Tổng Quan Về Các Giao Thức Kết Nối Nhà Thông Minh Phổ Biến Nhất 2023
Hiện nay nhà thông minh ngày càng phát triển và không còn quá xa lạ với mọi người. Nhà thông minh là nhà được trang bị các thiết bị điện, điện tử được điều khiển một cách tự động hoặc bán tự động. Người dùng có thể giao tiếp với hệ thống này thông qua ứng dụng từ các hãng. Trên điện thoại di động, máy tính bảng hoặc giao diện web.
Tuy nhiên để các thiết bị trong nhà thông minh có thể giao tiếp với nhau. Cần có một giao thức kết nối riêng biệt cho mỗi thiết bị. Vậy các giao thức kết nối đó là gì thì chúng ta sẽ tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Table of contents
1. Giao thức Z – Wave
Giao thức Z-Wave là một giao thức không dây dựa trên việc sử dụng sóng vô tuyến để kết nối và điều khiển các thiết bị trong mạng nhà thông minh. Nó cho phép các thiết bị như đèn, quạt, nhiệt độ, cửa cổng, camera an ninh và nhiều thiết bị khác có khả năng giao tiếp với nhau và với hệ thống điều khiển từ xa thông qua một mạng không dây
Sóng Z – Wave là giao thức kết nối không dây sử dụng tần số vô tuyến để giao tiếp với các thiết bị. Với mức tiêu thụ năng lượng, điện năng thấp giúp tiết kiệm chi phí khi sử dụng lâu dài. Z – Wave chạy trên băng tần 908,42 MHz. Đây là băng tần thấp hơn nhiều so với các băng tần phổ biến 2,4 GHz. Nên tín hiệu ít nhiễu hơn so với Wifi, Bluetooth, Zigbee.
Giao thức này có thể tương thích với hơn 1200 thiết bị nhà thông minh. Người dùng có thể sử dụng chung bất kỳ thiết bị nào sử dụng giao thức Z-wave để giao tiếp. Qua đó giúp người dùng có thêm nhiều lựa chọn thiết bị cho ngôi nhà của mình trở nên thông minh hơn
Dưới đây là một số điểm quan trọng về giao thức Z-Wave:
– Phạm vi và độ bền tín hiệu: Z-Wave hoạt động ở tần số sóng vô tuyến ở dải tần số ISM ở 868.42 MHz ở châu Âu và 908.42 MHz ở Bắc Mỹ. Giao thức này được thiết kế đặc biệt để có khả năng truyền tải tín hiệu xa và đảm bảo ổn định kết nối trong môi trường nhiễu sóng.
– Mạng lưới ma trận: Z-Wave sử dụng một cấu trúc mạng lưới ma trận, trong đó các thiết bị trong mạng có khả năng chuyển tiếp tín hiệu cho nhau. Điều này tạo ra một hệ thống mạng linh hoạt và đáng tin cậy.
– Tiết kiệm năng lượng: Z-Wave được thiết kế để tiết kiệm năng lượng, cho phép các thiết bị hoạt động lâu dài bằng cách sử dụng ít năng lượng hơn so với một số giao thức khác.
– Bảo mật: Z-Wave cung cấp lớp bảo mật để đảm bảo rằng thông tin truyền qua mạng không bị đánh cắp hoặc giả mạo.
– Khả năng mở rộng: Giao thức Z-Wave có khả năng mở rộng, cho phép thêm thiết bị vào mạng mà không cần thay đổi cấu hình tổng thể của mạng.
– Quản lý mạng: Có một bộ điều khiển chính (controller) trong mạng Z-Wave, thường là một thiết bị trung tâm hoặc ứng dụng điều khiển từ xa. Bộ điều khiển này cho phép người dùng thêm, xóa và cấu hình các thiết bị trong mạng.
2. Giao thức Zigbee
Cũng tương tự như giao thức Z – Wave, Zigbee là giao thức không dây sử dụng tần số tiêu chuẩn IEEE 802.15.14. Hoạt động trên các băng tần 2.4 GHz, 900 MHz, 868 MHz. Zigbee sử dụng cấu trúc mạng lưới cung cấp khả năng giao tiếp và liên lạc khá nhanh trong phạm vi xa. Một hub trung tâm có khả năng cung cấp năng lượng cho các thiết bị nhà thông minh.
Giao thức Zigbee khá phổ biến trong thị trường nhà thông minh với những ưu điểm về khả năng kết nối. Bạn có thể lựa chọn nhiều hãng thiết bị thông minh sử dụng giao thức Zigbee trong ngôi nhà. Tuy nhiên, sử dụng các thiết bị khác hãng cùng giao thức Zigbee. Không có nghĩa là các thiết bị khác hãng sẽ tương thích với nhau về Zigbee. Vì vậy, mỗi nhà sản xuất khác nhau quá trình hoạt động giao thức Zigbee cũng sẽ khác nhau.
