Bài báo xem xét 3 công nghệ truyền dữ liệu không dây: ZigBee, BlueTooth, Wifi, đồng thời giới thiệu các lĩnh vực áp dụng chúng và những lời khuyên khi lựa chọn công nghệ cho từng trường hợp cụ thể.

1. BlueTooth

Công nghệ BlueTooth (chuẩn IEEE 802.15) trở thành công nghệ truyền dữ liệu không dây đầu tiên cho mạng cá nhân (WPAN – wireless Personal Network) Công nghệ này thực hiện truyền dữ liệu và giọng nói qua kênh radio trong phạm vi nhỏ 10-100 m và trong dải tần không được cấp phép 2,4 GHz và kết nối máy tính, điện thoại di động và các thiết bị khác mà không thấy trực tiếp được.

Công nghệ kết nối mới BlueTooth được tạo ra bởi công ty Ericsson vào năm 1994. Mục đích đầu tiên là tạo ra một giao diện truyền radio với mức tiêu thụ năng lượng thấp giá thành rẻ và có thể kết nối giữa các thiết bị di động và tai nghe không dây. Ngoài ra sau này việc phát triển giao diện truyền radio đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển các công nghệ mới.

Trên thị trường viễn thông cũng như sự thành công trên thị trường cảu các công nghệ máy tính mới cung cấp cho các nhà sản xuất , những người quyết định về tính khả thi và lợi ích kinh tế trong việc tích hợp công nghệ mới vào sự phát triển sản phẩm của họ. Vì thế, để đáp bảo cho tương lai và sự phát triển lâu dài, vào năm 1998 công ty Ericsson đã tạo nên tập đoàn liên minh BlueTooth SIG (Spesial Interest Group), để giải quyến các mục tiêu sau:

- Phát triển lâu dài công nghệ BlueTooth;

- Tạo nên một công nghệ mới trên thị trường viện thông.

Tập đoàn liên minh BlueTooth SIG gồm có các công ty: Ericsson, Nokia, 3COM, Intel, National Semiconductor.

Bước đầu tiên liên minh cần phải tiêu chuẩn hóa công nghệ mới cho các thiết bị BlueTooth của các công ty khác nhau. Điều này đã được thực hiện bằng cách phát triển các đặc điểm kĩ thuật, hướng dẫn chi tiết về phương pháp sử dụng tiêu chuẩn mới và những đặc điểm của các giao thức truyền tải dữ liệu.

Kết quả là đã phát triển được chồng giao thức truyền tải dữ liệu không day blueTooth:

Công nghệ BlueTooth trợ giúp kết nối “điểm – điểm” và “điểm – nhiều điểm”. Hai hoặc nhiều thiết bị cùng sử dụng một kênh tạo nên một piconet. Một thiết bị là chính (master) còn các thiết bị khác là phụ (slave). Trong một piconet có thế kết nối 7 thiết bị phụ hoạt động một lúc, còn các thiết bị phụ khác nằm ở trạng thái “chờ”, cũng đồng bộ với thiết bị chính. Piconet hoạt động giống với mạng lưới phân bố (scatternet).

Một piconet hoạt động với một thiết bị chính, nhưng các thiết bị phụ có thể hoạt động trong các piconet khác nhau. Ngoài ra, thiết bị chính của một piconet có thể là thiết bị phụ của các piconet khác.

Kể từ thời điểm xuất hiện trên thị trường mô đun Bluetooth đầu tiên chúng đã được sử dụng rộng rãi vào các ứng dụng mới ngăn cản việc thực hiện các phần mềm phức tạp của chồng giao thức Bluetooth. Các nhà phát triển phải tự kiểm soát mô đun BlueTooth của họ và phát triển những prô-phin để có thể kết nới với những mô đun Bluetooth khác bằng HCI (host Controller Interface). Sự quan tâm đến công nghệ BlueTooth ngày càng phát triển, có rất nhiều công ty phát triển các thành phần cho nó nhưng chưa có một giải pháp bước nhảy cho sự đơn giản hóa việc quản lý các mô đun BlueTooth. Tuy nhiên một công ty Phần Lan đã tìm ra giải pháp cho vấn đề này và mở ra một bước phát triển mới.

