thế từ các cảm biến. Nó hỗ trợ tốc độ dữ liệu thấp khoảng 250 kbps. Các tần số hoạt động là 868 MHz, 902 đến 928 MHz và 2.4 GHz.
Công nghệ ZigBee được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng chỉ yêu cầu năng lượng thấp, chi phí thấp, tốc độ dữ liệu thấp và tuổi thọ pin dài, đặc biệt là trong ứng dụng Nhà thông minh (Smarthome), 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. Hơn nữa, Zigbee còn thiết lập các tầng khác nhờ thế mà các thiết bị của các hãng có thể nhận biết ra nhau và tự kết nối với nhau dễ dàng hơn.
Zigbee về cơ bản nó hoạt động giống như Wifi nhưng giai thức phức tạp hơn.
Ưu & Nhược điểm của Zigbee
Nhờ vào đặc điểm truyền tải tín hiệu ổn định nên Zigbee được sử dụng rất rộng rãi trong ngành công nghiệp tự động hóa đặc biệt là trong các hệ thống nhà thông minh hiện nay. Tuy nhiên, loại công nghệ gì cũng sẽ có những ưu nhược điểm riêng.
Các ưu điểm khi sử dụng ZigBee?
Việc lắp đặt các thiết bị dùng ZigBee rất nhanh gọn và dễ dàng. Bạn có thể dễ dàng điều khiển các thiết bị thông qua kết nối Wiffi từ bất kỳ đâu trên thế giới. Giúp điều khiển nhà thông minh của mình dễ dàng hơn. ZigBee tiêu tốn rất ít năng lượng điẹn cho nên sẽ giúp bạn tiết kiệm điện tuyệt đối.
Các thiết bị cùng hệ thống sẽ có thể kết nối với nhau tạo nên 1 vùng phủ sóng cực lớn, giúp các thiết bị nhà thông minh kết nối với nhau dễ dàng. Sử dụng mã hóa AES-128 mang đến độ bảo mật cao nhất Zigbee có thể mở rộng tới 65.000 thiết bị trong cùng một hệ thống Smarthome.
Những nhược điểm của ZigBee?
Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng ZigBee cũng có một vài nhược điểm ví dụ như:
Không thể phủ rộng hết toàn bộ nhà có diện tích quá rộng, chúng ta sẽ cần một thiết bị ZigBee Repeater để kích sóng tăng độ phủ rộng hơn.
Không có khả năng xuyên tường mạnh, nếu nhà nhiều phòng thì sẽ bị giảm tín hiệu của sóng.
Độ ổn định không bằng thiết bị đi dây. Tuy nhiên đây cũng là nhược điểm chung của tất cả các loại sóng khác.
6 Vai trò quan trọng của Zigbee
Độ bảo mật cao
Mạng lưới Zigbee được bảo mật bằng các khóa đối xứng 128 bit. Đây là mã hóa đạt tiêu chuẩn thường được sử dụng trong các hoạt động trực tuyến của các ngân hàng. Không những thế, mã hóa này cũng phổ biến trong các cơ quan bộ sở của chính phủ. Do đó, Zigbee càng làm tăng khả năng bảo mật khi được ứng dụng trong hệ thống nhà thông minh của bạn.
Cấu hình mạng
Mỗi điểm nút của Zigbee cho phép bước nhảy không giới hạn giữa các thiết bị để truyền đạt dữ liệu với nhau. Mỗi điểm nút có vai trò như bộ kích truyền tải tín hiệu độc lập để tự kết nối với nhau mà không cần phải liên tục kết nối về với bộ điều khiển trung tâm. Ngoài ra, Zigbee sở hữu 65.000 điểm nút, khiến nó trở thành mạng lưới lớn hơn để kết nối các thiết bị thông minh khác với nhau và hoạt động trơn tru trong quá trình vận hành.
Sử dụng năng lượng điện một cách tối ưu
Sử dụng kết nối nhiều thiết bị trong ngôi nhà, khiến bạn e ngại về vấn đề lượng điện năng tiêu thụ. Zigbee sẽ giúp bạn sử dụng tối ưu nguồn điện một cách hiệu quả nhất khi kết nối giữa các thiết bị, nghĩa là nó sẽ giúp bạn kiểm soát mọi hoạt động của thiết bị, làm giảm điện năng tiêu thụ mỗi tháng.
Phạm vi tín hiệu
Zigbee hoạt động hiệu quả trong mạng lưới kết nối trong nhà, có thể không đẳng cấp như các mạng lưới khác nhưng cũng đủ để bạn trải nghiệm trong hệ thống ngôi nhà thông minh.