Dưới đây là một số điểm quan trọng về giao thức Zigbee:
– Phạm vi và tần số: Zigbee hoạt động ở các dải tần số khác nhau, bao gồm 2.4 GHz, 900 MHz và 868 MHz. Sử dụng các tần số khác nhau cho phép Zigbee hoạt động ở nhiều khu vực địa lý khác nhau.
– Tiết kiệm năng lượng: Một trong những ưu điểm của Zigbee là khả năng tiết kiệm năng lượng. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu tuổi thọ pin kéo dài, chẳng hạn như cảm biến từ xa hoặc thiết bị nhúng.
– Mạng lưới ma trận: Tương tự như Z-Wave, Zigbee cũng sử dụng mô hình mạng lưới ma trận. Các thiết bị Zigbee có khả năng chuyển tiếp tín hiệu cho nhau, tạo ra một mạng linh hoạt và đáng tin cậy.
– Bảo mật: Zigbee cung cấp nhiều lớp bảo mật để đảm bảo tính riêng tư và bảo mật của thông tin truyền qua mạng.
– Quản lý mạng: Mạng Zigbee thường có một thiết bị gọi là “coordinator” (điều phối) hoặc “gateway” để quản lý mạng. Thiết bị này chịu trách nhiệm cho việc thêm, xóa và cấu hình các thiết bị trong mạng.
– Khả năng mở rộng: Zigbee có khả năng mở rộng tốt, cho phép thêm các thiết bị mới vào mạng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của mạng.
3. Giao thức Wifi
Wifi (Wireless Fidelity) là hệ thống truy cập internet không dây. Loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng truyền hình, điện thoại, radio,…
Ngày nay mạng Wifi đã có mặt khắp mọi nơi với băng tần cao. Vì vậy, các thiết bị thông minh ra đời tận dụng giao thức kết nối này để thiết lập kết nối giữa các thiết bị thông minh. Dựa trên khả năng kết nối giữa các băng tần Wifi (2.4Ghz và 5Ghz) khoảng cách kết nối lên đến 20m.
Với ưu điểm kết nối dễ dàng trên với mạng wifi. Tuy nhiên, hầu như những hãng thiết bị thông minh như Yeelight, Aqara, Nanoleaf… Đều yêu cầu kết nối bằng Wifi 2.4Ghz. Vì thế, người dùng cần kiểm tra Wifi đúng chuẩn được hãng yêu cầu hay chưa khi kết nối thiết bị.
Một vấn đề đối với mạng Wifi đó là vấn đề nhiễu và băng thông. Nếu nhà của bạn có nhiều thiết bị kết nối Wifi như: Tivi, điện thoại, máy tính bảng,… Thì các thiết bị thông minh sẽ phải cạnh tranh băng thông và có thể phản hồi chậm. Ngoài ra, khả năng tiêu hao năng lượng lớn các thiết bị thông minh chạy bằng pin như khóa và cảm biến. Sẽ cạn kiệt nhanh hơn nhiều so với các môi trường không dây khác.
Dưới đây là một số điểm quan trọng về giao thức Wi-Fi:
– Phạm vi và tần số: Wi-Fi hoạt động ở nhiều dải tần số khác nhau, chẳng hạn như 2.4 GHz và 5 GHz. Mỗi dải tần số có những đặc điểm riêng, bao gồm tốc độ truyền dẫn và khả năng xuyên tường.
– Tốc độ truyền dẫn: Wi-Fi cung cấp nhiều tốc độ truyền dẫn khác nhau, từ các tiêu chuẩn cũ như 802.11b (11 Mbps) đến các tiêu chuẩn mới hơn như 802.11ac và 802.11ax (còn được gọi là Wi-Fi 6), có thể đạt tới hàng trăm Mbps hoặc thậm chí là hàng Gbps.
– Bảo mật: Wi-Fi cung cấp nhiều phương pháp bảo mật để đảm bảo rằng thông tin truyền qua mạng không bị đánh cắp hoặc giả mạo. WPA (Wi-Fi Protected Access) và WPA2 là những chuẩn bảo mật thường được sử dụng, và WPA3 là một phiên bản mới hơn với tính năng bảo mật cải tiến.
– Cơ chế kết nối: Wi-Fi cho phép các thiết bị kết nối vào mạng thông qua quy trình xác thực và chứng thực. Người dùng cần cung cấp mật khẩu (passphrase) để truy cập vào mạng Wi-Fi.
– Mạng không dây: Wi-Fi có thể dùng cho các mạng có dải phạm vi rất nhỏ (PAN – Personal Area Network) như Bluetooth, hoặc có thể mở rộng để bao phủ một khu vực lớn hơn (LAN – Local Area Network) như trong các văn phòng, nhà ở, khách sạn, sân bay và nhiều nơi khác.