Trong phần lớn trường hợp thì kĩ thuật viên sử dụng công nghệ BlueTooth để thay thế kết nối có dây giữa hai thiết bị. Để triển khai kết nối và thực hiện truyền dữ liệu kĩ thuật viên cần phải lập trình dựa trên các câu lệnh của giao diện máy chủ quản lý, nó được thực hiện ở tầng cao nhất của chồng giao thức BlueTooth, cái liên quan đến: L2CAP, RFCOMM, SDP cũng như là các prô-phin liên hệ qua các cổng nối tiếp – SPP (Serial Port Profi le) và pro-phin tìm kiếm dịch vụ SDP (Service Discovery Profile). Và do vậy công ty Phần Lan đã tham gia cuộc chơi, phát triển phương án lồng vào trong mô đun BlueTooth phần mềm hoàn thiện thực hiện trên tất cả các chồng giao thức của BlueTooth, cũng như là pro-phin SPP và SDP (hình 1). Cách giả quyến này đem lại cho kĩ thuật viên khả năng thực hiện quản lý mô đun, cài đặt kết nối không dây và thực hiện truyền dữ liệu với sự trợ giúp của nhưng câu lệnh chuyên biệt, hoặc cũng như làm việc với mô-đem bình thường qua những câu lệnh AT.

Thoạt đầu ta thấy rằng phương án giải quyết này giúp giảm bớt đáng kể trong việc tích hợp công nghệ BlueTooth vào những sản phẩm mới được phát triển. Tuy nhiên nó cũng gây ra sự hạnh chế nhất định trong việc sử dụng những khả năng của công nghệ BlueTooth. Trong đó về cơ bản là làm giảm băng thông tối đa và số lượng kết nối đồng thời không đồng bộ của mô-đun BlueTooth.

Vào giữa năm 2004 phiên bản BlueTooth 1.2 ra đời thay thế cho bản 1.1 được ra đời năm 2001. Những sự thay đổi về thông số cơ bản giữa 1.1 và 1.2 là:

- Thực hiện công nghệ thay đổi tần số linh hoạt (Adaptive Friquency hopping, AFH).

- Cải thiện kết nối bằng giọng nói.

- Giảm thời gian thiết lập kết nối giữa 2 mô đun BlueTooth.

Ta biết rằng BlueTooth và Wi-Fi cùng sử dụng dải tần số không cấp phép 2,4 GHz. Do đó trong trường hợp các thiết bị BlueTooth nằm trong vùng hoạt động của các thiết bị Wi-Fi và thực hiện truyền dữ liệu thì điều này có thẻ dẫn đến xung đột và ảnh hưởng đến hiệu suất của các thiết bị. Công nghệ AFH giúp tránh khỏi tình trạng này bằng cách: trong thời gian truyền dữ liệu để chống lại sự nhiễu thì BlueTooth sử dụng thiết lập nhảy tần số, sao cho không trùng với tần số mà các thiết bị Wi-Fi đang truyền sữ liệu. hình 3 mô tả nguyên lý hoạt động của công nghệ AFH.

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều công ty cung cấp mô-đun BlueTooth, cũng như là các linh kiện phần cứng tự lắp ráp của thiết bị BlueTooth. Hầu như tất cả các nhà sản xuất cung cấp các mô-đun hỗ trợ cả phiên bản 1.1 và 1.2 và ở loại 2 (khoảng cách hoạt động 10 m) và loại 1 (khoảng cách hoạt động là 100 m). Tuy nhiên mặc dù các phiên bản 1.1 và 1.2 tương thích với nhau nhưng những cải tiến trong 1.2 chỉ có thể hoạt động giữa hai thiết bị cùng chạy 1.2.

