Việc lựa chọn một tiêu chuẩn kỹ thuật cho các thiết kế không dây ngày càng trở nên thách thức hơn khi phải đối mặt với sự bùng nổ của nhiều chuẩn mới.
Công nghệ không dây dần trở thành một tính năng thiết yếu đối với mọi sản phẩm điện tử hiện nay. Nó đem lại tính linh hoạt, tiện dụng, khả năng theo dõi và điều khiển từ xa mà không cần những dây cáp đắt tiền. Phạm vi ứng dụng ngày càng mở rộng, từ những món đồ chơi đơn giản đến các sản phẩm điện tử tiêu dùng, hay trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.
Cuộc chạy đua quy mô lớn nhằm biến mọi thứ không còn phụ thuộc vào hệ thống dây cáp đã tạo ra một sự bùng nổ các công nghệ và giao thức mới. Một số được phát triển chỉ cho một ứng dụng riêng biệt, trong khi một số khác thì phổ biến hơn và được dùng vào nhiều mục đích khác nhau.
Rất nhiều công nghệ không dây trong số đó được cho phép sử dụng rộng rãi, phần lớn đều được tiêu chuẩn hóa và được tích hợp dưới dạng IC nhỏ, giá thành thấp hay ở dạng module có sẵn. Do vậy, việc lựa chọn công nghệ đúng đắn cho một ứng dụng cụ thể chính là thách thức lớn nhất cần phải được giải quyết.
ANT và ANT+ là những công nghệ mạng cảm biến không dây độc quyền được sử dụng trong việc thu thập và truyền dữ liệu từ cảm biến. Với đặc điểm là một loại mạng cá nhân (personal area network – PAN), các ứng dụng cơ bản của ANT bao gồm lĩnh vực thể thao, giám sát sức khỏe, y tế gia đình. Ví dụ, chúng được dùng trong máy đo nhịp tim, máy đo nhiệt lượng, máy đo huyết áp, máy đo nhiệt độ , tốc kế trong máy chạy bộ, thiết bị định vị-theo dõi và định hướng. Các bộ thu phát vô tuyến ANT cũng được tích hợp trong các đồng hồ thể thao và dụng cụ như máy tập thể hình.
Công nghệ này chia 2.4 GHz dải tần ISM (industrial, scientific và medical – công nghiệp, khoa học và y tế) thành những kênh nhỏ hơn có băng thông là 1 MHz, dùng sóng vô tuyến có tốc độ dữ liệu là 1Mbps. Việc ghép kênh phân chia theo thời gian (time-division multiplexing – TDM) giúp sắp xếp kênh truyền cho nhiều cảm biến. ANT+ hỗ trợ các cấu trúc mạng dạng sao (star), nhánh (tree), lưới (mesh) hoặc ngang hàng (peer-to-peer). Định dạng giao thức và gói dữ liệu khá đơn giản. Không những vậy, nó được quảng cáo có mức tiêu thụ năng lượng rất thấp, giúp tăng thời lượng sử dụng của pin.
Bluetooth là một dạng PAN khác được quản lý bởi Bluetooth Special Interest Group (SIG) và hỗ trợ bởi tổ chức IEEE 802.15. Bluetooth ban đầu được thiết kế cho tai nghe không dây của điện thoại di động. Nó cũng được sử dụng cho nhiều dòng laptop, máy in, loa không dây, máy ảnh kĩ thuật số, bàn phím hay chuột không dây, và trò chơi điện tử. Ngoài ra, một phiên bản đơn giản hơn của nó – Bluetooth Low Energy – hướng đến các ứng dụng trong lĩnh vực sức khỏe và y tế. Công nghệ này cạnh tranh rất hiệu quả với ANT+.
Bluetooth cũng hoạt động trong dải tần 2.4 GHz ISM và sử dụng kỹ thuật trải phổ nhảy tần (frequency-hopping spread spectrum – FHSS) với phương thức điều chế GFSK, DQPSK hoặc 8DPSK. Tốc độ truyền dữ liệu là 1 Mbps cho GFSK, 2 Mbps cho DQPSK, 3 Mbps cho 8DPSK . Bên cạnh đó, nó được chia thành 3 class ứng với 3 mức công suất phát 0 dBm (1mW), 4 dBm (2.5mW) và 20 dBm(100mW), những mức này cũng quyết định khoảng cách truyền tín hiệu. Tầm hoạt động cơ bản vào khoảng 10m và có thể lên đến 100m ở mức năng lượng lớn nhất với đường truyền tín hiệu không có vật cản.
