Zigbee là gì? Ứng dụng Zigbee trong nhà thông minh

1. Zigbeee là gì?

ZigBee là một giao thức truyền thông bậc cao được phát triển dựa trên chuẩn truyền thông không dây IEEE 802.15.4, sử dụng tín hiệu radio cho các mạng cá nhân PAN (Personal Area Network). Giao thức này được tạo ra nhằm phục vụ cho những ứng dụng yêu cầu giá thành và công suất thấp nhưng phải có khả năng linh động trong phạm vi rộng. Chuẩn Zigbee được phát triển và xúc tiến bởi hãng Zigbee Alliance, với sự hỗ trợ từ hơn 200 công ty trên thế giới như: SIEMENS, ATMEL, NI, NEC, TEXAS INSTRUMENTS, EPSON….

2. Cấu trúc và Mô hình mạng Zigbee

ZigBee cũng có một kiến trúc ngăn xếp nhiều tầng, trong đó tầng vật lý và tầng MAC (Medium Access Control) được định nghĩa giống chuẩn IEEE 802.15.4. Sau đó ZigBee Alliance đã định nghĩa thêm 4 thành phần chính: tầng mạng, tầng ứng dụng, đối tượng thiết bị ZigBee (ZigBee device objects – ZDO) và các đối tượng người dùng (cho phép tùy biến theo từng ứng dụng). Trong đó, việc thêm vào các ZDO chính là cải tiến đáng kể nhất, vì đây chính là các đối tượng thực hiện nhiều tác vụ như định nghĩa vai trò của các thiết bị, tổ chức và yêu cầu truy nhập vào mạng, bảo mật cho thiết bị…

Mô hình mạng Zigbee

Zigbee có ba dạng hình được hỗ trợ là dạng hình sao, dạng hình lưới và dạng hình cây. Mỗi dạng đều có ưu nhược điểm riêng của mình và sẽ được sử dụng tùy vào trường hợp khác nhau.

-Với dạng hình sao (Star network): Các nút con sẽ liên kết với nút chủ ở vị trí trung tâm.
-Với 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.
-Với dạng hình cây (Cluster network): Là một bản mở rộng của hình lưới và có thể phủ sóng và mở rộng cao hơn.

3. Thành phần trong mạng Zigbee

Trong một mạng Zigbee, sẽ có 3 thành phần sau: 

• Zigbee Coordinator (ZC): Đây được gọi 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 mang chỉ có duy nhất một ZC và nó cũng là thiết bị duy nhất “nói chuyện” được với các mạng khác.
• Zigbee Router (ZR): Thiết bị này 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): Gọi 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.

Quá trình thiết lập trong một mạng Zigbee như sau:

Quét mạng (Network Scan): Các thiết bị trong mạng sẽ quét các kênh tín hiệu, ví dụ nếu dùng dải tần 2,4GHz thì sẽ có 16 kênh để quét, sau đó thiết bị sẽ chọn kênh phù hợp nhất để giao tiếp trong mạng. Ta gọi đó là sự chiếm chỗ: ocupacy.

• Thiết lập/Gia nhập mạng: Thiết bị có thể tạo ra một mạng trên một kênh hoặc gia nhập vào một mạng đã tồn tại sẵn.
• Phát hiện thiết bị: Thiết bị sẽ yêu cầu mạng phát hiện ra địa chỉ của mình trên các kênh được kích hoạt.
• Phát hiện dịch vụ: Thiết bị quét các dịch vụ được hỗ trợ trên thiết bị trong phạm vi mạng.
• Liên kết: Thiết bị giao tiếp với nhau thông qua các lệnh và các tin nhắn điều khiển.

4.  Dải tần hoạt động của Zigbee

Zigbee sẽ hoạt động ở một trong ba tần chính là:

• Dải 868 – 868.8 MHz (châu Âu): chỉ một kênh tín hiệu, trong dải này tốc độ truyền là 20kb/s.
• Dải 902 – 928 MHz (Mỹ, Canada, Úc): có 10 kênh tín hiệu từ 1 – 10 với tốc độ truyền thường là 40kb/s.
• Dải 2.4 – 2.4835 GHz (hầu hết các nước khác trên thế giới): 16 kênh tín hiệu từ 11 – 26 với tốc độ truyền 250 kb/s.