Tháng 11 năm 2004 phiên bản BlueTooth 2.0 ra đời, nó hỗ trợ công nghệ nâng cao khả năng truyền dữ liệu (Enhanced Data Rate, EDR). Bản 2.0 với EDR giúp cho việc chuyển dữ liệu có thể lên đến 3 Mb/s. Mẫu sản xuất thương mại đầu tiên của bản 2.0 với công nghệ EDR được đưa vào cuối năm 2005. Bán kính hoạt động là 10 m nếu không thấy nhau (là loại 2) và có thể lên đến 30 m nếu thấy trực tiếp.

Công nghệ Bluetooth được tạo ra nhằm thay thế công nghệ truyền dẫn có dây. Trong đó prô-phin SPP được sử dụng để tạo kết nối, tất nhiên là không phải chỉ cần 1 pro-phin này trong các sản phẩm của các nhà phát triển. Công nghệ Bluetooth gồm có các prô-phin sau: prô-phin đăng nhập chung (Generic Access Profile), prô-phin tìm kiếm dịch vụ (Service Discovery Profile), prô-phin kết nối với điện thoại di động (Cordless Telephony Profile), prô-phin liên lạc (Intercom Profile), prô-phin tai nghe không dây cho điện thoại di động (Headset Profile), prô-phin mạng quay số (Dial-up Networking Profile), prô-phin truyền fax (Fax Profile), prô-phin mạng nội bộ (Lan Access Profile), prô-phin truyền dữ liệu (Profile Object Push Profile), prô-phin truyền tệp (File Transfer Profile), prô-phin đồng bộ (Synchronization Profile).

2. Công nghệ truyền dẫn không dây WiFi.

Để tìm hiểu WiFi ta hãy bắt đầu với những thuật ngữ thường được sử dụng.

Chuẩn IEEE 802.11 là chuẩn cơ sở để xây dựng nên hệ thống truyền dẫn không dây cục bộ (Wireless Local Network - WLAN). Chuẩn IEEE 802.11 được xây dựng từng bước và hiện nay đã có một họ các chuẩn được đánh thứ tự thảo bảng chữ cái tiếng Anh: a, b, c, d, e, g, h, i, j, k, l, m, n, o, p, q, r, s, u, v, w. Tuy nhiên chỉ có bốn trong số chúng (a, b, g và i) là chính và được sử dụng rãi trong các thiết bị, những chuẩn còn lại là những phần bổ sung, sửa chữa, mở rộng thêm.

Trong phần của mình, Viện kĩ nghệ Điện và Điện tử (IEEE) chỉ nhận và phát triển các chuẩn chính. Trong đó không bao gồm việc thử nghiệm tính tương thích của các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau.

Để phát triển WLAN trên thị trường công nghệ thì một nhóm được gọi là tổ chức liên minh WiFi (WiFi Alliance) đã được ra đời. Nhóm này thực hiện chỉ đạo các công ty sản suất thiết bị theo các chuẩn chung. Và các thiết bị này được bảo đảm độ tin cậy cũng như tính tương thích với nhau. Hiện nay các thiết bị tương thích với nhay chủ yếu trên chuẩn IEEE 802.11a, b, và g (cũng có thể sử dụng chuẩn IEEE 802.11i để phục vụ bảo mật đường nối). Ngoài ra, các thiết bị này chạy trên tần số 2,4 Ghz hoặc 5 Ghz.
Giấy phép được cấp cho chuẩn IEEE 802.11 đầu tiên vào năm 1997, dùng để truyền dữ liệu với vận tốc 1 và 2 Mbit/s trên tần số không cấp phép 2,4 Ghz, cũng như khả năng điều khiển truy cập vật lý (kênh vô tuyến), cái mà sử dụng phương pháp đa truy cập nhận biết sóng mang phát hiện xung đột (CSMA/CD - Theo phương pháp này, khi một máy tính muốn truyền một gói tin, trước tiên nó sẽ lắng nghe xem trên đường truyền có sóng mang hay không (bằng cách lắng nghe tín hiệu sóng mang - Carrier). Nếu không có, nó sẽ thực hiện truyền gói tin (theo frame). Sau khi truyền gói tin, nó vẫn tiếp tục lắng nghe để xem có máy nào định truyền tin hay không. Nếu không có xung đột, máy tính sẽ truyền gói tin cho đến hết. Nếu phát hiện xung đột, nó sẽ gửi broadcast một gói tin báo hiệu cho các máy trên mạng không nên gửi tin để tránh làm nhiễu đường truyền, và sẽ tiến hành gửi lại gói tin. Để xác định trạng thái của kênh máy sẽ sử dụng thuật toán đánh giá tín hiệu trong kênh truyền, nếu như tín hiệu nhận được nhỏ hơn giá trị ngưỡng cho trước thì nó sẽ tính là kênh rảnh và ngược lại tức là kênh bận).