Bluetooth có khả năng tạo ra một mạng đơn giản lên đến 7 thiết bị. Loại mạng PAN này (có tên piconet) không được sử dụng rộng rãi cho lắm, thường có cấu trúc ngang hàng (peer-to-peer). Với sự đa dạng như vậy, Hiệp hội Bluetooth SIG đưa ra nhiều kiểu thiết lập (profile) hay những ứng dụng phần mềm được chứng nhận tương thích với nhiều loại chip, module và phần mềm của nhiều hãng khác nhau.
Cellular (dùng trong mạng di động)
Thông qua những dịch vụ từ phần lớn các nhà mạng, sóng di động có thể cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu cho hệ thống M2M (machine-to-machine). Module thu phát sóng di động rất phổ biến, dễ dàng được tích hợp trong nhiều thiết bị. Công nghệ này sử dụng nhiều chuẩn viễn thông, ví dụ như GSM/GPRS/EDGE/WCDMA/HSPA trong mạng AT&T, T-mobile và CDMA2000/EV-DO trong mạng Verizon, Sprint.
Chuẩn LTE được tạo ra cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao hơn như việc giám sát từ xa qua camera HD. Đối với các chuẩn còn lại, tốc độ truyền thường thấp (<1 Mbps). Tầm hoạt động của công nghệ di động từ 1 đến 10 km, đây cũng là tầm hoạt động của đa số các trạm BTS hiện nay.
IEEE 802.15.4 hỗ trợ cho các cấu trúc ngang hàng cũng như các mạng lưới cảm biến không dây. Tiêu chuẩn này xác định các đặc điểm của lớp mạng vật lý (PHY) – bao gồm tần số, kiểu điều chế, tốc độ truyền dữ liệu và cấu trúc khung – cũng như chỉ rõ tính chất của lớp con MAC thuộc lớp mạng liên kết dữ liệu. Từ đó các gói phần mềm riêng biệt được thiết kế để tương tác với những lớp này. Một vài chuẩn không dây sử dụng 802.15.4 cho lớp PHY và MAC, chẳng hạn ISA 100, Wireless HART, ZigBee và 6LoPAN.
Chuẩn này hoạt động trong 3 dải tần số cơ bản. Được dùng nhiều nhất là dải tần số 2.4 GHz ISM (16 kênh). Tốc độ truyền dữ liệu là 250 Kbps. Một dải tần khác là 902-928 MHz ISM của Mỹ (10 kênh). Tốc độ tương ứng là 40 Kbps hay 250 Kbps. Bên cạnh đó là dải tần số Châu Âu 868 MHz (1 kênh) với tốc độ 20 Kbps.
Cả 3 dải tần trên sử dụng phương pháp trải phổ tuần tự trực tiếp (direct sequence spread spectrum – DSSS) với 2 phương pháp điều chế BPSK hoặc QPSK. Chế độ đa truy nhập (khi có nhiều người dùng) dùng kỹ thuật CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance – cảm nhận sóng mang và né tránh xung đột trên đường truyền). Công suất phát tín hiệu tối thiểu cho phép là -3 dBm (0.5mW). Thực tế ta thường thấy mức này xấp xỉ 0 dBm. Mức 20 dBm trở lên được xem như dành cho các ứng dụng tầm xa. Tầm hoạt động của công nghệ này vào khoảng dưới 10m.
