Các giao thức IoT kỹ sư điện cần biết

Trong quá trình phát triển các ứng dụng IoT ( Internet of Things), việc lựa chọn chuẩn giao thức kết nối sao cho hợp lý là một vấn đề khá đau đầu với các kỹ sư điện - điện tử. Hiện nay có nhiều công nghệ giao tiếp được biết đến như Wifi, Bluetooth, Zigbee và mạng di động 2G/3G/4G... và đây là các công nghệ đang nổi lên như một sự lựa chọn hợp lý trong các ứng dụng tự động hóa tòa nhà, lắp đặt nhà thông minh, đặc biệt với giải pháp nhà thông minh không dây thì các giao thức giao tiếp không dây này lại vô cùng quan trọng ...Tùy thuộc vào các ứng dụng và các yếu tố như phạm vi giao tiếp, khối lượng dữ liệu truyền, yêu cầu tính bảo mật, năng lượng cho hệ thống pin,...sẽ quyết định lựa chọn một hoặc nhiều phương thức truyền thông phù hợp. Sau đây là một số giao thức IoT cho các kỹ sư phát triển tìm hiểu và lựa chọn.

1. Bluetooth

Một công nghệ giao tiếp truyền thông trong khoảng cách ngắn vô cùng quan trọng, đó là Bluetooth. Hiện nay, bluetooth xuất hiện hầu hết ở các thiết bị như máy tính, điện thoại/ smartphone,....và nó được dự kiến là chìa khóa cho các sản phẩm IoT đặc biệt, cho phép giao tiếp thiết bị với các smartphone - một "thế lực hùng hậu" hiện nay.
Hiện nay, BLE - Bluetooth Low Energy - hoặc Bluethooth Smart là một giao thức được sử dụng đáng kể cho các ứng dụng IoT. Quan trọng hơn, cùng với một khoảng cách truyền tương tự như Bluetooth, BLE được thiết kế để tiêu thụ công suất ít hơn rất nhiều. Thật tuyệt phải không các bạn?

Tuy nhiên, BLE không thực sự được thiết kế cho các ứng dụng dùng để truyền file và sẽ phù hợp hơn cho khối dữ liệu nhỏ. Nó có một lợi thế vô cùng lớn trong bối cảnh hiện nay, smartphone đang là thiết bị không thể thiếu được của mỗi người. Theo Bluetooth SIG, hiện có hơn 90% điện thoại smartphone được nhúng Bluetooth, bao gồm các hệ điều hành IOS, Android và Window, và dự kiến đến năm 2018 sẽ là " Smart Ready".

Một số thông tin kỹ thuật về Bluetooth 4.2:

Tần số: 2.4 GHz
Phạm vi: 50-150m ( Smart / BLE)
Dữ liệu truyền được: 1Mbps

2. Zigbee

Zigbee là gì?

Zigbee, giống như Bluetooth, là một loại truyền thông trong khoảng cách ngắn, hiện được sử dụng với số lượng lớn và thường được sử dụng trong công nghiệp. Điển hình, Zigbee Pro và Zigbee remote control (RF4CE) được thiết kế trên nền tảng giao thức IEEE802.15.4 - là một chuẩn giao thức truyền thông vật lý trong công nghiệp hoạt động ở 2.4Ghz thường được sử dụng trong các ứng dụng khoảng cách ngắn và dữ liệu truyền tin ít nhưng thường xuyên, được đánh giá phù hợp với các ứng dụng trong smarthome hoặc trong một khu vực đô thị/khu chung cư.

Zigbee / RF4CE có một lợi thế đáng kể trong các hệ thống phức tạp cần các điều kiện: tiêu thụ công suất thấp, tính bảo mật cao, khả năng mở rộng số lượng các node cao...ví dụ như yêu cầu của các ứng dụng M2M và IoT là điển hình. Phiên bản mới nhất của Zigbee là 3.0, trong đó điểm nổi bật là sự hợp nhất của các tiêu chuẩn Zigbee khác nhau thành một tiêu chuẩn duy nhất. Ví dụ, sản phẩm và kit phát triển của Zigbee của TI là CC2538SF53RTQT Zigbee System-On-Chip T và CC2538 Zigbee Development Kit.

Standard: ZigBee 3.0 based on IEEE802.15.4
Frequency: 2.4GHz
Range: 10-100m
Data Rates: 250kbps

3. Z-Wave

Tương tự Zigbee, Z-Wave là chuẩn truyền thông không dây trong khoảng cách ngắn và tiêu thụ rất ít năng lượng. Dung lượng truyền tải với tốc độ 100kbit/s, quá đủ cho nhu cầu giao tiếp giữa các thiết bị trong các hệ thống IoT, M2M. Chuẩn kết nối Z-Wave và Zigbee cùng hoạt động với tần số 2.4GHz, và cùng được thiết kế với mức tiêu thụ năng lượng rất ít nên có thể sử dụng với các loại PIN di động.Zwave hoạt động ở tần số thấp hơn so với Zigbee/wifi, dao động trong các dải tần của 900Mhz, tùy theo quy định ở từng khu vực khác nhau.

Ưu điểm của Z-Wave là tiêu thụ năng lượng cực ít và độ mở (open platform) cực cao. Hiện nay, Z-Wave được ứng dụng chủ yếu trong ứng dụng smarthome. Đặc biệt, mỗi thiết bị Z-Wave trong hệ thống là một thiết bị có thể vừa thu và vừa phát sóng nên tính ổn định hệ thống được nâng cao.
Đặc biệt, Z-Wave đã được nhiều nhà sản xuất thiết bị tích hợp vào, đây là một công nghệ đang được chú ý và các nhà sản xuất đang tập trung nhiều hơn vào nó.

Thông số kỹ thuật cơ bản:

Standard: Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959
Frequency: 900MHz (ISM)
Range: 30m
Data Rates: 9.6/40/100kbit/s

4. 6LoWPAN

6LoWPAN là tên viết tắt của IPv6 protocol over low-power wireless PANs (tức là: sử dụng giao thức IPv6 trong các mạng PAN không dây công suất thấp). 6LoWPAN được phát triển bởi hiệp hội đặc trách kỹ thuật Internet IETF ( Internet Engineering Task Foce), cho phép truyền dữ liệu qua các giao thức IPv6 và IPv4 trong các mạng không dây công suất thấp với các cấu trúc mạng điểm - điểm ( P2P: point to point ) và dạng lưới ( mesh). Tiêu chuẩn được đặt ra để quy định các đặc điểm của 6LoWPAN - cho phép sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT.

Điểm khác của 6LoWPAN so với Zigbee, Bluetooth là: Zigbee hay bluetooth là các giao thức ứng dụng, còn 6LoWPAN là giao thức mạng, cho phép quy định cơ chế đóng gói bản tin và nén header. Đặc biệt, IPv6 là sự kế thừa của IPv4 và cung cấp khoảng 5 x 1028 địa chỉ cho tất cả mọi đối tượng trên thế giới, cho phép mỗi đối tượng là một địa chỉ IP xác định để kết nối với Internet.
Được thiết kế để gửi các bản tin IPv6 qua mạng IEEE802.15.4 và các tiêu chuẩn IP mở rộng như: TCP, UDP, HTTP, COAP, MQTT và Websocket, là các tiêu chuẩn cung cấp nodes end-to-end, cho phép các router kết nối mạng tới các IP.

Standard: RFC6282.
Frequency: (adapted and used over a variety of other networking media including Bluetooth Smart (2.4GHz) or ZigBee or low-power RF (sub-1GHz).
Range: N/A.
Data Rates: N/A

(Nguồn: bkaii.com.vn)