Bạn cần biết, bất kỳ chướng ngại vật nào trong nhà cũng có thể cản trở tín hiệu Zigbee nhé.
Khả năng tương thích cao với mọi thiết bị
Hiện nay, các thiết bị thông minh được hỗ trợ bởi mạng Zigbee rất đa dạng, nên bạn sẽ không gặp khó khắn gì trong việc kết nối các thiết bị trong mạng lưới Zigbee.
Độ tin cậy
Zigbee sẽ ổn định đường truyền tốt giữa các thiết bị thông minh trong nhà. Vì thế, bạn có thể điều khiển hoạt động của thiết bị hiệu quả.
Zigbee được sử dụng trong rất nhiều hệ thống thông minh hiện nay.
Zigbee Home Automation – 5 điểm chính
1. Giao thức không dây tốc độ thấp, năng lượng thấp dành cho tự động hóa gia đình
- Nó hỗ trợ tối đa 16 thiết bị trên mỗi mạng và mỗi thiết bị có một địa chỉ duy nhất 64 bit.
- Các thiết bị sẽ phát địa chỉ của chúng theo định kỳ và các thiết bị khác sẽ lắng nghe các địa chỉ này. Khi một thiết bị nhận được một địa chỉ, nó sẽ gửi phản hồi đến địa chỉ đó, phát đi phản hồi 4 byte.
- Các thiết bị hỗ trợ cả tin nhắn unicast và tin nhắn quảng bá, có nghĩa là một thiết bị có thể gửi tin nhắn đến một thiết bị cụ thể (unicast) hoặc phát tin nhắn đến mọi thiết bị (phát sóng). Tin nhắn quảng bá hiệu quả hơn tin nhắn đơn hướng nhưng mất nhiều thời gian hơn để gửi.
- Các mạng cũng phải cách nhau 50 mét để liên lạc, vì vậy bạn không thể triển khai mạng ZigBee ở khu vực nông thôn.
- Cuối cùng, bạn không thể sử dụng chúng trong các ứng dụng công nghiệp.
2. Tự động hóa ngôi nhà ZigBee với nhiều cảm biến và thiết bị có thể giao tiếp với nhau
Truyền thông và An ninh. Đó là hai đề xuất giá trị chính được tiêu chuẩn không dây ZigBee đưa ra và mỗi đề xuất đều hấp dẫn theo cách riêng của nó.
Giao tiếp
Các thiết bị này có thể gửi riêng các gói dữ liệu 802.15.4 lên tới 160 byte đến các thiết bị Zigbee gần đó. Chúng thu thập dữ liệu thành các gói lớn hơn và chuyển tiếp chúng đến một trung tâm trung tâm. Các tiêu chuẩn giao thức cho phép các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau giao tiếp với nhau.
Bảo vệ
Các thiết bị sử dụng mã hóa AES 128 bit để liên lạc và các giao thức bảo mật tiêu chuẩn đảm bảo dữ liệu được gửi và nhận được an toàn. Các thiết bị ZigBee cũng có thể giao tiếp với các thiết bị tương thích với ZigBee. Chúng bao gồm bộ điều nhiệt , công tắc đèn và chuông báo trộm.
3 thành phần chính của thiết bị ZigBee
Ngoài ra, thiết bị ZigBee có ba thành phần chính: bộ điều khiển trung tâm, một hoặc nhiều cảm biến và một hoặc nhiều bộ thu phát.
- Bộ điều khiển trung tâm quản lý tất cả các thiết bị Zigbee trong một khu vực và điều phối hoạt động liên lạc của chúng. Bộ điều khiển nhận các gói Zigbee từ các cảm biến và truyền gói dữ liệu đến các thiết bị khác trong mạng.
- Các cảm biến là thiết bị liên lạc chính trong mạng Zigbee. Chúng nhận dữ liệu từ các thiết bị khác và truyền đến bộ điều khiển trung tâm.
- Bộ thu phát cho phép các thiết bị ZigBee giao tiếp không dây.
3. Sử dụng đường truyền gói nhỏ để tiết kiệm pin
Zigbee là một tiêu chuẩn công nghệ đã tồn tại được khoảng sáu năm. Nó được sử dụng trong nhiều loại thiết bị tiêu dùng, bao gồm hệ thống an ninh gia đình không dây, thiết bị giám sát trẻ em và hệ thống camera quan sát.
Ưu điểm lớn của ZigBee là mức tiêu thụ điện năng thấp – Các thiết bị thường tiêu thụ 5 đến 10 phần trăm năng lượng mà các thiết bị Wi-Fi sử dụng. Máy phát ZigBee sử dụng tín hiệu vô tuyến để liên lạc.