Đặc điểm là một loại mạng vô tuyến khu vực (Wireless Regional Area Network – WRAN), IEEE 802.22 là một trong những chuẩn mới nhất của hiệp hội IEEE. Công nghệ này được tạo ra để tận dụng những kênh TV miễn phí còn chưa được dùng (hay còn gọi là khoảng trắng – white space). Những kênh truyền có băng thông 6 MHz này trải dài trong khoảng tần số từ 470 MHz đến 698 MHz. Do đó số lượng kênh tùy thuộc vào từng vùng và địa phương. Tuy vậy nhưng chuẩn này vẫn chưa thật sự được sử dụng rộng rãi. Sóng vô tuyến hoạt động trong khoảng trắng tuân theo các tiêu chuẩn và giao thức riêng biệt.
Vì có khả năng gây nhiễu đến các đài TV, hệ thống máy thu 802.22 phải đáp ứng được các yêu cầu nghiêm ngặt và sử dụng kĩ thuật nhận biết sóng để tìm kiếm những kênh trống. Chúng sử dụng mạch thích ứng tần số để quét những kênh không sử dụng và nhận biết các tín hiệu nhiễu tiềm ẩn. Những máy thu này truy cập một cơ sở dữ liệu về khoảng trắng TV để xác định vị trí tốt nhất cho kết quả tối ưu mà không bị nhiễu với các giao tiếp khác.
Chuẩn này được thiết kế cho các liên kết không dây có băng thông rộng và cố định. Những trạm thu phát tín hiệu cung cấp dịch vụ Internet hay dịch vụ khác cho nhiều máy thu có vị trí xác định. Chúng có thể cạnh tranh với truyền hình cáp, với các công ty điện thoại hay phát triển kết nối băng thông rộng ở những nơi hẻo lánh vốn không được chú trọng phát triển dịch vụ cho lắm. Mặc dù công nghệ 802.22 có thể thích hợp cho cả di động, nhưng thường thì chúng sử dụng máy thu cố định.
Kỹ thuật ghép kênh OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) được ứng dụng để hiệu suất sử dụng phổ đủ khả năng hỗ trợ nhiều kênh cho người dùng, với tốc độ nhỏ nhất là 1.5 Mbps download và 384 Kbps upload. Tốc độ dữ liệu lớn nhất mỗi kênh 6 MHz có tầm từ 18 đến 22 Mbps. Ưu điểm của 802.22 là có thể làm việc với tần số VHF và UHF, cho phép kết nối khoảng cách rất xa. Với công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (effective isotropic radiated power – EIRP) tối đa 4W, tầm xa của 1 trạm phát có thể lên đến 100km (60 dặm).
Minh họa cho ứng dụng của 802.22Phát triển bởi Hiệp hội Tự động hóa quốc tế (International Society of Automation – ISA), ISA100 được thiết kế cho việc kiểm soát dây chuyền công nghiệp và hệ thống tự động trong nhà máy. Công nghệ sử dụng chuẩn 802.15.4 PHY và MAC nhưng có thêm một số tính năng đặc biệt để đảm bảo an toàn, ổn định, khả năng điều khiển hồi tiếp và những yêu cầu công nghiệp khác.
Thiết bị điện không dây dùng ISA100
Hồng ngoại (Infrared)
Công nghệ không dây hồng ngoại (IR) sử dụng ánh sáng thay vì sóng vô tuyến để kết nối. Tia hồng ngoại là ánh sáng có tần số thấp, vô hình với mắt người, có thể đóng vai trò sóng mang cho các tín hiệu số yêu cầu tốc độ cao. Bước sóng trong khoảng 850 – 940 µm. Thiết bị phát là led hồng ngoại, thiết bị thu bao gồm diode thu quang và một bộ khuếch đại. Ánh sáng thường được điều chế bằng tín hiệu tần số cao, còn tín hiệu này lại được mã hóa và điều chế bởi tín hiệu truyền đi.
Phần lớn các dàn TV và các thiết bị điện tử tiêu dùng sử dụng bộ điều khiển hồng ngoại, có tầm hoạt động khoảng vài mét và một góc lệch phương truyền hẹp (< 30°). Nhiều loại giao thức truyền và kỹ thuật mã hóa được áp dụng. Bên cạnh đó, những thiết bị hồng ngoại yêu cầu phải có đường truyền tín hiệu không bị chặn bởi các vật thể.
