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	Managed Flooding	Full Routing	Point to Hub	Full Routing
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.

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.

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 (NOTE: Do những thiết bị cảm biến chạy pin thường là Low Power Node nên khi cài đặt tính năng nâng cao người dùng cần ấn nút Config hoặc tác động sự kiện vào thiết bị để đánh thức thiết bị dậy thì mới nhận được bản tin cài đặt gửi từ trên xuống.)
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 xuốngNOTE: Do ở trong HC không hỗ tính năng Friends vậy nên một mạng Bluetooth Mesh chỉ có HC và các thiết bị Low Power Node (như cảm biến chuyển động...) thì sẽ không hoạt động được cần tối thiểu có một thiết bị Relay/Friends ở trong mạng.

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.

Cơ chế Managed Flooding: 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 Managed Flooding, 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

Vậy Managed Flooding 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

Cơ chế Full Routing phù hợp nhất đối với những ứng dụng có 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 (Tuy nhiên nếu Managed Flooding mà vào những ứng dụng có thiết bị bắn liên tục bản tin trong mạng thì lại không phù hợp).

#Danh sách vai trò của các thiết bị trong mạng Bluetooth Mesh

Các loại đèn Smart Lighting (Downlight, Panel, Spotlight...)	Router
Công tắc cảm ứng 1/2/3/4 nút	Router
Module In Out	Router
Module RGBWW, WW, Dim	Router
Cảm biến chuyển động	Sleepy - End device

NOTE: Sleepy - End device: Thiết bị sẽ ngủ nếu không phát hiện sự kiện - Nên khi cấu hình cần đánh thức thiết bị dậy

#Khuyến cáo giới hạn hệ thống mạng Zigbee

Để đảm bảo hệ thống mạng Bluetooth trong nhà khách hàng hoạt động ổn định, kỹ thuật viên lưu ý những khuyến cáo và giới hạn hệ thống ở dưới đây.

Đảm bảo HC/LC luôn ở trung tâm của hệ thống Bluetooth Mesh.

Một Endpoint của relay node có thể trong tối đa 8 nhóm, 16 cảnh Lighting.

Giới hạn về số lượng thiết bị bluetooth trên 1 HC (Coor).

Tổng số thiết bị có trên 1 Coor	Tối đa 160 Relay node & 40 Low Power Node
Tỉ lệ thiết bị (Giữa Relay/Low Power Node)	Tỉ lệ 1/6 (Giữa Relay/Low Power Node)
Số lượng thiết bị tối đa được điều khiển cũng lúc trong Rule/Cảnh	Kích hoạt tối đa 10 thiết bị cùng lúc trong 1 thời điểm. Nếu nhiều hơn 10 thiết bị thì nên chia thành các cụm (Để delay 3-5 giây giữa mỗi lần kích hoạt các cụm)
Số lượng thiết bị trong nhóm/cảnh Lighting	Không giới hạn
Khoảng cách	<40m trong môi trường không vật cản và <10m trong môi trường có vật cản

NOTE: Đối với hệ thống mạng Bluetooth Mesh thì HC (Coor) sẽ không hỗ trợ kết nối trực tiếp tới các thiết bị Low Power Node (VD: Cảm biến...) vậy nên trong hệ thống mạng Bluetooth Mesh phải đầy đủ Coor - Relay - Low Power Node hoặc Coor - Relay.