Tiêu chuẩn tự động hóa zigbee xác định một số kênh, mỗi kênh có tần số chuyên dụng. Mỗi kênh có băng thông 40 MHz, nghĩa là mỗi tín hiệu chiếm khoảng 16 bit. Nó sử dụng bốn bit đó – một byte – để gửi tin nhắn. Các thiết bị có thể gửi tin nhắn cho nhau trong khoảng cách khoảng 100 mét.
Mức tiêu thụ điện năng thấp và phạm vi hoạt động của ZigBee khiến nó phù hợp với các thiết bị chạy bằng pin.
Hầu hết các chip đều hỗ trợ hai định dạng dữ liệu: ASCII (Mã tiêu chuẩn Mỹ để trao đổi thông tin) và nhị phân.
- Dữ liệu ASCII bao gồm các chuỗi văn bản ngắn, mỗi chuỗi có từ 1 đến 255 ký tự.
- Định dạng nhị phân bao gồm một gói dữ liệu có kích thước cố định, với mỗi gói chứa 8.192 bit hoặc 16 byte.
4. Các biện pháp và giao thức bảo mật
Bảo mật ZigBee là công nghệ mạng không dây an toàn nhất hiện nay.
ZigBee sử dụng mã hóa AES 128 bit để bảo mật và cơ chế xác thực an toàn để đảm bảo chỉ các thiết bị được ủy quyền mới có thể giao tiếp với nhau. Thật dễ dàng để đăng ký thiết bị qua mạng không dây, theo cách thủ công hoặc tự động. Vì vậy, các nhà bán lẻ có thể thêm thiết bị mới vào cửa hàng của mình mà không cần nhận trợ giúp từ bộ phận CNTT.
Tính năng bảo mật của ZigBee còn giúp ngăn chặn các giao dịch gian lận diễn ra. Ví dụ: tính năng phát hiện giả mạo của ZigBee sẽ phát hiện khi một thiết bị bị thay đổi, vì vậy các nhà bán lẻ có thể tắt thiết bị đó và thông báo cho khách hàng về vấn đề này.
Bảo mật ZigBee là công nghệ mạng không dây an toàn nhất hiện nay.
5. Cài đặt nhanh nhất
ZigBee đang nhanh chóng trở thành công nghệ không dây được ưa chuộng cho ngôi nhà thông minh. Và vì lý do tốt.
Nó nhanh chóng và dễ sử dụng, đồng thời tương thích với nhiều loại thiết bị thông minh . Điều đó làm cho nó hoàn hảo cho các hộ gia đình có nhiều nhu cầu.
Người tiêu dùng và các chuyên gia đều coi ZigBee là cách cài đặt dễ dàng và nhanh nhất.
Hầu hết các nhà sản xuất thiết bị lớn như LG và Samsung hiện nay đều tích hợp khả năng tương thích ZigBee trong các sản phẩm thông minh của họ. Ngày càng có nhiều nhà sản xuất thiết bị chiếu sáng đưa khả năng tương thích ZigBee vào sản phẩm của họ.
Hầu hết tất cả các trung tâm và thiết bị nhà thông minh đều đi kèm với ZigBee ngay khi mở hộp và bạn không cần bất kỳ phần cứng hoặc phần mềm bổ sung nào để bắt đầu.
Zigbee đang nhanh chóng trở thành công nghệ không dây được ưa chuộng nhất hiện nay cho hệ thống nhà thông minh.
Suy nghĩ cuối cùng về tự động hóa nhà ở zigbee
Tự động hóa gia đình đề cập đến các hệ thống, công nghệ và sản phẩm tích hợp công nghệ nhằm cung cấp cho người dùng khả năng kiểm soát thuận tiện trên nhiều thiết bị khác nhau.
Hệ thống tự động hóa gia đình cho phép người dùng điều khiển đèn và các thiết bị từ xa. Họ thường sử dụng liên lạc không dây nhất, chẳng hạn như Wi-Fi, Bluetooth hoặc ZigBee.
Tự động hóa nhà Zigbee là một công nghệ mới hơn. Nó đang nhanh chóng trở thành công nghệ không dây được ưa chuộng cho các ngôi nhà thông minh vì nó có rất nhiều ưu điểm. Nó sử dụng tần số vô tuyến 2,4 GHz để liên lạc và các thiết bị có thể được nhóm lại trong mạng dưới bộ điều khiển chính. Giao tiếp giữa bộ điều khiển và thiết bị được quản lý cục bộ hoặc thông qua Internet.