Tồn tại một chuẩn riêng cho việc truyền dữ liệu qua hồng ngoại gọi là IrDA. Thông số kỹ thuật của IrDA được đặt ra bởi Hiệp hội dữ liệu hồng ngoại (Infrared Data Association). Có nhiều phiên bản IrDA, chủ yếu được phân biệt theo tốc độ truyền dữ liệu của chúng. Nó trải dài từ tốc độ thấp khoảng 9.6 – 115.2 Kbps, tăng dần lên 4 Mbps, 16 Mbps, 96 Mbps và 512 Mbps, thậm chí có thể đến 1 Gbps. Những chuẩn mới có khả năng đạt đến tốc độ 5 và 10 Mbps đang được phát triển.Tầm hoạt động nhỏ hơn 1m.
Hồng ngoại có một vài ưu điểm nổi trội. Đầu tiên, vì nó là ánh sáng chứ không phải sóng vô tuyến nên nó không thể bị tác động bởi nhiễu vô tuyến ở bất kì dạng nào. Thứ hai, IR có tính an toàn rất cao bởi vì tín hiệu của nó rất khó bị chặn hay bị làm giả.
Hồng ngoại đã từng được sử dụng rộng rãi trong laptop, PDA, camera và máy in. Hiện nay phần lớn đã bị thay thế bởi những công nghệ không dây khác như Bluetooth và Wifi. Tuy nó vẫn còn phổ biến trong các bộ điều khiển từ xa, nhưng những bộ điều khiển sử dụng công nghệ RF cũng đang dần dần chiếm lĩnh hồng ngoại ở một số thiết bị tiêu dùng. Do đó có những thiết kế sử dụng cả IR lẫn RF.
Phần lớn những chuẩn không dây nêu trên sử dụng các dải tần ISM chưa được đăng ký, được xác định bởi Hội đồng Truyền thông Liên bang Mỹ (Federal Communications Commission – FCC) trong điều 15 phần 47 Bộ Điều lệ Liên bang (CFR). Dải ISM được dùng nhiều nhất là từ 2.4 GHz đến 2.483 GHz, dành cho điện thoại cố định không dây, các thiết bị thu của chuẩn Wifi, Bluetooth, 802.15.4 và nhiều thiết bị khác. Dải tần được sử dụng rộng rãi thứ 2 là dải 902-928 MHz (tần số trung tâm 915 MHz).
Những dải tần ISM phổ biến còn có 315 MHz áp dụng cho hệ thống cửa garage tự động và 433 MHz trong hệ thống đo nhiệt độ từ xa. Những tần số ít được dùng hơn bao gồm 13.56 MHz, 27 MHz và 72 MHz. Để biết đầy đủ thông tin về tất cả các dải tần số khả dụng, xem điều 15. Đây là một tài liệu thiết yếu (must-have) đối với ai có ý định thiết kế và thực hiện những sản phẩm ứng dụng công nghệ không dây tầm ngắn.
Đối với các ứng dụng không dây đơn giản, không cần hệ thống kết nối phức tạp, yêu cầu về an toàn hay những tùy chọn khác, các giao thức truyền-nhận đơn giản có thể được thiết kế riêng. Nhiều công ty kinh doanh bộ thu phát sử dụng dải tần ISM hỗ trợ không chỉ các giao thức chuẩn mà còn phát triển giao thức riêng tùy vào ý khách hàng.
Công nghệ giao tiếp trường gần (Near-field Communications – NFC) là công nghệ giao tiếp ở khoảng cách cực ngắn được thiết kế cho việc thanh toán giao dịch một cách bảo mật và những ứng dụng tương tự. Tầm hoạt động tối đa vào khoảng 20 cm, thường thấy là khoảng 4-5 cm. Với khoảng cách ngắn như vậy, kết nối – thường đã mã hóa (encrypt) – sẽ được tăng cường độ bảo mật. Nhiều smartphone hiện nay tích hợp NFC, và rất nhiều thiết bị khác hứa hẹn sẽ có. Mục tiêu trong tương lai là phát triển hệ thống thanh toán qua NFC, nơi người tiêu dùng có thể sử dụng điện thoại tương tác với các máy quẹt thẻ thay vì dùng thẻ tín dụng.
