Tổng quan về Bluetooth Mesh

Tổng quan

  • Được ra mắt vào tháng 7/2017
  • Dựa trên tiêu chuẩn Bluetooth 5.0
  • Tốc độ truyền tín hiệu tối đa 250kbps
  • Có lợi thế là kết nối trực tiếp được tới các thiết bị di động thông minh
  • Tiêu thụ năng lượng thấp
  • Dễ dàng mở rộng hệ thống mạng thiết bị
  • Bluetooth Mesh
    Zigbee
    Wifi
    Z-wave
    Tần số
    2.4G Hz
    2.4 GHz (Toàn cầu)
    2.4 GHz, 5 GHz
    Nhỏ hơn 1Ghz
    Khoảng cách tối đa
    100m
    100m
    250m
    100m
    Mức tiêu thụ năng lượng
    Rất thấp
    Rất thấp
    Cao
    Rất thấp
    Cơ chế khi gửi bản tin cho các thiết bị trong mạng
    Bản tin sẽ gửi đi toàn mạng
    Bản tin sẽ được tìm đường đi ngắn nhất tới điểm thiết bị cần nhận
    Tất cả thiết bị kết nối trực tiếp tới Access Point
    Bản tin sẽ được tìm đường đi ngắn nhất tới điểm thiết bị cần nhận
    Thiết bị áp dụng
    Có thể áp dụng cho thiết bị dùng Pin với thời lượng pin từ 1 năm trở lên với 2 pin AAA - 1000mAh và tích hợp trực tiếp vào các thiết bị chiếu sáng Led
    Có thể áp dụng cho thiết bị dùng Pin với thời lượng pin từ 1 năm trở lên với 2 pin AAA - 1000mAh
    Chỉ dùng thiết bị chạy nguồn trực tiếp, không phù hợp cho thiết bị dùng Pin
    Có thể áp dụng cho thiết bị dùng Pin với thời lượng pin từ 1 năm trở lên với 2 pin AAA - 1000mAh
    Áp dụng cho công tắc nguồn 1 dây
    Đang trong quá trình nghiên cứu
    Áp dụng được
    Không áp dụng được
    Áp dụng được
    So sánh các chuẩn truyền thông không dây thường được sử dụng trong nhà.

    Như hình dưới ta có thể thấy

  • Wifi: Thì tất cả các thiết bị chỉ có thể kết nối trực tiếp tới điểm truy cập (Như modem, router…) Việc này khiến rất khó để mở rộng hệ thống mạng.
  • Zigbee: Thì sẽ có một thiết bị là điều phối trung tâm sẽ quyết định toàn bộ thông tin mạng Zigbee.
  • Bluetooth Mesh: Mọi thiết bị trong mạng đều có thể đóng vai trò làm Gateway và có thể kết nối trực tiếp tới Smartphone.
  • Smiley face
    Mô hình mạng của các chuẩn truyền thông không dây
  • Như ở thông số kỹ thuật ta thấy, Bluetooth Mesh cũng chạy cùng băng tần với Wifi và Zigbee là băng tần 2.4Ghz. Tuy nhiên Bluetooth Mesh sẽ chạy chính là trên 3 kênh 37,38 và 39 là những kênh ít bị ảnh hưởng bởi mạng Wifi, đồng thời chuẩn sẽ có cơ chế tự động nhảy mạng nếu có hiện tượng nhiễu sóng.
  • Smiley face
    Kênh truyền thông của Bluetooth Mesh.
  • Các thành phần trong mạng Bluetooth Mesh:
  • Relay: Có nhiệm vụ chuyển tiếp bản tin trong mạng
    Proxy: Những thiết bị đang kết nối tới Smartphone và tablet
    Low power node: Những thiết bị dùng pin (VD: cảm biến, remote…) những thiết bị này thường ngủ, chỉ thức dậy khi có tác động của người dùng
    Friend: Những thiết bị này kết nối với Low Power Node (LPN) và sẽ lưu bản tin giúp những thiết bị (LPN) và khi nào thiết bị (LPN) thức dậy thì Friend sẽ gửi những bản tin đó xuống
    Smiley face
    Các vai trò chính trong mạng Bluetooth Mesh
  • Cơ chế nhóm thiết bị: Các thiết bị trong mạng Bluetooth Mesh có thể nhóm với nhau và một thiết bị có thể thuộc cùng lúc nhiều nhóm. Mỗi nhóm sẽ có địa chỉ riêng, gọi là địa chỉ Subscribe.
  • Smiley face
    Mô hình nhóm các thiết bị trong mạng Bluetooth Mesh.
  • Cơ chế Manage-Flood: Như các hệ thống truyền thông phổ biến khác VD như mạng internet thì ta đều đã từng nghe đến thuật ngữ như là route mạng... bản chất của quá trình này đó chính là tìm đường đi ngắn nhất để gửi bản tin từ nguồn phát đến thiết bị cuối bởi, trong một hệ thống mạng số lượng node là rất nhiều nên cần có sự tính toán đường đi tối ưu và ngắn nhất cho mỗi bản tin. Tuy nhiên phương pháp này có một hạn chế đó là tại thời điểm mà một node mạng bị nghẽn thì bản tin sẽ không truyền đi được. Chính vì vậy mà Bluetooth Mesh đã phát triển một cơ chế đó là Manage-Flood, nghĩa là mọi bản tin được gửi đi đều là Broadcast (Gửi cho toàn mạng) và mọi thiết bị có trong mạng ở thời điểm đó đều có khả năng truyền bản tin đó đi tới các node mạng xung quanh. Nhờ vậy mà bản tin vừa có khả năng truyền nhanh đồng thời nếu một node mạng nào bị nghẽn thì thiết bị cuối vẫn nhận được thông qua một đường khác.
    Chính vì vậy nếu như ta khởi động lại toàn bộ hệ thống thì việc sử dụng được hệ thống trở lại sẽ rất nhanh và không phải mất thời gian để đợi các thiết bị route lại với nhau
  • Smiley face
    (Routing) Gateway cần tính toán đường đi tối ưu nhất để tới thiết bị cuối, sau đó mới gửi bản tin theo đường đi đã được xác định.
    Smiley face
    (Manage-Flood) Bản tin được gửi ra toàn mạng và mọi thiết bị đều có thể đóng vai trò Relay (chuyển tiếp bản tin).
    Vậy Manage-Flood có ý nghĩa như nào trong hệ thống Smart Lighting:
  • Cơ chế đơn giản không cần tạo đường route, nên khi vừa cấp nguồn là có thể hoạt động được ngay không cần mất thời gian đợi route lại mạng
  • Có thể điều khiển đồng thời nhiều thiết bị, nên những tính năng cần điều khiển nhiều thiết bị đầu ra như Nhóm, Cảnh… sẽ không bị độ trễ, giúp nâng cao trải nghiệm người dùng
  • Routing thì chỉ phù hợp với những gói tin có dữ liệu lớn và yêu cầu tốc độ truyền nhanh. Còn bản tin trong hệ thống Smart Lighting thì dữ liệu nhỏ và thời gian tồn tại không quá lâu nên sẽ thích với cơ chế Manage Flood (Nhưng nếu Manage-Flood mà vào những ứng dụng có thiết bị bắn liên tục bản tin trong mạng thì lại không phù hợp.)