5.  Ưu điểm của Zigbee

Tính ổn định
Mạng ZigBee hình lưới có đặc điểm tự thích nghi, tức là chúng có khả năng tự xây dựng lại và hoạt động như bình thường ngay cả khi một vài nút bị hỏng, hoặc tìm đường đi khác khi đường đi thông thường bị chặn – đây đều là những tình huống có thể xảy ra trong hệ thống công nghiệp.

Tính bảo mật
Chuẩn ZigBee hỗ trợ bảo mật trên nhiều tầng, gồm có tầng xác thực cơ bản, mã hóa AES 128bit, bảo mật trong cơ cấu hình thành và sát nhập nút mới vào mạng.

Khả năng mở rộng
Cơ chế định địa chỉ 64bit có thể mở rộng đến 65000 mạng, có khả năng bao quát toàn bộ nhà máy công nghiệp.

Giá thành rẻ
Bao gồm chi phí mua thiết bị, chi phí lắp đặt và chi phí bảo trì. Các thiết bị ZigBee có thể hoạt động bằng pin chính trong vài năm mà không cần có bộ sạc, đồng thời các nút có thể hoạt động ở chế độ nghỉ (sleep mode) giúp tiết kiệm đáng kể năng lượng.

Khả năng hỗ trợ
Chuẩn mở với nhiều nhà cung cấp, hỗ trợ nhiều ứng dụng và ngày càng được cải tiến, phát triển rộng rãi

6.  ỨNG DỤNG ZIGBEE trong NHÀ THÔNG MINH

Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện rất nhiều thiết bị hỗ trợ giao thức ZigBee. Các thành phần cảm biến, cơ cấu chấp hành, PLC đều có phiên bản ZigBee tương đương với chúng. Bên cạnh đó, các hệ thống cũ đang hoạt động cũng có thể được trang bị truyền thông ZigBee bằng cách kết nối thêm các thành phần modeule ZigBee, modem cảm biến, cổng giao tiếp dữ liệu (gateway)…

Với các Ưu điểm của Zigbee nêu trên, việc ứng dụng Zigbee vào nhà Thông minh là một xu thế hiện nay. Các nhà sản xuất thiết bị dùng Zigbee đang phát triển về số lượng cũng như mẫu mã hằng ngày. Sản phẩm nhà thông minh Zigbee có Giá thành rẻ hơn các Tiêu chuẩn khác, mẫu mã đa dạng và thẩm mĩ cao. Đặc biệt Thiết bị Zigbee dễ sử dụng và lắp đặt, thay thế, không đòi hỏi trình độ Kỹ thuật cao của người triển khai. 

Bên cạnh các ứng dụng trong Nhà thông minh, Zigbee còn được ứng dụng trong các lĩnh vực như Tự động hóa hoặc chăm sóc Sức khỏe.

7. LỰA CHỌN HINACO là đơn vị cung cấp giải pháp Nhà thông minh Zigbee | Nhà thông minh Lumi

HINACO là đơn vị cung cấp Giải pháp thiết kế, cung cấp thiết bị Nhà thông minh hàng đầu. Chúng tôi là đại lý chính thức của thương hiệu Nhà thông minh Lumi, Simon sử dung công nghệ Zigbee tại Việt Nam. Sản phẩm của chúng tôi cung cấp cho khách hàng đảm bảo yếu tố chính hãng, thi công đúng kỹ thuật.

Mọi chi tiết vui lòng liên hệ đội ngũ HINACO: 0828 211 333 

THAM KHẢO THÊM CÁC GIẢI PHÁP CỦA CHÚNG TÔI

-Giải pháp Điều khiển Chiếu sáng
-Hệ thốngChiếu sáng tự động
-Hệ thống Tưới tự động
-Hệ thống cảnh báo, hệ thống an toàn
-Hệ thống an ninh chống trộm
-Hệ thống điều khiển Khóa thông minh
-Hệ thống Điều khiển giọng nói
-Hệ thống điều khiển Điều hòa Tivi
-Hệ thống Điều khiển Bình nước nóng