NFC vận hành ở dải tần 13.56 MHz ISM .Tại tần số thấp như vậy, các anten vòng ở phía phát và thu đóng vài trò tương ứng với cuộc sơ cấp và cuộn thứ cấp của máy biến áp. Việc truyền tín hiệu chủ yếu diễn ra bằng từ trường hơn là điện trường (vốn rất yếu tại trường gần).
NFC cũng được dùng để đọc thẻ NFC, những thẻ này hoạt động bởi năng lượng thu từ tín hiệu phát. Việc chuyển đổi tín hiệu vô tuyến thành điện một chiều tạo ra năng lượng cho vi xử lí và bộ nhớ để cung cấp dữ liệu liên quan đến ứng dụng. Trên thị trường có rất nhiều chip truyền nhận NFC cho những ứng dụng mới, chúng sử dụng những chuẩn vô tuyến như: ISO/IEC 14441A, ISO/IEC 14443B, ISO/IEC 18092, ISO/IEC 23917, JIS X6319-4, ECMA 340 (hay NFCIP-1 – Near Field Communication Interface and Protocol) và ECMA 352 (hay NFCIP-2).
RFID
Công nghệ nhận dạng qua RF (radio-frequency indentìication – RFID) được dùng chủ yếu trong việc nhận dạng, xác định vị trí, theo dõi, kiểm kê hàng hóa. Một thiết bị đọc truyền một tín hiệu radio năng lượng cao để cấp nguồn cho các thẻ RFID thụ động (vốn không có nguồn riêng) và sau đó đọc dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ của chúng.
Các thẻ RFID thường nhỏ, có hình dạng dẹt, rẻ và có thể dùng để đính kèm với bất kì thứ gì cần được theo dõi và nhận dạng. Chúng đã dần thay thế công nghệ mã vạch (barcode) trong một vài ứng dụng. RFID hoạt động ở tần số 13.56 MHz ISM, nhưng cũng có thể ở những tần số khác như 125 KHz,134.5 KHz và dải tần 902-928 MHz. Công nghệ RFID bao gồm nhiều chuẩn khác nhau được hỗ trợ bởi ISO/ IEC.
Kiểm kê hàng hóa với RFID
6LoWPAN là tên viết tắt của IPv6 protocol over low-power wireless PANs (nghĩa là sử dụng giao thức IPv6 trong các mạng PAN không dây công suất thấp). Được phát triển bởi Hiệp hội đặc trách kỹ thuật Internet (Internet Engineering Task Force – IETF), công nghệ này cho phép truyền dữ liệu qua các giao thức IPv6 và IPv4 trong các mạng không dây công suất thấp có cấu trúc điểm-điểm (point-to-point hay P2P) và dạng lưới (mesh). Tiêu chuẩn được đặt ra để quy định các đặc điểm của 6LoWPAN – RFC4944 – cũng cho phép ứng dụng IoT vào các thiết bị điều khiển từ xa nhỏ nhất.
Giao thức 6LoWPAN cung cấp khả năng đóng gói và nén header của một gói dữ liệu trong hệ thống 802.15.4. Có những thông tin cho rằng IETF cũng đang thực hiện một phiên bản của giao thức này cho Bluetooth. Nếu thiết bị không dây của bạn cần phải nối mạng Internet thì đây là sự lựa chọn đáng xem xét.
Công nghệ băng thông siêu rộng (Ultra Wideband – UWB) hoạt động ở dải tần 3.1-10.6 GHz, được dùng trong kết nối tốc độ cao cho máy tính cá nhân, laptop và nhiều thiết bị khác. Dải tần này được chia thành nhiều kênh có độ rộng 528 MHz. Kỹ thuật OFDM được ứng dụng để đạt tốc độ từ 53Mbps đến 480Mbps. Chuẩn này ban đầu do WiMedia Alliance đưa ra.
Các thiết bị ứng dụng công nghệ này có công suất rất thấp để tránh gây nhiễu tới các dịch vụ trong dải tần chỉ định. Điều này khiến tầm hoạt động của UWB giớn hạn vào khoảng 10m. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách đó thường là vài mét để có thể đạt tốc độ truyền dữ liệu tối đa. UWB được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng như TV, máy quay phim, laptop và camera giám sát để bàn.