Sau khi nhận chứng chỉ về chuẩn IEEE 802.11 được công nhận thì một vài nhà sản xuất đã giới thiệu sản phẩm của mình. Tuy nhiên các sản phẩm đó không được đón nhận rộng rãi bởi vì chuẩn này đã không đưa ra được những quy tắc duy nhất về quan hệ giữa các lớp giao thức. Vì thế mỗi nhà sản suất giới thiệu phương án riêng của mình mà không thể tương thích với nhau.

Để khắc phục tình trạng này vào năm 1999 thì IEEE đã lần đầu bổ sung thêm vào chuẩn IEEE 802.11 được gọi là IEEE 802.11b. Chuẩn IEEE 802.11b trở thành chuẩn để xây dựng mạng không dây đầu tiên nhận được sự đón nhận rộng rãi. Tốc độ truyền dữ liệu cao nhất là khoảng 11 Mbit/s. Để có được tốc độ này các kĩ sư đã sử dụng phương pháp mã hóa bổ sung mã (Complementary Code keying). Để quản lý truy cập vào kênh vô tuyến thì sử dụng CSMA-CA. Tốc độ tối đa nhận được ở trên tất nhiên chỉ trên lý thuyết vì với việc sử dụng CSMA/CA để quản lý truy cập thì không thể bảo đảm là kênh lúc nào cũng rảnh cả. Vì thế trên thực tế để truyền dữ liệu qua giao thức TCP/IP băng thông tối đa là khoảng 5,9 Mbit/s, còn sử dụng UDP là khoảng 7,1 Mbit/s.

Trong trường hợp gặp nhiễu xấu thì thiết bị tự giảm tốc độ truyền xuống dưới 5,5 Mbit/s sau đó là xuống 2 Mbit/s, nhờ sử dụng phương pháp tự chọn tốc độ thích hợp (ARS). Tốc độ giảm giúp cho quá trình mã hóa dễ dàng hơn, từ đó giúp tín hiệu truyền ít bị suy yếu và tránh nhiễu tốt hơn. Nhờ sử dụng ARS mà các thiết bị sử dụng chuẩn IEEE 802.11b có thể truyền dữ liệu trong các môi trường điện từ khác nhau.

Chuẩn tiếp theo trong hệ chuẩn IEEE 802.11 đó là IEEE 802.11a, được cấp chứng nhận vào năm 1999. Sự khác biệt cơ bản của chuẩn IEEE 802.11a so với các chuẩn trước đó ở các điểm sau:
- Truyền dữ liệu trên dải tần số không cấp phép 5Ghz;
- Sử dụng điều chế tần số trực giao OFDM;
- Tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 54 Mbit/s (tốc độ thực tế là khoảng 20 Mbit/s).

Cũng như chuẩn IEEE 802.11b, 802.11a sử dụng phương pháp ARS để giảm tốc độ khi cần thiết xuống: 48, 36, 24, 18, 12, 9 và 6 Mbit/s. Thực hiện truyền thông tin qua một trong 12 kênh trong dải tần 5 Ghz.

