Sóng Zigbee là gì? Sóng Zigbee truyền bao xa? Ứng dụng Zigbee

Khi lắp đặt nhà thống minh; nếu thiết bị sử dụng chuẩn truyền thông có dây KNX thì tất cả các thiết bị đều phải kết nối với bộ điều khiển trung tâm qua dây Bus; do vậy sẽ phải đục tường để đi dây. Nhưng khi dùng sóng Zigbee xuyên tường thì thiết bị kết nối với bộ điều khiển qua sóng không dây. Do đó sẽ không phải đục tường đi dây tạo điều kiện thuận lợi hơn cho việc lắp đặt và triển khai giải pháp từ đó không làm mất đi tính thẩm mĩ cho ngôi nhà của bạn. Vậy sóng zigbee là gì? Sóng zigbee có hại không? Câu trả lời sẽ có ngay trong bài viết dưới đây của chúng tôi.

1. Sóng Zigbee là gì?

Chúng ta đã từng biết đến một số chuẩn giao tiếp không dây khá phổ biến như : Wimax, 3G, Bluetooth…Trong những năm gần đây xuất hiện một chuẩn giao tiếp mới được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đó là chuẩn Zigbee.

1.1. Khái niệm sóng zigbee là gì?

Zigbee là gì? – Zigbee hay sóng zigbee là một giao thức được xây dựng theo chuẩn IEEE 802.15.4. Giao thức này được tạo ra nhằm phục vụ cho những ứng dụng yêu cầu 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….

Về bản chất Zigbee cũng một chuẩn giao tiếp không dây như những chuẩn không dây khác : UWB, Wi-Fi, IrDA, 3G, Bluetooth… nhưng nó mang những đặc tính kỹ thuật và đặc tính vật lý riêng và do đó sẽ chỉ phù hợp với một mảng ứng dụng nhất định.
Theo như hình trên có thể thấy rằng chuẩn Zigbee có đặc điểm là phạm vi hoạt động hẹp; tốc độ truyền Zigbee thích hợp cho các sensor không dây và chuyên dùng cho các ứng dụng giám sát, điều khiển.

1.2. Zigbee truyền được bao xa?

Khoảng cách truyền tải của Zigbee có thể biến đổi dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm công suất phát, môi trường xung quanh, sự hiện diện của chướng ngại vật và cả loại thiết bị Zigbee cụ thể.
Trong điều kiện tiêu chuẩn ở tần số 2.4GHz sóng Zigbee truyền được từ 10 đến 100 mét trong điều kiện môi trường tốt, không có chướng ngại vật và không có nhiễu mạng nhiều.
Tuy nhiên, để xác định khoảng cách cụ thể và hiệu suất tối ưu của một hệ thống Zigbee trong ứng dụng cụ thể của bạn; bạn cần tiến hành các thử nghiệm và đánh giá trong môi trường thực tế.

2. Ưu điểm và nhược điểm công nghệ Zigbee

Để thấy được ưu điểm và nhược điểm của giao thức Zigbee có thể theo dõi bảng dưới đây:

2.1. Ưu điểm của công nghệ Zigbee

Giá thành thấp
Tiêu thụ công suất nhỏ, giúp tiết kiệm năng lượng
Dễ dàng kết nối internet, có thể điều khiển các thiết bị từ bất cứ đâu
Kiến trúc mạng linh hoạt, có thể mở rộng dễ dàng
Việc lắp đặt các thiết bị sử dụng Zigbee rất dễ dàng
Độ bảo mật cao nhờ sử dụng mã hóa AES -128
Được hỗ trợ với nhiều công ty
Số lượng các nút lớn để mở rộng các sản phẩm (65k)

2.2. Nhược điểm của sóng Zigbee

Cũng như các loại sóng khác độ ổn định không bằng thiết bị đi dây
Lỗi ở một điểm chính có thể ảnh hưởng tới cả hệ thống
Tốc độ truyền thấp hơn, chưa tối ưu bằng những mạng khác, khả năng xuyên tường yếu, nhiều nhà nhiều phòng thì tín hiệu sẽ bị giảm
Chưa có đầy đủ thiết bị để phát triển nhiều, cần nghiên cứu thêm.
Để cho rõ ràng hơn, ta hãy làm một phép so sánh giữa chuẩn Zigbee và một chuẩn không dây cũng khá phổ biến khác: Chuẩn Bluetooth

Có thể thấy rằng với những ứng dụng cho nhiều phần tử, yêu cầu độ linh hoạt cao, giá thành thấp, tiêu thụ công suất nhỏ thì dùng chuẩn Zigbee là rất phù hợp.