WI-FI
Wi-Fi là tên gọi thương mại của công nghệ không dây được xác định bằng hệ thống tiêu chuẩn IEEE 802.11. Đây là công nghệ không dây phổ biến nhất sau Bluetooth. Nó có trong smartphone, laptop, máy tính bảng, và ultrabook, bên cạnh đó cũng được ứng dụng trong những dàn TV, thiết bị hình ảnh, và các bộ router không dây dùng trong gia đình. Wi-Fi cũng được tích hợp trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Công nghệ này gần đây đã hiện diện cả trong mạng di động, tại những khu vực mà nhà mạng muốn giảm tải lưu lượng dữ liệu trên đường truyền thoại.
Wi-Fi xuất hiện từ cuối thập niên 1990 khi mà chuẩn 802.11b trở nên phổ biến. Nó cho phép tốc độ lên đến 11Mbps ở dải ISM 2.4 GHz. Kể từ đó, những chuẩn mới đã được phát triển, bao gồm 802.11a (dải 5 GHz),802.11g, và chuẩn 802.11n với kỹ thuật ghép kênh OFDM đạt được tốc độ 54-300 Mbps trong điều kiện tối ưu.
Những chuẩn gần đây nhất có 802.11ac, sử dụng kỹ thuật MIMO để tăng tốc độ truyền lên 3 Gbps trong dải ISM 5 GHz. Chuẩn 802.11ad được thiết kế để có thể truyền 7Gbps trong vùng tần số chưa đăng kí. Tuy nhiên bạn sẽ nghe đến 802.11ad dưới cái tên thương mại là WiGig. Ứng dụng chính của nó là việc truyền video ở trong các hệ thống điện tử tiêu dùng với HDTV và camera giám sát HD.
Công nghệ Wi-Fi hiện nay đã được tích hợp trong các con chip hoặc các module có sẵn, khoảng cách xa nhất lên đến 100m trong điều kiện không chắn sóng. Đây là một lựa chọn tuyệt vời nếu như nhu cầu của bạn là khoảng cách xa và tốc độ cao.
HART (Highway Addressable Remote Transducer – tạm dịch là thiết bị chuyển đổi tín hiệu từ xa tốc độ cao và có khả năng định địa chỉ) là một công nghệ mạng hữu tuyến được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cho việc giám sát/điều khiển cảm biến và động cơ. Wireless HART là phiên bản không dây của nó. Công nghệ này dựa trên chuẩn 802.15.4, hoạt động trong dải 2.4 GHz. Giao thức HART là tên của phần mềm ứng dụng dùng trong các thiết bị truyền và nhận không dây.
Wireless HD là một công nghệ tốc độ cao khác sử dụng tần số 60 GHz. Nó dựa trên chuẩn IEEE 802.15.3c. Công nghệ này có thể đạt đến tốc độ 28 Gbps ở tầm xa 10m khi đường truyền tín hiệu không có vật cản. Nó được thiết kế chủ yếu cho việc hiển thị video không dây sử dụng cổng giao tiếp loại HDMI hay DisplayPort, cho những dàn TV HD và các thiết bị tiêu dùng như đầu đọc DVR và DVD.
WirelessUSB là một chuẩn độc quyền của Cypress Semiconductor. Công nghệ này không phải là Wireless USB – vốn là một phiên bản không dây của chuẩn USB. Cái tên Wireless USB thường được nói tới để ám chỉ công nghệ UWB. WirelessUSB NL sử dụng dải tần 2.4 GHz với điều chế GFSK. Tốc độ dữ liệu có thể lên đến 1Mbps. Công nghệ này có mức tiêu thụ năng lượng cực thấp, được thiết kế chủ yếu dành cho các thiết bị giao tiếp với con người (human-interface design – HID) như bàn phím, chuột, thiết bị điều khiển để chơi game. Nó chỉ sử dụng một giao thức đơn giản.
