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.
  • 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 (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 xuống
    Smiley face
    Các vai trò chính trong mạng Bluetooth Mesh
    NOTE: 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.
  • Smiley face
    Mô hình nhóm các thiết bị trong mạng Bluetooth Mesh.
  • 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
  • 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
    (Managed Flooding) Bản tin được gửi ra toàn mạng và mọi thiết bị đều có thể đóng vai trò Relay (chuyển tiếp bản tin).
    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.