3. Tần số sóng Zigbee

dải tần số của sóng zigbee — Dải tần số của sóng zigbee

Tín hiệu truyền trong giao thức Zigbee thực chất là tín hiệu radio. Zigbee được hỗ trợ trong các dải tần số sau:

Dải 868,3 Mhz: Chỉ một kênh tín hiệu. Trong dải này tốc độ truyền là 20kb/s. Dải 902 Mhz – 928 Mhz: Có 10 kênh tín hiệu từ 1 – 10 với tốc độ truyền thường là 40kb/s.
Dải 2,4 Ghz – 2,835 Ghz: có 16 kênh tín hiệu từ 11 – 26 với tốc độ truyền 250 kb/s. Trong nhiều ứng dụng, người ta hay dùng giao thức Zigbee ở dải tần 2,4 Ghz – 2,835 Ghz. Đây là dải tần phổ biến và được hỗ trợ bởi nhiều thiết bị.
Hơn nữa với Zigbee, dải tần này có tới 16 kênh tín hiệu trong dải (mỗi kênh cách nhau 5MHz tần số) với tốc độ truyền lớn nhất: 250kb/s.

4. Kiến trúc Zigbee

Cũng giống như trong truyền thông công nghiệp, khi thực hiện một giao thức truyền thông; người ta thường phải dựa trên một mô hình kiến trúc chuẩn. Bất kỳ một giao thức truyền thông nào đều có thể qui chiếu tới một lớp nào đó trong mô hình của kiến trúc tương ứng.
Trong truyền thông công nghiệp ta đã biết đến đó là mô hình qui chiếu OSI 7 lớp. Trong giao thức Zigbee, người ta cũng định nghĩa một kiến trúc giao tiếp, đó là kiến trúc Zigbee.
Có thể hiểu kiến trúc này cũng tương tự như kiến trúc OSI 7 lớp trong truyền thông công nghiệp, xem hình dưới. Ta sẽ đi xem xét cụ thể hơn về kiến trúc Zigbee:

Zigbee được xây dựng ở trên của hai lớp MAC ( Medium Access Control) và lớp vật lý PHY. Lớp MAC và lớp PHY được định nghĩa theo chuẩn IEEE 802.15.4 dành cho các ứng dụng WPAN tốc độ thấp.
Đặc tính kỹ thuật Zigbee sau đó thêm vào 4 lớp chính: lớp mạng, lớp ứng dụng, lớp các đối tượng thiết bị Zigbee ( ZDO) và lớp các đối tượng người dùng cho phép tùy biến, linh động trong chuẩn đó.
Bên cạnh việc tích hợp thêm hai lớp mức cao hơn trên các lớp nền, một sự tích hợp rất quan trọng nữa là thêm vào các ZDO ( Zigbee Device Object). Các ZDO chịu trách nhiệm cho nhiều tác vụ, trong đó bao gồm: định nghĩa vai trò của các thiết bị, tổ chức và yêu cầu để truy nhập vào mạng, bảo mật cho thiết bị…

5. Mô hình mạng Zigbee

Trong truyền thông dùng giao thức Zigbee thường hỗ trợ 3 mô hình mạng chính: mạng hình sao, mạng hình cây và mạng sơ đồ lưới. Trong lớp mạng Zigbee cho phép 3 kiểu thiết bị: Zigbee Coordinator (ZC):

Chỉ có duy nhất 1 ZC trong bất kỳ mạng Zigbee nào và nó có chức năng chính là kích hoạt thông tin về mạng thông qua cấu hình các kênh, PAN ID và hiện trạng ngăn xếp.
Zigbee Router (ZR): Là một thành phần của hệ thống mạng mà chức năng của nó là thực hiện việc vận chuyển các gói tin trong mạng. Nó thực hiện các bảng kết nối cũng như định vị địa chỉ cho các ZED của nó.
Zigbee End Device (ZED): Là một thành phần của hệ thống mạng nhưng không tham gia vào quá trình vận chuyển tin. Nó có được tối ưu sao cho công suất tiêu thụ là nhỏ nhất nhờ các chế độ bắt tín hiệu và kỹ thuật “sleep”.

6. Cách kết nối Zigbee

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.

7. Ứng dụng của Zigbee

Như đã nói ở trên: Chuẩn Zigbee rất phù hợp với những ứng dụng yêu cầu giá thành thấp, tiêu thụ năng lượng nhỏ và tính linh động tốt. Vì vậy ngày nay Zigbee được dùng vào rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống như:

Các hệ thống nhà thông minh
HVAC
Công nghiệp
Sensor không dây
Bệnh viện
….

8. Các thiết bị Zigbee thường thấy

Thiết bị zigbee là những thiết bị được thiết kế sử dụng sóng zigbee để kết nối với các bộ xử lý trung tâm, từ đó giúp thiết bị có thể hoạt động tự động hoặc bán tự động. Một số thiết bị Zigbee phổ biến như:

8.1. Zigbee Gateway

Zigbee Gateway sử dụng dây ethernet để kết nối Internet và có thể kết nối đến 128 thiết bị ổn định.

8.2. Zigbee Hub

Zigbee Hub là thiết bị có khả năng kết nối với các thiết bị thông minh trong smart home như: điều hoà, đèn, cửa, cổng, camera an ninh, rèm cửa….