Một phiên bản khác của WirelessUSB với mã hiệu LP sử dụng cùng dải tần 2.4 GHz nhưng sử dụng phương pháp trải phổ rộng trực tiếp tuần tự (direct-sequence spread spectrum – DSSS) ở tốc độ thấp (250 Kbps) cho tầm xa lớn hơn và độ tin cậy cao hơn trong môi trường nhiễu. Phiên bản LP cũng có thể dùng điều chế GFSK 1Mbps tùy vào yêu cầu. Mức công suất tối đa là 4dBm và phương pháp kiểm tra lỗi được dùng là CRC 16 bit (cyclic redundant check – CRC). Nhờ vào một chip PsoC của Cypress, người ta có thể tạo ra các bộ thu phát ứng với các phiên bản khác nhau đã đề cập ở trên.
Bàn phím không dây ứng dụng WirelessUSB
ZigBee là chuẩn được đưa ra bởi Hiệp hội ZigBee. Đây là tên của một giao thức phần mềm và là tên một công nghệ với nền tảng dựa trên chuẩn 802.15.4. ZigBee hoạt động dựa trên một nhóm nhiều giao thức được thiết kế để có thể sử dụng được trong nhiều cấu trúc mạng vô tuyến như điểm-điểm, đơn điểm-đa điểm, dạng nhánh hay hình sao. Đặc trưng chính của nó là khả năng tạo ra những mạng lưới cảm biến giám sát quy mô lớn. Và quan trọng là, nó có thể quản lý tới 65000 node mạng.
Hiệp hội ZigBee cũng hỗ trợ sẵn những thiết lập (profile) hoặc trình quản lý dưới dạng phần mềm để dùng vào một số ứng dụng cụ thể trong công nghệ tự động trong gia đình, trong xây dựng và điều khiển công nghiệp. Ví dụ về công nghệ tự động trong xây dựng là hệ thống điều khiển ánh sáng hoặc hệ thống HVAC (Heat, Ventilation and Air Conditioning – Điều hòa Nhiệt độ, Không khí và Hệ thống thông hơi), cũng như các hệ thống đo lường thông minh (là sự kết hợp giữa công nghệ mạng gia đình và hệ thống đo lường).
Những phiên bản ZigBee công suất thấp được sử dụng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe như hệ thống theo dõi bệnh nhân từ xa hoặc các ứng dụng tương tự. Một profile thuộc lĩnh vực chiếu sáng được dùng cho các hệ thống đèn LED và mạch điều khiển. Ngoài ra còn có một profile của ZigBee sử dụng sóng RF điều khiển từ xa thay thế hồng ngoại cho TV gia dụng và các thiết bị khác. ZigBee cũng được sử dụng trong công nghệ tự động tại nhà máy và có thể được dùng trong M2M (machine-to-machine) và IoT (Internet of Things).
Z-Wave là một chuẩn giao tiếp độc quyền được phát hành bởi Zensys, một bộ phận thuộc Sigma Designs hiện nay. Gần đây, Hiệp hội Viễn thông Quốc tế (International Telecommunications Union – ITU) đã dùng Z-Wave cho lớp PHY và MAC của chuẩn G.9959; chuẩn này được đặt ra cho các thiết bị không dây hoạt động ở băng hẹp có tần số dưới 1 GHz.
Z-Wave là công nghệ không dây cấu trúc dạng lưới. Một mạng Z-Wave có thể đạt đến 232 node mạng. Những bộ thu phát Z-Wave hoạt động trong dải tần ISM 908.42 MHz ở Mỹ và Canada, tuy nhiên chúng cũng có thể sử dụng những tần số khác tùy vào quy định của từng quốc gia.
Phương pháp điều chế được chọn là GFSK. Các mức tốc độ khả dụng là 9600 bps và 40 Kbps. Công suất ra là 1mW (0 dBm). Tại những vùng trống tầm hoạt động có thể lên đến 30m. Khi phải truyền xuyên qua vật cản thì khoảng cách đó giảm đi đáng kể. Ứng dụng chủ yếu cho Z-Wave là hệ thống điều khiển tự động trong hộ gia đình, điều khiển ánh sáng, đo nhiệt độ, máy phát hiện khói, khóa cửa điện tử, thiết bị gia dụng và hệ thống an ninh.
