[QC] Khám phá công nghệ IoT ứng dụng cho Smarthome hiện nay

Nhà thông minh là một trong những lĩnh vực của Internet of Things (IoT). IoT còn được gọi là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc Mạng lưới thiết bị kết nối Internet được định nghĩa là một liên mạng mà trong đó tất cả các thiết bị như đồ gia dụng, xe cộ, cảm biến, đồng hồ đeo tay, thậm chí cửa ra vào, cửa sổ, đồ nội thất và nhiều vật dụng khác đều có khả năng kết nối Internet, tương tác và trao đổi dữ liệu thông qua các thiết bị máy tính như như PC, laptops, điện thoại thông minh và máy tính bảng.

Vậy, nhà thông minh là gì? - Nhà thông minh là hệ thống cho phép giám sát, điều khiển thông qua điện thoại hoặc máy tính bảng, giúp tự động hóa các thiết bị trong nhà như đèn, công tắc, cửa, điều hòa, vòi phun nước, máy bơm nước, rèm cửa, cũng như các thiết bị khác mọi lúc mọi nơi. Hệ thống nhà thông minh sẽ giúp bạn và gia đình luôn thoải mái, an toàn, tiện lợi hơn bao giờ hết.

Hệ thống nhà thông minh cho phép giám sát, điều khiển các thiết bị điện trong nhà mọi lúc mọi nơi
​

Trong hệ thống nhà thông minh từ giao thức kết nối, bộ điều khiển trung tâm, công nghệ điện toán đám mây cho đến các ứng dụng khác đều được tích hợp những công nghệ hiện đại nhất. Trong đó, giao thức truyền tín hiệu được xem là yếu tố quan trọng nhất. Các công nghệ thường được sử dụng hiện nay bao gồm WIFI, ZigBee, Z-wave và Hybrid-Mesh (công nghệ cho phép truyền tín hiệu kể cả qua đường dây điện lẫn mạng không dây). Vì môi trường và các quy định về chuẩn kết nối không dây rất đa dạng tuỳ vào mỗi quốc gia, bài viết dưới đây sẽ chỉ tập trung vào các công nghệ truyền tín hiệu được sử dụng trong hệ thống nhà thông minh tại Việt Nam và các quốc gia Đông Nam Á.

WiFi
WiFi là tên gọi của chuẩn IEEE 802.11, được sử dụng rất phổ biến trong các thiết bị máy tính (PC, máy tính xách tay) và các ứng dụng video/ âm thanh như TV thông minh, máy quay video và loa âm thanh. Đây là công nghệ không dây với tần số từ 2,4 GHz đến 5,0Ghz. WiFi có tốc độ truyền dữ liệu cao, do đó có thể truyền dữ liệu lớn qua mạng không dây. Tuy nhiên, WiFi không được coi là một tiêu chuẩn tốt để liên lạc giữa các thiết bị trong hệ thống nhà thông minh vì thường tiêu thụ năng lượng cao (pin sẽ hết trong một thời gian ngắn) và tương đối đắt hơn các công nghệ khác. Các thiết bị nhà thông minh thường không cần nhiều băng thông hoặc tốc độ dữ liệu, vì vậy WiFi không phải là một giao thức kết nối phù hợp. Ngoài ra, WiFi không hỗ trợ kết nối mạng lưới nên rất khó để mở rộng phạm vi thông qua các bức tường bê tông bên trong nhà hoặc tòa nhà ở Việt Nam và Đông Nam Á.