Chuẩn IEEE 802.11a sử dụng dải tần 5 Ghz bởi vì dải tần này ít bị quá tải như dải tần 2,4 Ghz, từ đó tín hiện ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu hơn. Điều này là một lợi thế lớn, tuy nhiên thì thiết bị theo chuẩn IEEE 802.11a làm việc tốt nhất ở cự ly gần (khả năng xuyên thấu kém). Vì thế để xây dựng mạng không dây cần phải đặt số lượng lớn những điểm truy cập và điều này dẫn đến giá thành xây dựng mạng lớn. Ngoài ra tín hiệu truyền trên dải tần 5 Ghz rất dễ bị hấp thụ (năng lượng bức xạ của 802.11a và b là như nhau).

Mẫu đầu tiên của thiết bị theo chuẩn 802.11a được giới thiệu vào năm 2001. Tuy nhiên, thiết bị chỉ hỗ trợ chuẩn này lại không đáp ứng được nhu cầu của thị trường do một số nguyên nhân sau:
Thứ nhất: Vào thời điểm này các thiết bị theo chuẩn 802.11b đã khẳng định được chỗ đứng trên thị trường;
Thứ hai: đó là những nhượcđiểm của 802.11a;
Thứ ba: thiết bị hỗ trợ 802.11a không tương thích với thiết bị hỗ trợ 802.11b (do khác nhau dải tần).
Tuy nhiên sau cùng để thúc đẩy 802.11a thì các nhà sản xuất đã đưa ra các thiết bị hỗ trợ cả 2 chuẩn này, cũng như sau này hỗ trợ cả 801.11b, 802.11a và 802.11g.

Vào năm 2003 chuẩn 802.11g ra đời, nó truyền dữ liệu trên dải tần 2,4 Ghz với tốc độ là 54 Mbit/s (tốc độ thực tế là khoảng 24,7 Mbit/s). Giống như các chuẩn 802.11 khác, 802.11g cũng sử dụng CSMA/CA để điều khiển truy cập và mã hóa dùng OFDM.

Thiết bị hỗ trợ 802.11g thì hoàn toàn tương thích với 802.11b, tuy nhiên do ảnh hưởng của nhiễu sóng mà trong nhiều trường hợp thì tốc độ thực truyền dữ liệu của 802.11g cũng chỉ tương đương với 802.11b. Vì thế lựa chọn đúng đắn nhất của người dùng là mua thiết bị hỗ trợ cả 3 chuẩn 802.11 a, b, g.

Thiết bị tương thích WiFi của hầu hết các nhà phát triển đều liên kết các điểm truy cập mạng internet với thiết bị của người dùng. Cần lưu ý rằng ngành công nghiệp hệ thống nhúng không quá quan tâm đến các chuẩn WiFi. Cho nên giờ đây trên thị trường có đề nghị là sản xuất các thiết bị đều có hỗ trợ WiFi. Ta đang nói đến các mô đun chuẩn 802.11b của các nhà sản xuất OEM gồm có: bộ phận thu phát, chip xử lý ứng dụng và sử dụng phần mềm. Như vậy những mô đun này là lời giải cho bài toán về sự tiết kiệm thời gian cũng như tiền bạc cho việc tương thích WiFi vào trong các thiết bị. Phần lớn các mô đun được tích hợp 802.11b để điều khiển và quản lý từ xa qua mạng internet. Để kết nối mô đun chuẩn 802.11b với các thiết bị ta sử dụng giao tiếp RS-232, để điều khiển những mô đun này thì sử dụng các lệnh AT. Khoảng các xa nhất giữa các mô đun OEM chuẩn 802.11b với điển truy cập sử dụng ăng ten bên ngoài đặc biệt là khoảng 500 m. Thông thường thì khoảng cách lớn nhật được 100 m, nếu không có vật cản thì có thể lên đến 300 m. Tuy nhiên thì các mô đun OEM có giá thành cao.

Bảng 1. Các thông số kĩ thuật của chuẩn IEEE 802.11 a, b, g.