Z-Wave trong các hộ gia đình
Những ứng dụng thường gặp
Việc ứng dụng công nghệ không dây đã phát triển trên phạm vi toàn cầu nhiều năm qua nhờ vào những chuẩn không dây mới và những IC, module truyền-nhận có giá thành rất rẻ. Nhìn chung, hiện nay không còn cần thiết phải phát minh ra một chuẩn hay một giao thức mới nữa, và ngày càng ít cần đến những chuyên gia về công nghệ RF lẫn không dây. Công nghệ này đã trở thành một tính năng dễ dàng và ít tốn kém để thêm vào nhiều sản phẩm nhằm tăng hiệu năng, sự tiện ích và tính cạnh tranh.
Trong lĩnh vực giao thông, điều khiển cửa xe từ xa và khởi động xe từ xa là những ứng dụng phổ biến nhất. Hệ thống đọc áp suất bánh từ xa là một trong những tính năng thú vị ở một số phương tiện giao thông. Hệ thống định vị GPS cũng đã trở thành một phần không thể thiếu ở nhiều chiếc xe. Radar, một công nghệ không dây đã xuất hiện từ lâu, được dùng trong việc điều khiển tốc độ và phanh tự động.
Những sản phẩm điện tử gia dụng cũng ngập tràn công nghệ không dây. Hầu như tất cả các sản phẩm giải trí như HDTV, DVR, những đầu thu truyền hình cáp và truyền hình vệ tinh đều có điều khiển từ xa. Cơ bản thì những thiết bị điều khiển này vẫn dùng công nghệ hồng ngoại, nhưng công nghệ RF đang dần chiếm lĩnh thị trường. Những ứng dụng khác bao gồm camera giám sát trẻ sơ sinh, đồ chơi, thiết bị giải trí…
Ngoài ra, có rất nhiều bộ chỉnh nhiệt, máy đo nhiệt và nhiều bộ theo dõi thời tiết, bộ điều khiển cổng garage, hệ thống an ninh, máy đo năng lượng sử dụng công nghệ không dây…Rất nhiều hộ gia đình hiện nay kết nối internet bằng router Wi-Fi. Thậm chí trên thị trường có cả những chip nối mạng di dộng để tăng cường khả năng kết nối với điện thoại trong nhà. Điện thoại di động, điện thoại để bàn không dây, Bluetooth và Wi-Fi đều rất phổ biến.
Các sản phẩm thương mại tích hợp công nghệ này bao gồm hệ thống theo dõi nhiệt độ, máy đo nhiệt và hệ thống điều khiển ánh sáng. Một số các camera giám sát sử dụng không dây thay vì dây cáp đồng trục. Hệ thống thanh toán điện tử bằng điện thoại di động hứa hẹn sẽ làm nên một cuộc cách mạng trong lĩnh vực tiêu dùng
Trong công nghiệp, kết nối không dây đã gần như thay thế các kết nối dây trước đây. Hệ thống giám sát từ xa những đại lượng vật lí như nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, độ tiệm cận hay mực nước rất phổ biến. Việc điều khiển từ xa các công cụ máy, robot và các quy trình công nghiệp giúp đơn giản hóa tối ưu hóa tính kinh tế cũng như tính tiện lợi trong những vấn đề công nghiệp.
Công nghệ M2M đã mở ra cánh cứa cho nhiều ứng dụng mới như giám sát từ xa máy bán hàng tự động và định vị phương tiện giao thông (GPS). Công nghệ Internet of Things biến hầu hết mọi thứ trở thành không dây. RFID đã làm cho những công việc theo dấu và định vị mọi thứ trở nên thuận tiện hơn
Tham khảo:
- Bensky, Alan, Short-range Wireless Communications, LLH Technology Publishing (đã đổi tên thành Elsevier), 2000
- Donovan, John, Portable Electronics, Elsevier/Newnes, 2009
- Fette et al., RF & Wireless Technologies, Elsevier/Newnes, 2008
- U.S. Code of Federal Regulations 47, Part 15
Nguồn: The Fundamentals of Short-range Wireless Technologies
Người dịch: Long Cao, C.X.Đức
Thanks LongCao for your cooperation!