Wifi được đánh giá không phải là giao thức kết nối phù hợp cho các hệ thống nhà thông minh
​

ZigBee
ZigBee là một tiêu chuẩn không dây dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4, được vận hành ở tần số 2,4Ghz, là băng tần ISM có thể được sử dụng ở mọi nơi trên thế giới. ZigBee rất phổ biến trong ứng dụng nhà thông minh vì có mức tiêu thụ điện năng thấp, pin có thể sử dụng lâu dài, chi phí thấp hơn so với các công nghệ khác. Những thiết bị Zigbee có thể kết nối với nhau tạo thành một mạng lưới. Ưu điểm của mạng lưới là càng nhiều thiết bị trong mạng thì khoảng cách sẽ càng dài từ các thiết bị đến bộ điều khiển trung tâm (thường được gọi là hub). Ngoài ra, công nghệ ZigBee cũng được ứng dụng bên trong nhiều bóng đèn LED của các thương hiệu nổi tiếng. Một số người nghĩ rằng sóng của ZigBee có thể bị nhiễu bởi WiFi cũng dùng băng tần 2,4Ghz. Tuy nhiên, trong thực tế, việc nhiễu sóng là không đáng kể vì ZigBee không cần nhiều băng thông để truyền dữ liệu và ZigBee có khả năng chọn tần số mà WiFi không dùng trong lúc đó.

Z-wave
Đây cũng là một công nghệ không dây tương tự như ZigBee, được ứng dụng nhiều trong nhiều hệ thống nhà thông minh. Tuy nhiên, công nghệ này không sử dụng băng tần 2,4Ghz (ISM), tần số hoạt động của nó khác nhau giữa các quốc gia. Dựa trên quy định của Việt Nam, sóng Z được phép sử dụng băng tần 919Mhz và 921Mhz. Z-wave có thể hỗ trợ tới 232 thiết bị trong một mạng, trong khi ZigBee có thể hỗ trợ tới 65.000 thiết bị trong mạng. Do đó, Z-wave thường được sử dụng trong các mạng đơn giản (khóa cửa thông minh, cảm biến chuyển động, cảm ứng) và ZigBee được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và tòa nhà thông minh phức tạp hơn.

Hybrid-Mesh
Hybrid-Mesh là một công nghệ tiên tiến và độc đáo, là công nghệ đầu tiên và duy nhất trên thế giới tích hợp PLC (Power Line Communication) với mạng không dây (IEEE 802.15.4) và đồng thời cho phép kết hợp mạng lưới chế độ hỗn hợp. Nhà và công trình ở Việt Nam (và hầu hết các nước ở Đông Nam Á) được xây dựng bằng xi măng và gạch khiến cho sóng không dây rất khó đi qua. Khi tín hiệu không dây truyền qua một bức tường bê tông, phạm vi của nó (tức là khoảng cách đường thẳng từ nguồn truyền tín hiệu đến đích tín hiệu) thường giảm từ 50% đến 60% tùy thuộc vào vật liệu và độ dày của tường. Thêm nhiều bức tường hoặc cửa ở giữa sẽ làm giảm phạm vi hơn nữa. Do đó, nếu một ngôi nhà có nhiều phòng hoặc một tòa nhà có nhiều tầng, thì việc sử dụng tín hiệu không dây cho hệ thống nhà thông minh sẽ không ổn định và việc lắp đặt cũng sẽ trở nên khó khăn hơn.

Công nghệ "xuyên tường" Hybrid Mesh cho phép tín hiệu truyền tải ổn định qua nhiều lớp bê tông​

Trên thực tế, hầu hết các tòa nhà thường được yêu cầu khoan tường và chạy dây để cho phép các thiết bị thông minh giao tiếp với bộ điều khiển trung tâm. Công nghệ Hybrid-Mesh có thể khắc phục vấn đề đó nhờ việc sử dụng công nghệ PLC truyền tải tín hiệu thông qua đường dây điện sẵn có, không cần phải chạy dây bổ sung nữa. PLC của Hybrid-Mesh là băng tần rộng được vận hành từ 2Mhz đến 30Mhz. Tính năng này cho phép các thiết bị Hybrid-Mesh luôn ổn định vì hầu hết nhiễu trên đường dây điện đều dưới 500Khz. Hybrid-Mesh cũng được sử dụng điều chế OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) để khắc phục môi trường bị nhiễu sóng và vẫn có thể duy trì băng thông cao hơn so với các công nghệ khác. Hybrid-Mesh cũng tích hợp công nghệ không dây cùng với PLC cho phép kết nối bắc cầu các thiết bị bất cứ khi nào đường dây điện bị nhiễu. PLC và mạng không dây còn tạo ra một mạng lưới chế độ hỗn hợp cho phép tín hiệu của thiết bị ở dạng PLC hoặc không dây tùy thuộc vào điều kiện nhiễu tại thời điểm đó. Do đó, Hybrid-Mesh có thể xuyên qua nhiều bức tường và bê tông, mở rộng phạm vi sử dụng mạng lưới của nó. Hybrid-Mesh được coi là công nghệ truyền thông hiệu quả cho nhà thông minh và tòa nhà thông minh tại Việt Nam và Đông Nam Á.