Công nghệ truyền dữ liệu không dây ZigBee
ZigBee ra đời sau BlueTooth và WiFi. ZigBee xuất hiện nhằm phục vụ những ứng dụng (ví dụ như điều khiển thiết bị chiếu sáng từ xa, điều khiển cửa kéo hoặc là truyền thông tin của các nút cảm ứng) có yêu cầu chủ yếu là tiêu thụ năng lượng thấp và giá thành rẻ. Từ đây dẫn đến là băng thông nhỏ do hầu hết nguồn của các nút cảm ứng đều dùng pin, mà yêu cầu phải "sống" được khoảng vài tháng đến một năm. Những yêu cầu kể trên thì công nghệ BlueTooth và WiFi không thể đáp ứng được.
Vào năm 2001 nhóm làm việc số 4 IEEE 802.15 đã bắt đầu việc tạo ra chuẩn mới theo các yêu cầu sau:
- Năng lượng tiêu thụ phần cứng để truyền dữ liệu không dây rất thấp (thời gian làm việc khi dùng pin phải đạt từ vài tháng đến vài năm);
- Truyền thông tin với tốc độ thấp;
- Giá thành phần cứng rẻ.

Và kết quả của nhóm này nhận được là IEEE 802.15.4. Rất nhiều các bài báo đã cho rằng chuẩn IEEE 802.15.4 là công nghệ ZigBee và ngược lại. Tuy nhiên không hẳn là như vậy. Hình 5 mô tả mô hình mối quan hệ giữa chuẩn IEEE 802.15.4, công nghệ truyền dữ liệu ZigBee và người dùng đầu cuối.

Chuẩn 802.15.4 xác định mối quan hệ chỉ giũa 2 lớp cuối của mô hình đó là lớp vật lý và lớp quản lý truy cập vào kênh truyền dùng những dải tần không cấp phép: 2,4 Ghz, 868 Mhz và 915 Mhz.

Bảng 2 cho ta thấy những đặc điểm chính của các thiết bị

Lớp MAC là lớp điều khiển truy cập vào kênh truyền sử dụng công nghệ CSMA-CA và cũng là lớp điều khiển kết nối, ngắt kết nối vào mạng và đảm bảo khả năng bảo vệ thông tin bằng khóa đối xứng (AES-128).

Trong phần của mình thì công nghệ truyền dữ liệu không dây ZigBee đã đề xuất ra "liên minh ZigBee" và nằm ở lớp mạng, lớp bảo mật, lớp cấu trúc ứng dụng và lớp giao diện người dùng. Ở lớp mạng thì ZigBee thực hiện tìm kiếm thiết bị và cấu hình mạng và nó hỗ trợ ba phương án thiết lập mạng theo hình vẽ

Hình 6. ba phương án thiết lập mạng

Để đảm bảo chi phí tích hợp thấp cho công nghệ ZigBee vào các ướng dụng vật lý khác nhau của chuẩn IEEE 802.15.4 thì ta chia các thiết bị làm hai loại sau: thiết bị có số lượng chức năng bị giới hạn (RFD) và thiết bị có đầy đủ chức năng (FFD). Để xây dựng mạng như hình 6 thì cần có 1 thiết bị FFD làm nhiệm vụ định vị cho mạng.

Bảng 3 giới thiệu các chức năng của FFD và RFD.

Các thiết bị RFD có giá thành thấp do bị giới hạn chức năng khi tương tác với thiết bị định vị hoặc thiết bị FFD.Tuy RFD không thực hiện đầy đủ các hoạt động trong mô hình tương tác nhưng nó lại yêu cầu bộ nhớ ít hơn.

