Ứng dụng Bluetooth IoT: Từ BLE đến Mesh

04:54 PM 23/10/2018 In bài viết

Graphic of a mesh Bluetooth network

Bluetooth kết nối tai nghe và loa với điện thoại thông minh và máy tính. Nó hỗ trợ chuột và bàn phím không dây của bạn. Tính năng này cho phép bạn thực hiện cuộc gọi qua loa trên xe hơi của mình, chuyển các tệp dễ dàng qua các khoảng cách ngắn (ví dụ: với “AirDrop”) và hơn thế nữa. Bluetooth “cổ điển” chủ yếu là kết nối bạn với một vài thiết bị hàng ngày. Các công nghệ Bluetooth mới hơn cấp nguồn cho các ứng dụng IoT là nhiều hơn về việc kết nối các thiết bị với các thiết bị khác trong các mạng “lưới” lớn trong các kịch bản trong nước, đô thị và công nghiệp.

Bluetooth được tạo ra bởi Tiến sĩ Jaap Haartsen tại Ericsson vào năm 1994, đặt theo tên vị vua nổi tiếng đã thống nhất Đan Mạch và Na Uy vào thế kỷ X. Bluetooth ra đời để thay thế cáp viễn thông RS-232 (một chuẩn kết nối cũ được tạo ra vào năm 1960) bằng cách sử dụng sóng vô tuyến UHF băng tần từ 2.4 đến 2.485 GHz. Dù tần số này tương tự với Wi-Fi, Bluetooth được thiết kế để hoạt động trong phạm vi ngắn và tiêu tốn ít điện năng hơn. Đến năm 1998, tổ chức Bluetooth Special Interest Group (SIG) được thành lập với mục đích đại diện chuẩn hóa và quảng bá phiên bản mới của Bluetooth. Bluetooth tiếp tục trở nên quan trọng hơn khi SIG phát triển các ứng dụng công nghiệp: Bluetooth Low-Energy (BLE) và Bluetooth mesh.

Các chuẩn kết nối Bluetooth hiện nay

Star vs. Mesh topology bluetooth iot applications

Chuẩn 1.0: Tốc độ xấp xỉ 1Mbps nhưng gặp nhiều vấn đề về tính tương thích.

Bluetooth 1.1: Phiên bản nâng cấp và sửa lỗi của 1.0, không có sự thay đổi về tốc độ đường truyền.

Bluetooth 1.2: Được nâng cấp về thời gian dò tìm và truyền tải dữ liệu so với chuẩn 1.1.

Bluetooth 2.0 +ERD: Được công bố vào tháng 7/2007 chuẩn mới này này ổn định hơn và cho tốc độ chia sẻ nhanh hơn, có thêm tính năng tiết kiệm năng lượng khi dùng.

Bluetooth 2.1 +ERD: Bên cạnh những ưu điểm của bản 2.0, Bluetooth 2.1 còn có thêm cơ chế kết nối phạm vi nhỏ.

Bluetooth 3.0 + HS ( High Speed): Được giới thiệu vào 21/4/2009, chuẩn kết nối này có tốc độ lý thuyết lên đến 24Mbps. Những thiết bị hỗ trợ Bluetooth 3.0 nhưng không có +HS sẽ không đạt được tốc độ trên. Tuy được cải tiến liên tục về mặt tốc độ nhưng Bluetooth chỉ hỗ trợ kết nối giữa các thiết bị và truyền tải các file có dung lượng thấp như ảnh, video nhẹ…

Chuẩn Bluetooth 4.0: Được cập nhật vào ngày 30/6/2010, phiên bản 4.0 là sự kết hợp của “classis Bluetooth” ( Bluetooth 2.1 và 3.0 ), “ Bluetooth high speed” ( Bluetooth 3.0+ HS) và “ Bluetooth low energy ( Bluetooth smart ready / Bluetooth smart). Chuẩn này có khả năng tăng cường tối đa tốc độ kết nối và truyền tải trong thời gian cực nhanh. Là chuẩn Bluetooth hiện đại nhất và nhanh nhất hiện nay

Chuẩn Bluetooth 5.0: chính thức được giới thiệu vào tháng 12/2016 với tốc độ nhanh hơn gấp 2 lần và khoảng cách xa hơn gấp 4 lần so với chuẩn 4.0. Tuy nhiên, có rất ít các thiết bị được tích hợp phiên bản này. Và tới nay nó cũng chưa phổ biến.

