Báo cáo môi trường truyền dẫn zigbee

MẠNG TRUYỀN THÔNG VÀ MẠNG TỐC ĐỘ CAO

BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN ZIGBEE

I. ĐẶT VẤN ĐỀ.
Hiện nay có rất nhiều chuẩn không dây (wireless) để truyền dữ liệu với tốc độ cao giữa
các thiết bị với nhau như BlueTooth hay Wifi. Nhưng đối với những mạng quản lý các sensor
trong các ứng dụng điều khiển - tự động hóa của các thiết bị trong nhà hay bệnh viện thì Wifi hay
BlueTooth lại không thể đáp ứng được. Chúng có nhiều khuyết điểm như sử dụng băng thông
rộng làm tiêu hao nhiều điện năng không cần thiết, sử dụng các nguồn điện trực tiếp, ít sử dụng
pin, phạm vi kết nối nhỏ hẹp, độ trễ cao, cơ chế bảo mật đơn giản (BlueTooth), yêu cầu về các
thiết bị phần cứng cao, chi phí lớn.
Và để giải quyết những khuyết điểm đó, Zigbee đã ra đời. Đối tượng mà Zigbee nhắm
vào là mạng điều khiển dành cho nhà thông minh (SmartHome), tự động hóa quá trình( Home
Automation, Building Automation), trong các hoạt động theo dõi, tiếp nhận và xử lý thông tin
trong lĩnh vực y tế (Health Care), quản lý năng lượng sao cho hiệu quả hơn (Smart Energy)… Và
khi được sử dụng trong các hệ thống này, Zigbee được phát huy tất cả những điểm mạnh của nó
như độ trễ truyền tin thấp, tiêu hao ít năng lượng, giá thành thấp, ít lỗi, dễ mở rộng và thời gian
sử dụng pin dài (1 cặp pin AA có thể hoạt động trong vòng 2 năm).
II. KHÁI NIỆM VỀ ZIGBEE.
Zigbee là một tiêu chuẩn được định nghĩa : là tập hợp các giao thức giao tiếp mạng không
dây khoảng cách ngắn có tốc độ truyền dữ liệu thấp.
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.

GV: Ts. Bùi Đăng Thảnh

HV: Trương Ngọc Hải – CA160368


MẠNG TRUYỀN THÔNG VÀ MẠNG TỐC ĐỘ CAO

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.

III. ĐẶC ĐIỂM
Đặc điểm của công nghệ ZigBee là tốc độ truyền tin thấp, tiêu hao ít năng lượng, chi phí
thấp, và là giao thức mạng không dây hướng tới các ứng dụng điều khiển từ xa và tự động
hóa.Tổ chức IEEE 802.15.4 bắt đầu làm việc với chuẩn tốc độ thấp được một thời gian ngắn thì
tiểu ban về ZigBee và tổ chức IEEE quyết định sát nhập và lấy tên ZigBee đặt cho công nghệ
mới này. Mục tiêu của công nghệ ZigBee là nhắm tới việc truyền tin với mức tiêu hao năng
lượng nhỏ và công suất thấp cho những thiết bị chỉ có thời gian sống từ vài tháng đến vài năm
mà không yêu cầu cao về tốc độ truyền tin như Bluetooth. Một điều nổi bật là ZigBee có thể
dùng được trong các mạng mắt lưới (mesh network) rộng hơn là sử dụng công nghệ Bluetooth.
Với những đặc điểm chính :
- Tốc độ truyền dữ liệu thấp 20-250Kbps
- Sử dụng công suất thấp, ít tiêu hao điện năng
- Thời gian sử dụng pin rất dài
- Cài đặt, bảo trì dễ dàng
- Độ tin cậy cao