Ngoài phân chia thiết bị ra làm RFD và FFD thì liên minh ZigBee còn chia ra làm ba loại thiết bị lôgic: ZigBee điều phối, ZigBee điều hướng, các thiết bị đầu cuối ZigBee. ZigBee điều phối thực hiện tạo ra mạng, điều khiển các nút, và lưu thông tin cấu hình của các nút được kết nối vào mạng. ZigBee điều hướng thực hiện việc định hướng truyền các tập tin giữa các nút trong mạng. Các thiết bị đầu cuối ZigBee bao gồm toàn bộ các thiết bị được kết nối trong mạng (ví dụ là các thiết bị RFD và FFD ta xét phần trên). Người dùng có thể lựa chọn các thiết bị lôgic thông qua những cấu hình cụ thể được đưa ra bởi liên minh ZigBee. Khi xây dựng mạng theo kiểu điểm nối điểm thì việc truyền thông tin từ nút này sang nút khác có thể thực hiện qua nhiều tuyến đường khác nhau, sao cho đáp ứng được yêu cầu chất lượng trong truyền thông tin giữa các nút.
Lưu lượng dữ liệu truyền trong mạng ZigBee thì chia ra làm: truyền theo chu kì, truyền liên tục và truyền lặp lại (sự truyền này được đặc trưng bởi khoảng cách thời gian giữa các lần truyền tin).

Lưu lượng truyền theo chu kì dành cho các ứng dụng mà cần phải nhận thông tin từ xa ví dụ như các cảm biến không dây hay các bộ đếm. Trong ứng dụng này việc nhận thông tin từ các cảm biến hay bộ đếm được thực hiện như sau: các thiết bị đồng cuối đóng vai trò làm cảm biến không dây thì hầy hết thời gian làm việc ở chế độ "ngủ", nhờ đó tiêu tốn rất ít năng lượng. Khi cần truyền thông tin đi chúng thoát khỏi chế độ "ngủ" và bắt đầu tìm kiếm tín hiệu đặc biệt (như ngọn hải đăng) được truyền đi từ thiết bị điều khiển mạng (ZigBee điều phối hoặc ZigBee điều hướng), đồng thời cũng được kết nối với bộ đếm không dây. Sau khi tìm được tín hiệu này các thiết bị bắt đầu truyền dữ liệu và khi kết thúc thì ngay lập tức về trạng thái "ngủ", chờ đến lượt truyền tiếp theo.

Lưu lượng truyền liên tục dành cho các thiết bị chuyên dụng như thiết bị quản lý chiếu sáng từ xa. Ví dụ như trong trường hợp khi cảm biến chuyển động đặt ở cửa ra vào bị kích hoạt nó sẽ truyền lệnh bật đèn ở hành lang lên. Việc truyền câu lệnh được thực hiện như sau. Thiết bị quản lý của mạng nhận được tín hiệu về việc cảm biến chuyển động bị kích hoạt thì nó sẽ ra lệnh cho các thiết bị đầu cuối kết nối với mạng không dây ZigBee. Sai khi cài đặt xong kết nối thì các thiết bị này thực hiện truyền thông tin chứa lệnh bật đèn. Sau khi thực hiện xong thì kết nối sẽ bị ngắt và các thiết bị sẽ ra khỏi mạng ZigBee.

Kết nối và ngắt kết nối của thiết bị đầu cuối vào mạng ZigBee nhằm để tiết kiện năng lượng tối đa nhờ vào việc tăng thời gian trong trạng thái "ngủ" của các thiết bị.

Trong một vài ứng dụng như hệ thống bảo vệ thì việc truyền thông tin về việc cảm ứng chuyển động bị kích hoạt cần phải được thực hiện gần như ngay lập tức không được có độ trễ. Nhưng cần phải tính đến khả năng trong khoảng thời gian xác định có thể cùng một lúc làm việc nhiều cảm biến, tạo nên cái gọi là lưu lượng lặp lại. Khả năng xảy ra hiện tượng này không lớn nhưng việc tính đến trong hệ thống bảo vệ là cần thiết. Trong mạng không dây ZigBee để truyền tin bởi cùng một lúc nhiều thiết bị thì mỗi thiết bị được chuia cho một khoảng thời gian truyền (khe thời gian). Trong công nghệ ZigBee thì khe thời gian đặc trưng này được gọi là khe thời gian bảo đảm (Guaranrteed Time Slot, GTS). Trên thực tế trong công nghệ ZigBee thì có khe thời gian đảm bảo để truyền các tin khẩn cấp sử dụng phương phán QoS (đảm bảo chất lượng dịch vụ). Khe thời gian đảm bảo cho việc truyền tin khẩn cấp được thực hiện bởi bộ định vị mạng (hình 6, PAN Coordinator).

