Giao thức ZigBee trong truyền thông công nghiệp
I. Tổng quan về các giao thức truyền thông không dây
Nhiều phương pháp và chuẩn kết nối không dây đã được phát triển trên toàn thế
giới dựa trên sự đa dạng về nhu cầu thương mại. Những công nghệ này có thể được
xếp loại thành 4 nhóm (PAN, LAN, MAN, WAN) dựa trên những ứng dụng đặc
trưng và phạm vi truyền của chúng. Hình
1 mô tả các nhóm này.
a. Personal Area Network (PAN)
PAN là một mạng sử dụng cho việc kết
nối giữa các thiết bị cá nhân (gồm điện
thoại và các thiết bị số cá nhân khác).
Phạm vi truyền thông của PAN chỉ là vài
mét. PAN có thể kết nối các thiết bị với
nhau hoặc với mạng Internet.
Mạng PAN không dây (Wireless PAN) thường được kết nối bằng cách sử dụng các
giao thức Infrared (IrDA), Bluetooth.
b. Local Area Network (LAN)
Mạng LAN không dây (WLAN) là mạng kết nối hai hay nhiều đối tác truyền thông
với nhau mà không cần dây nối. Nó sử dụng sóng radio để đạt được chức năng
tương tự như mạng LAN nối dây. WLAN cho phép người dùng di chuyển trong
một vùng phạm vi hẹp (nhà ở, phòng làm việc, trường học...) mà vẫn kết nối được
Hình 1. Các nhóm truyền thông không
dây.
với mạng.
Wifi (chuẩn IEEE 802.11) là một đại diện điển hình của WLAN, gồm có
802.11a/b/g/n.
c. Metropolitan Area Network (MAN)
Mạng MAN không dây là tên được đặt bởi IEEE 802.16 - nhóm làm việc trên
chuẩn không dây băng tần rộng (được biết đến trong thương mại là WiMAX). Nó
được định nghĩa là truy cập internet băng thông rộng từ thiết bị cố định hoặc di
động thông qua ăng ten. Các trạm đăng ký kết nối với trạm cơ sở và trạm cơ sở kết
nối đến mạng lõi.
WiMAX có khả năng thay thế tốt mạng dây cố định vì đơn giản và tương đối rẻ
trong việc xây dựng. Phạm vi phủ sóng của WiMAX có thể lên đến 16 km, tuy
nhiên ở khoảng cách lớn khả năng tải của mạng giảm đáng kể. Trong hầu hết mọi
trường hợp, các điểm truy cập được thêm vào để duy trì chất lượng của dịch vụ.
d. Wide Area Network (WAN)
WAN là mạng máy tính phủ sóng một vùng địa lý rộng, khác với PAN, LAN hay
MAN thường chỉ hoạt động trong một khuôn viên giới hạn. Ví dụ điển hình nhất
của WAN chính là mạng Internet.
WAN được sử dụng để kết nối các mạng địa phương (LAN) với nhau, vì thế người
dùng và máy tính trong khu vực này có thể kết nối với người dùng và máy tính
trong khu vực khác. Nhiều mạng WAN là mạng kín được xây dựng cho các tổ
chức đặc biệt. Các mạng khác được xây dựng bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP) thì có nhiệm vụ kết nối mạng LAN của tổ chức vào Internet. Bên cạnh đó,
WAN cũng là tên gọi cho các mạng truyền thông dữ liệu di động như GSM, GPRS
và 3G.
II. Giao thức ZigBee
a. Giới thiệu
ZigBee là một giao thức truyền thông bậc cao được phát triển dựa trên chuẩn
truyền thông không dây IEEE 802.15.4, sử dụng tín hiệu radio cho các mạng cá
nhân PAN (personal area network). ZigBee thích hợp với những ứng dụng không
đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu quá cao nhưng cần có mức độ bảo mật lớn và thời
gian hoạt động dài. Các mạng ad-hoc sử dụng sóng radio tương tự ZigBee đã được
thai nghén từ những năm 1998-1999 khi giới khoa học bắt đầu nhận thấy Wifi và
Bluetooth không phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên chỉ đến năm
2004, bộ tiêu chuẩn ZigBee mới chính thức được tạo dựng và thông qua bởi tổ
chức ZigBee Alliance.
Tên gọi ZigBee lấy cảm hứng từ điệu nhảy theo đường zig-zag của ong mật (honey
bee), điệu nhảy này được loài ong sử dụng để trao đổi thông tin với nhau về vị trí
của hoa và nguồn nước.
b. Chuẩn truyền thông không dây IEEE 802.15.4
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) là một tổ chức phi lợi
nhuận nhằm mục đích nghiên cứu phát triển các công nghệ liên quan đến thiết bị
điện và điện tử. Trong đó, nhóm 802 chuyên nghiên cứu về các công nghệ mạng và
bộ phận 802.15 được dành riêng cho các chuẩn mạng không dây. IEEE 802.15.4
quy định truyền thông trên sóng radio trong phạm vi 10 mét đến 100 mét và hoạt
động ở ba dải tần chính:
* Dải 868 - 868.8 MHz (châu Âu): chỉ một kênh tín hiệu, trong dải này tốc độ
truyền là 20kb/s.
* Dải 902 - 928 MHz (Mỹ, Canada, Úc): có 10 kênh tín hiệu từ 1 - 10 với tốc độ
truyền thường là 40kb/s.v
* Dải 2.4 - 2.4835 GHz (hầu hết các nước khác trên thế giới): 16 kênh tín hiệu từ
11 - 26 với tốc độ truyền 250 kb/s.