Khoảng giữa tháng 07/2017, Hiệp hội Bluetooth đã đưa ra cấu hình của Bluetooth Mesh, một giao thức kết nối mới, cho phép nhiều thiết bị Bluetooth kết nối ngang hàng với nhau, tạo thành một mạng lưới rộng chứ không chỉ giới hạn giữa 2 máy như trước đây, tín hiệu sẽ đi từ máy này tới máy khác cho đến khi chạm được mục tiêu.

Cách kết nối mới sẽ vô cùng hữu ích cho các thiết bị ngôi nhà thông minh. Một cảm biến nhiệt độ ngoài vườn có thể kết nối Bluetooth tới một tay nắm cửa thông minh trước khi đi tới trạm trung tâm. Nếu cảm biến nhiệt độ sẽ không thể kết nối thẳng tới trạm trung tâm vì khoảng cách xa quá. Hay một cảm biến dưới nhà xe có thể biết khi nào người dùng về nhà, để gửi tín hiệu qua hàng loạt bóng đen trung gian trước khi chạm đến bóng đèn trên phòng ngủ của người dùng và bật nó lên.

Thường thì kết nối không dây chỉ đi giữa điểm này tới điểm khác, chẳng hạn như từ điện thoại sang máy tính và ngược lại, từ router sang máy tính và ngược lại, trường hợp laptop nằm ngoài vùng phủ sóng của router hoặc quá xa điện thoại sẽ không thể kết nối. Còn với mạng Bluetooth Mesh, nó có thể bắt đầu đường đi của tín hiệu từ laptop sang một thiết bị khác lân cận, mà thiết bị nằm trong tầm phủ sóng của router, và tín hiệu vẫn đi được tới đích. Hay dễ hiểu hơn, mạng Bluetooth mesh cho phép dữ liệu nhảy giữa thiết bị này tới thiết bị khác cho đến khi nó đến được mục tiêu cuối cùng. Wi-Fi cũng đã hỗ trợ mesh từ khá lâu nhưng cần có router tương thích.

Mạng mesh cũng quan trọng trong việc tiết kiệm pin vì nó giúp các thiết bị dùng ít năng lượng, thay vì phải cố để phát hay bắt sóng tới một thiết bị ở xa, nó chỉ cần dùng một ít điện năng để bắn dữ liệu tới thiết bị lân cận, rồi thiết bị đó sẽ truyền tiếp đi. Những cảm biến hay thiết bị dùng pin chẳng hạn như ổ khóa điện tử, cảm biến gắn ngoài vườn... sẽ hưởng lợi từ mesh network.

Theo cấu hình của Bluetooth Mesh, không phải lúc nào thiết bị cũng cần phải phát sóng liên tục. Một số thiết bị với năng lượng thấp chỉ cần gửi nhận dữ liệu mỗi vài giờ một lần. Mesh network buộc mọi kết nối phải được mã hóa để đảm bảo an toàn dù nó được gửi đi từ thiết bị nào.

Bluetooth Mesh sẽ tương thích với bất kì thiết bị nào hỗ trợ Bluetooth 4.0 và 5.0, có nghĩa là không cần phần cứng mới, và rất nhiều thiết bị đã bán ra sẽ hỗ trợ chuẩn giao tiếp mới ngay lập tức. Ngoài ra, Mesh còn cho phép người dùng sử dụng điện thoại như một thiết bị trung gian để tham gia vào mạng lưới.

Hòa Đoàn