– Cơ chế điều khiển truy cập: Wi-Fi sử dụng cơ chế điều khiển truy cập CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) để đảm bảo rằng các thiết bị không gây va chạm khi truyền dữ liệu trên cùng một kênh.
4. Giao thức Bluetooth
Bluetooth là sự trao đổi dữ liệu không dây tầm gần của các thiết bị điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền tải dữ liệu qua các khoảng cách ngắn. Giữa các thiết bị thông minh đến thiết bị điều khiển như điện thoại, máy tính bảng..
Bluetooth sử dụng sóng radio tần số 2.4GHz. Tuy sử dụng cùng tần số với công nghệ Wifi nhưng chúng không hề xung đột với nhau. Vì Bluetooth sử dụng tần số có bước sóng ngắn hơn.
Khả năng tương thích này với các thiết bị thông minh hoạt động khá trơn tru khi người dùng có thể kết nối bất kỳ thiết bị Bluetooth dễ dàng. Khả năng tiết kiệm năng lượng của Bluetooth được đánh giá cao hơn so với các giao thức khác.
Dưới đây là một số điểm quan trọng về giao thức Bluetooth:
– Phạm vi và tần số: Bluetooth hoạt động ở tần số 2.4 GHz và hỗ trợ phạm vi khoảng cách ngắn, thường là từ vài mét đến khoảng 100 mét, tùy thuộc vào phiên bản Bluetooth.
– Tốc độ truyền dẫn: Bluetooth hỗ trợ nhiều tốc độ truyền dẫn khác nhau, từ các phiên bản cũ như Bluetooth 2.1+EDR (Enhanced Data Rate) đến các phiên bản mới hơn như Bluetooth 5. Tốc độ truyền dẫn có thể từ vài Mbps đến hơn 50 Mbps.
– Kết nối đa thiết bị: Một thiết bị Bluetooth có thể kết nối đồng thời với nhiều thiết bị khác nhau. Chẳng hạn, bạn có thể kết nối tai nghe Bluetooth với điện thoại di động và máy tính cùng một lúc.
– Tiết kiệm năng lượng: Bluetooth thường được thiết kế để tiết kiệm năng lượng, đặc biệt trong các phiên bản mới như Bluetooth 4.0 LE (Low Energy) và Bluetooth 5. Nhờ vậy, nó phù hợp cho các thiết bị như các thiết bị đeo, cảm biến và các thiết bị yêu cầu tuổi thọ pin cao.
– Chế độ kết nối: Bluetooth có thể hoạt động trong nhiều chế độ khác nhau, bao gồm chế độ kết nối liên tục để truyền dữ liệu liên tục và chế độ thụ động để tiết kiệm năng lượng khi không cần truyền dữ liệu.
– Phiên bản mới: Bluetooth không ngừng phát triển với các phiên bản mới, mỗi phiên bản thường đi kèm với cải tiến về tốc độ, khả năng kết nối, khoảng cách phạm vi và tính năng bảo mật.
Tuy nhiên mặt hạn chế của Bluetooth là vấn đề về khoảng cách. Các thiết bị sẽ mất kết nối nếu di chuyển ra xa khỏi tầm khả dụng.
5. Giao thức Thread
Thread là một giao thức kết nối mạng không dây dựa trên IPv6 (Internet Protocol version 6). Được thiết kế cho các thiết bị Internet of things công suất thấp trong mạng lưới không dây IEEE 802.15.4-2006. Đây là kết nối không dây tiện lợi, ổn định. Cho phép các thiết bị trong nhà tương thích với nhau nhằm duy trì liên lạc. Mà không phụ thuộc vào thiết bị trung gian.
Thread cung cấp mạng an toàn, tự phục hồi và tiết kiệm điện năng đáng tin cậy. Giúp cho người dùng dễ dàng kết nối hơn 250 thiết bị trong nhà với nhau.
Dưới đây là một số điểm quan trọng về giao thức Thread:
– Mạng lưới ma trận: Thread sử dụng mô hình mạng lưới ma trận giống như các giao thức như Zigbee và Z-Wave. Các thiết bị trong mạng Thread có khả năng chuyển tiếp tín hiệu cho nhau, giúp tạo ra một mạng đáng tin cậy và linh hoạt.
– Phạm vi và tần số: Thread hoạt động ở dải tần số 2.4 GHz, giống như Wi-Fi và Bluetooth. Điều này giúp Thread có khả năng hoạt động trong các môi trường nhiễu sóng.