8.3. Zigbee Mesh

9. Sóng zigbee có hại không?

Thông qua những thông tin trên, mọi người có thể thấy được sóng zigbee không có hại cho con người cũng như các sinh vật. Không chỉ vậy, sóng zigbee còn mang lại tiện ích và ứng dụng rất đa dạng trong đời sóng.
Không chỉ không có hại cho người dùng mà sóng zigbee xuyên tường còn giúp tăng tính thẩm mỹ mang lại lợi ích tối ưu khi lắp đặt nhà thông minh.
Chính vì những tiêu chuẩn và khả năng ứng dụng của Zigbee mà các nhà phát triển nhà thông minh lựa chọn làm chuẩn truyền thông. Lumi là một trong những đơn vị hàng đầu về phát triển nhà thông minh tại Việt Nam cũng sử dụng Zigbee.

10. So sánh zigbee và Bluetooth

Dưới đây là một bảng chi tiết hơn, so sánh các đặc điểm cụ thể giữa sóng Zigbee và Bluetooth:

Đặc Điểm	Sóng Zigbee	Bluetooth
Tần số hoạt động	2.4GHz	2.4GHz
Khả năng tiết kiệm năng lượng	Cả hai đều tiết kiệm năng lượng, nhưng Zigbee có xu hướng tiêu thụ ít năng lượng hơn trong các ứng dụng cảm biến và điều khiển.	Bluetooth cũng tiết kiệm năng lượng, nhưng nhiều hơn một chút so với Zigbee trong một số tình huống.
Khả năng kết nối đa thiết bị	Zigbee hỗ trợ nhiều thiết bị, nhưng có giới hạn về số lượng so với Bluetooth.	Bluetooth có thể hỗ trợ một số lượng thiết bị lớn hơn trong một mạng so với Zigbee
Mục tiêu ứng dụng	Zigbee thường được sử dụng trong các ứng dụng nhà thông minh, quản lý năng lượng và tự động hóa công nghiệp do độ tin cậy và ổn định cao.	Bluetooth tập trung vào các ứng dụng cá nhân và giải trí như tai nghe không dây, loa di động và bàn phím không dây.
Khoảng cách truyền tải	Zigbee thường có khoảng cách truyền tải lớn hơn, có thể lên đến vài trăm mét trong điều kiện tối ưu.	Bluetooth thích hợp cho các ứng dụng ở khoảng cách gần hơn, thường dưới 100 mét.
Tốc độ truyền tải	Zigbee có tốc độ truyền tải chậm hơn so với Bluetooth.	Bluetooth có tốc độ truyền tải nhanh hơn so với Zigbee, đặc biệt là trong việc truyền tải âm thanh và video chất lượng cao.
Tính ổn định	Zigbee có tính ổn định cao hơn và có độ tin cậy cao hơn	Bluetooth không được ổn định, đặc biệt là khi thieets bị di chuyển liên tục

11. So sánh zigbee và wifi

Dưới đây là một bảng so sánh chi tiết các đặc điểm cụ thể giữa công nghệ Zigbee và Wi-Fi với các số liệu cụ thể:

ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT	ZIGBEE	WI-FI
Tần số hoạt động	2.4GHz, 915MHz, 868MHz, 5GHz (tuỳ chọn)	2.4GHz, 5GHz (tuỳ chọn)
Băng tần truyền tải	250 kbps (2.4GHz), 40 kbps (915MHz)	Từ Mbps đến Gbps (tùy thuộc vào băng tần và tiêu chuẩn)
Tiêu thị năng lượng	Thấp (tuỳ thuộc vào chế độ truyền)	Cao (đặc biệt trong chế độ hoạt động liên tục)
Kiểu mang	Mạng Mesh (mạng lưới)	Mạng LAN (mạng cục bộ)
Kích thước gói tin tối đa	128 bytes (tuỳ chỉnh lên đến 2047 bytes)	2304 bytes (tuỳ theo thiết bị)
Khoảng cách truyền tải tối đa	100 mét (2.4GHz), 1 km (915MHz)	Từ vài chục mét đến hàng trăm mét (tùy thuộc vào băng tần)
Tiêu chuẩn	IEEE 802.15.4	IEEE 802.11 (tuỳ theo tiêu chuẩn Wi-Fi)

12. Lumi áp dụng công nghệ zigbee vào các thiết bị nhà thông minh

Hiện nay, Lumi đã và đang phát triển các sản phẩm, thiết bị nhà thông minh sử dụng sóng zigbee làm giao thức để kết nối. Một số các thiết bị nổi bật có gắn chip Zigbee như:

Bộ điều khiển trung tâm
Khoá cửa thông minh
Công tắc cửa cuốn thông minh
Công tắc cổng thông minh
Bộ điều khiển hồng ngoại thông minh
Cảm biến chuyển động
Module âm thanh đa vùng
….

Trên đây là những chia sẻ chi tiết về sóng zigbee là gì? Sóng zigbee có hại không? Mong rằng sau vài viết mọi người đã hiểu chi tiết hơn về công nghệ zigbee. Để nhận thông tin tư vấn về các thiết bị nhà thông minh của Lumi, hãy gọi hotline để nhận được tư vấn nhanh nhất từ nhân viên của chúng tôi.