Khái quát về Zigbee

KHÁI NIỆM ZIGBEE:

Có thể hiểu nôm na Zigbee = ZigZag + Bee, dạng truyền thông ZigZag kiểu như tổ ong như trong hình vẽ, dữ liệu trao đổi giữa 2 điểm A và C có thể đi nhiều đường khác nhau, không nhất thiết phải đi đường ngắn nhất.

CẤU TRÚC:

Zigbee có cấu trúc được quy định trong 802.15d bao gồm:

• Tầng vật lý: Cung cấp dịch vụ & liên quan tới toàn bộ các hoạt động xử lý tín hiệu vật lý bao gồm 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 dữ liệu (MAC): Cung cấp dịch vụ & liên quan tới toàn bộ hoạt động chuyển đổi dữ liệu từ tín hiệu vật lý lên dữ liệu có nội dung, cũng như địa chỉ MAC của thiết bị, và địa chỉ gửi nhận của dữ liệu.

• Tầng ứng dụng

• Ngoài ra khi áp dụng vào các mô hình truyền dữ liệu qua mạng, người ta bổ sung thêm 1 tầng ứng dụng nữa, tầng đó có thể bao gồm các thành phần sau: Lớp mạng, Lớp ứng dụng – APS, Lớp đối tượng thiết bị – ZDO, lớp đối tượng ứng dụng người dùng – APO

THÀNH PHẦN:

Zigbee có 3 thành phần như 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.

MÔ HÌNH KẾT NỐI:

Zigbee có 3 mô hình kết nối cơ bản là:

• Star: Đây là mô hình kết nối đơn giản nhất khi toàn bộ ZED được kết nối trực tiếp tới ZC. Mô hình này có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là bị giới hạn về khoảng cách giữa ZED và ZC và số lượng thiết bị ZED mà ZC có thể nối vào.

• Cluster Tree (Bus): Mô hình phức tạp hơn Star khi có sự tham gia của các ZR, các ZED ở xa ZC sẽ nối về ZR thay vì ZC. Mô hình này có ưu điểm là mở rộng thêm vùng phủ cho ZC và tăng số lượng thiết bị ZED, nhưng nhược điểm là vùng phủ vẫn chưa đủ rộng do bị giới hạn khoảng cách giữa ZC và ZR, các ZED vẫn phải phụ thuộc vào ZR mà nó nối tới.

• Mesh: Đây là mô hình hoàn hảo nhất của Zigbee. các ZED sẽ tự kết nối về ZC theo nhiều ZR khác nhau, các ZR lại nói chuyện được với nhau nên cho phép mở rộng vùng phủ lên tối đa, cũng như tăng số lượng thiết bị lên tới đa (65535 thiết bị)

TẦN SỐ VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU:

• Tần số: Zigbee khi thiết kế ban đầu sử dụng dải tần RF với nhiều băng tần khác nhau, tuy nhiên hiện tại chủ yếu sử dụng tần 2.1GHz với 16 kênh tín hiệu từ 11-26 và tốc độ truyền tải tới 250kb/s.

• Công nghệ điều chế tín hiệu: Zigbee sử dụng các công nghệ điều chế tín hiệu tiên tiến như:

ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ZIGBEE

Ưu điểm:

• Hoạt động ổn định: Do sử dụng một nền tảng riêng, không chung với các nền tảng trao đổi dữ liệu của các hệ thống khác (Ví dụ wifi hiện nay đang sử dụng chung cho rất nhiều hệ thống data, smarthome, security..), do đó hệ thống Zigbee có độ hoạt động ổn định cao.

• Tiết kiệm năng lượng: Đây là điều kiện tiên quyết đặt ra ngay từ khi thiết kế tiêu chuẩn Zigbee trong 802.15d. Việc tiết kiệm năng lượng cho phép thu gọn thiết bị ZED để có thể chạy bằng pin và không cần phải thay thế trong vòng 2 năm, và đặt được ở mọi vị trí => rất phù hợp cho các bài toán ioT, smarthome.

• Khả năng mở rộng cực lớn: Các thiết bị Zigbee có thể dễ dàng kết nối với nhau một cách không hạn chế, rất phù hợp cho các bài toán iOT, smarthome với nhiều nhà sản xuất khác nhau.

• Sử dụng mã hóa AES-128 mang đến độ bảo mật cao => Rất phù hợp cho các bài toán ioT, smarthome.

• Tối đa thiết bị: Zigbee có thể mở rộng tới 65535 thiết bị cho 1 hệ thống => Rất phù hợp cho các bài toán ioT, smartcity diện rộng.

• Hỗ trợ của cộng đồng: Khi esp đã bão hòa thì cộng đồng các nhà phát triển, mà đứng sau là các nhà sản xuất chip/board đang hỗ trợ rất nhiệt tình cho zigbee, các git về zigbee trên github luôn có các issues được phản hồi và update nhanh chóng.

Nhược điểm:

• Giá thành cao: Do công nghệ Zigbee vẫn chưa thực sự phổ biến, lượng chipset Zigbee hiện tại chỉ có 1 số nhà sản xuất với số lượng nhất định, các board mạch, fw và app vẫn còn đang tiếp tục nghiên cứu nên giá thành zigbee còn cao, chưa thể so sánh với các sản phẩm esp đại trà trên thị trường.

• Code phức tạp: Cũng do chipset, board, fw, app còn đang ngiên cứu, nên việc code và xây dựng hệ thống zigbee còn phức tạp, cần đòi hỏi một số trình độ hiểu biết nhất định.

• Tốc độ thấp, không hỗ trợ real-time: Zigbee ngay từ đầu được thiết kế không phải dành cho các ứng dụng truyền đa phương tiện tốc độ cao và liên tục (realtime)

Nguồn: Nguyễn Duy – Zigbee Việt Nam