– Tiết kiệm năng lượng: Thread được thiết kế để tiết kiệm năng lượng, cho phép các thiết bị hoạt động trong thời gian dài bằng cách sử dụng ít năng lượng hơn so với một số giao thức khác. Điều này rất quan trọng cho các thiết bị như cảm biến và thiết bị nhúng.
– Bảo mật: Thread cung cấp các tính năng bảo mật như mã hóa dữ liệu và cơ chế xác thực, đảm bảo rằng thông tin truyền qua mạng không bị đánh cắp hoặc giả mạo.
– IPv6 Native: Một đặc điểm nổi bật của Thread là nó hỗ trợ IPv6 (Internet Protocol version 6) trực tiếp trên mạng, cho phép các thiết bị trong mạng có thể giao tiếp với Internet một cách trực tiếp mà không cần thông qua bộ chuyển đổi.
– Quản lý mạng: Thread thường có một thiết bị được gọi là “border router” để quản lý mạng và cho phép các thiết bị trong mạng truy cập vào Internet.
6. Giao thức Matter
Matter là tiêu chuẩn cho nhà thông minh được phát triển bởi Liên minh Tiêu chuẩn Kết nối (CSA). Được sự ủng hộ của hàng trăm công ty lớn như Google, Apple, Amazon, Phillips, Samsung…, Matter hứa hẹn sẽ tạo một bước đột phá mới cho các sản phẩm thông minh. Các thiết bị được chứng nhận Matter từ các nhà sản xuất sẽ hoạt động cùng nhau một cách dễ dàng.
Ưu điểm của Matter là thay vì sử dụng tất cả thiết bị trong một hệ sinh thái nhất định. Người dùng có thể sử dụng sản phẩm của bất kỳ hãng nào miễn là nó có hỗ trợ Matter. Giao thức này cung cấp và hỗ trợ trên nhiều kênh kết nối khác nhau như: Stream, Bluetooth, Wifi, Internet… Vì vậy, người dùng có thể điều khiển ngay cả khi thiết bị đó không được kết nối với Internet.
Dưới đây là một số điểm quan trọng về giao thức Matter:
– Khả năng tương thích: Mục tiêu chính của giao thức Matter là tạo ra một chuẩn tương thích giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau. Điều này giúp đảm bảo rằng các thiết bị nhà thông minh và IoT có thể tương tác và làm việc cùng nhau một cách dễ dàng.
– Phạm vi và tần số: Matter hoạt động ở nhiều dải tần số khác nhau, bao gồm 2.4 GHz và 915 MHz. Điều này giúp đảm bảo rằng giao thức có thể hoạt động ở nhiều khu vực địa lý khác nhau.
– Tiết kiệm năng lượng: Matter được thiết kế để tiết kiệm năng lượng, giúp các thiết bị như cảm biến và thiết bị nhúng có thể hoạt động lâu dài mà không cần thay pin thường xuyên.
– Bảo mật: An ninh dữ liệu là một phần quan trọng của Matter. Giao thức này cung cấp các tính năng bảo mật như mã hóa dữ liệu và xác thực để đảm bảo rằng thông tin truyền qua mạng không bị đánh cắp hoặc giả mạo.
– Quản lý mạng: Matter hỗ trợ việc quản lý mạng thông qua các điểm truy cập và bộ điều khiển. Các điểm truy cập cho phép thiết bị kết nối vào mạng Matter và tạo ra một môi trường cho việc quản lý và cấu hình.
7. Giao thức Zigbee Direct
Zigbee Direct là bản cập nhật của Zigbee kết hợp giao thức này với Bluetooth Low Energy (BLE). Tương tự như Thread, Zigbee Direct không cần hub trung tâm. Mà sẽ được kết nối với điện thoại, máy tính bảng,.. trực tiếp qua Bluetooth. Do đó, chỉ cần thiết bị được nâng cấp lên Zigbee Direct là đủ để giao tiếp toàn bộ mạng Zigbee. Sau khi được kết nối với Zigbee Direct thiết bị hoạt động như một hub trung tâm. Và phát tín hiệu cho các sản phẩm Zigbee khác.
Việc kết hợp hai công nghệ được sử dụng rộng rãi là Zigbee và Bluetooth. Làm cho IoT dễ tiếp cận hơn đối với người dùng và giải quyết các nhu cầu mới nổi của khách hàng về sự thuận tiện và tự động hóa.
Bảng so sánh dựa trên những thông tin chính xác từ những công nghệ kết nối trong những năm vừa qua, Giao thức Matter và Zigbee Direct sẽ được bổ sung và cập nhật thông sau trong thời gian tới.
Hy vọng qua bài viết này, bạn sẽ có một cái nhìn tổng quan về những giao thức kết nối của nhà thông minh. Từ đó có thể lựa chọn một giao thức chung cho những thiết bị thông minh cho ngôi nhà của mình.