Trong việc phát triển phần cứng của công nghệ không dây ZigBee, hầu hết các nhà sản xuất đều tuân theo sự thống nhất về việc tất cả cấc phần cứng phải nằm trong một con chip. Hình 7 cho ta thấy điều này.

Hình 7. Sự phân bố trên phần cứng của công nghệ truyền dữ liệu không dây ZigBee.

Để xây dựng mạng không dây (ví dụ như mạng hình sao) dựa trên công nghệ ZigBee thì các nhà phát triển cần phải có ít nhất một thiết bị điều phối mạng và một vài thiết bị đầu cuối. Khi lên kế hoạch xây dựng mạng cần phải tính đến số lượng nhiều nhất các thiết bị đầu cuối hoạt động kết nối với thiết bị điều phối mạng không vượt quá 240. Ngoài ra các nhà sản xuất phải đưa ra môi trường lập trình chip ZigBee cho các nhà phát triển cấu hình mạng và tạo ra các ứng dụng và dao diện người dùng. Trên thực tế hầu hết các nhà sản xuất đưa ra thị trường các sản phẩm tương tự nhau có chăng chỉ khác về bộ nhớ động (RAM) và bộ nhớ trong (ROM). Ví dụ như chip 128 kbyte ROM và 8 kbyte RAM có thể để lập trình thiết bị điều phối, điều hướng và thiết bị đầu cuối.

Chi phí cao của bộ gỡ lỗi chứa trong bộ các côngcụ phần mềm và phần cứng để xây dựng mạng không dây ZigBee là một trong những vật cản trong việc phổ biến công nghệ này tại thị trường Nga. Cần thiết phải nói thêm rằng việc xuất hiện công nghệ không dây ZigBee là câu trả lời cho những đòi hỏi của thị trường cần một hệ thống điều khiển nhà thông minh, và nhu cầu này ngày càng tăng. Vào nhưng năm trở lại đây một phần lớn nhưng ngôi nhà và công trình xây dựng đã lắp đặt một số lượng lớn các cảm biến không dây để thực hiện giám sát và quản lý hệ thống hỗ trợ cuộc sống của các gia đình. Việc lắp đặt các hệ thống này có thể vào bất kì thời gian nào, cực kì nhanh chóng và không cần các dây dẫn lằng nhằng.

Ta có thể liệt kê các ứng dụng có thể được tích hợp trong công nghệ ZigBee:

- Hệ thống tự động hóa hỗ trợ cuộc sống trong các ngôi nhà và các tòa nhà (điều khiển các ổ cắm mạng từ xa, ...)
- Hệ thống điều khiển các đồ điện tử;
- Hệ thống tự động tính tiền (tiền ga, nước, điện,...)
- Hệ thống đảm bảo an toàn (cảm biến khói, cảm biến truy nhập và bảo vệ, cảm biến rò rỉ hơi ga, nước, cảm biến chuyển động, ... );
- Hệ thống theo dõi môi trường xung quanh (cảm biến nhiệt độ, áp xuất, độ ẩm, rung động, ... );
- Hệ thống tự động hóa công nghệp.

Kết luận:

Bài báo cho chúng ta cái nhìn tổng quả về các công nghệ truyền dẫn không dây BlueTooth, WiFi và ZigBee nhờ đó mà các nhà phá truyển có thể áp dụng các công nghệ này sao cho phụ hợp với nhu cầu của mình.

Từ đây ta có được bảng so sánh một số các đặc điểm của các công nghệ này

Bảng 4: So sánh các đặc điểm của BluTooth, WiFi và ZigBee

Duydt

Thursday, July 16, 2015

Các công nghệ truyền dữ liệu không dây ZigBee, BlueTooth, Wi-Fi