Các công nghệ truyền thông khác
BLE (Bluetooth Low Energy) là một tiêu chuẩn năng lượng thấp và tầm ngắn được vận hành ở băng tần 2,4 GHz. Nó được sử dụng trong các thiết bị thể dục, đồng hồ thông minh, phích cắm. Mặc dù tiêu chuẩn BLE đã giới thiệu một cấu hình lưới vào năm 2017, nhưng nó vẫn chưa được coi là một tiêu chuẩn mạng thích hợp cho nhà thông minh.

Có những thiết bị thông minh trên thị trường hoạt động ở mức 433Mhz. Dải tần số này rất phổ biến ở Trung Quốc. Tuy nhiên, nó không được ưa thích cho nhà thông minh ở các quốc gia khác vì băng thông thấp, không đủ để vận hành nhiều thiết bị thông minh cùng một lúc.

Tại OnSky, một công ty nhà thông minh ở Việt Nam và Mỹ, chúng tôi ứng dụng các công nghệ kết nối tốt nhất cho các sản phẩm nhà thông minh đó là Hybrid-Mesh và ZigBee. Bộ điều khiển trung tâm của OnSky được tích hợp công nghệ Hybrid-Mesh cho các thiết bị yêu cầu truy cập thường xuyên (công tắc đèn thông minh, ổ cắm thông minh, trung tâm điều khiển TV và máy lạnh, ...) và ZigBee cho các thiết bị hoạt động bằng năng lượng thấp và chạy bằng pin (cảm biến cửa, cảm biến chuyển động, ...). Bộ điều khiển trung tâm cũng hỗ trợ kết nối WiFi và Ethernet để truyền thông LAN đến bộ định tuyến và các thiết bị di động đòi hỏi băng thông cao. Nhờ việc sử dụng công nghệ Hybrid-Mesh, hệ thống nhà thông minh OnSky có thể đi qua nhiều bức tường bê tông và nhiều tầng, phạm vi kết nối dài hơn ít nhất 5 lần so với các công nghệ không dây khác. Ưu điểm này cho phép cài đặt các thiết bị dễ dàng, không phải đục khoét tường hoặc đi thêm đường dây điện. Công nghệ Hybrid– Mesh giúp hệ thống nhà thông minh OnSky hoạt động ổn định, đảm bảo an ninh, an toàn, tiện nghi và tiết kiệm năng lượng cho người sử dụng.

Ông Nguyễn Cao Hùng là Chủ tịch kiêm CEO của OnSky - một công ty nhà thông minh tại Việt Nam và Mỹ. Ông cũng là một nhà phát minh công nghệ nổi tiếng ở Thung lũng Silicon, Mỹ với hơn 35 bằng sáng chế về công nghệ truyền thông, xử lý tín hiệu số và hệ thống thích ứng. Ông Nguyễn Cao Hùng đã phát minh và thiết kế nhiều công nghệ tiên tiến được ứng dụng trong lĩnh vực IoT như: Partial-Response Maximum-Likelihood (PRML) cho ổ đĩa từ, mạng không dây siêu rộng (UWB) và công nghệ Hybrid-Mesh.
​

Tìm hiểu thêm các giải pháp nhà thông minh OnSky tại: https://www.onskyinc.com/

Bấm để mở rộng...