- Có thể mở rộng đến 65000 node
- Chi phí đầu tư thấp
* Ưu điểm của zigbee

GV: Ts. Bùi Đăng Thảnh

HV: Trương Ngọc Hải – CA160368


MẠNG TRUYỀN THÔNG VÀ MẠNG TỐC ĐỘ CAO

Zigbee cũng tương tự như Bluetooth nhưng đơn giản hơn, Zigbee có tốc độ truyền dữ liệu
thấp hơn, tiết kiểm năng lượng hơn. Một nốt mạng trong mạng Zigbee có khả năng hoạt động từ
6 tháng đến 2 năm chỉ với nguồn là hai ácqui AA.
Phạm vi hoạt động của Zigbee là 10-75m trong khi của Bluetooth chỉ là 10m (trong
trường hợp không có khuếch đại).
Zigbee xếp sau Bluetooth về tốc độ truyền dữ liệu. Tốc độ truyền của Zigbee là 250kbps
tại 2.4GHz, 40kbps tại 915MHz và 20kbps tại 868MHz trong khi tốcđộ này của Bluetooth là
1Mbps.
Zigbee sử dụng cấu hình chủ-tớ cơ bản phù hợp với mạng hình sao tĩnh trong đó các thiết
bị giao tiếp với nhau thông qua các gói tin nhỏ. Loại mạng này cho phép tối đa tới 254 nút mạng.
Giao thức Bluetooth phức tạp hơn bởi loại giao thức này hướng tới truyền file, hình ảnh, thoại
trong các mạng ad hoc (ad hoc là một loại mạng đặc trưng cho việc tổ chức tự do, tính chất của
nó là bị hạn chế về không gian và thời gian). Các thiết bị Bluetooth có thể hỗ trợ mạng scatternet
là tập hợp của nhiều mạng piconet không đồng bộ. Nó chỉ cho phép tối đa là 8 nút slave trong
một mạng chủ-tớ cơ bản.
Nút mạng sử dụng Zigbee vận hành tốn ít năng lượng, nó có thể gửi và nhận các gói tin
trong khoảng 15msec trong khi thiết bị Bluetooth chỉ có thể làm việc này trong 3s.
* Nhược điểm
- Lỗi ở một số điểm chính có thể gây lỗi hệ thống.

- Tốc độ truyền thấp.
- Chưa có đầy đủ các thiết bị để phát triển.
IV. TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MÔ HÌNH MẠNG CỦA ZIGBEE
* Truyền dữ liệu
Các dữ liệu được truyền theo gói, gói tối đa là 128bytes cho phép tải xuống tối đa 104
bytes.

GV: Ts. Bùi Đăng Thảnh

HV: Trương Ngọc Hải – CA160368


MẠNG TRUYỀN THÔNG VÀ MẠNG TỐC ĐỘ CAO

Tiêu chuẩn này hỗ trợ địa chỉ 64bit cũng như địa chỉ ngắn 16bit. Loại địa chỉ 64bit chỉ
xác đinh được mỗi thiết bị có cùng 1 địa chỉ IP duy nhất. Khi mạng được thiết lập, những địa chỉ
ngắn có thể được sử dụng và cho phép hơn 65000 nút được liên kết.
* Mô hình mạng zigbee
ZigBee có 3 dạng hình mạng được hỗ trợ bởi ZigBee: dạng hình sao, hình lưới, và hình
cây. Mỗi dạng hình đều có những ưu điểm riêng và được ứng dụng trong các trường hợp khác
nhau.
Hình sao (Star network)
Các nút hình sao liên kết với nút trung tâm.
Hình lưới (Mesh network)
Mạng hình lưới có tính tin cậy cao, mỗi nút trong mạng lưới đều có khả năng kết nối với
nút khác, nó cho phép truyền thông liên tục giữa các điểm nút với nhau và bền vững. Nếu có sự
tác động cản trở, hệ thống có khả năng tự xác định lại cấu hình bằng cách nhảy từ nút này sang
nút khác.
Hình cây (Cluster network)
Mạng hình này chính là 1 dạng đặc biệt của mạng hình lưới, dạng mạng này có khả năng

phủ sóng và mở rộng cao.
V. KẾT LUẬN
Công nghệ Zigbee thực sự rất tuyệt vời vì nó giải quyết các vấn đề mà chúng ta đang gặp
phải trong các sản phẩm ngày nay như : tiêu thụ điện năng nhiều, giá thành cao, chi phí cài đặt
lớn, khó bảo trì và sửa chữa … Từ những vấn đề trên, các công ty lớn trên thế giới như
Philips,Advantech, Mitsubishi, Siemens, Texas Instrument, Schneider Electric, AT&T, Hitachi,
LG, SamSung, Sony, SK Telecom…. chung tay cùng nhau phát triển công nghệ mới, và từ đó
Zigbee đã ra đời. Zigbee cũng đã đạt được nhiều thành tựu cũng như rất nhiều giải thưởng lớn từ
năm 2002 đến nay. Có thể nói, tương lai của các mạng trong lĩnh vực điện tử - nhất là điều khiển
tự động chính là Zigbee.

GV: Ts. Bùi Đăng Thảnh

HV: Trương Ngọc Hải – CA160368