Nhà thông minh kết nối thế nào?

Nhà thông minh hoạt động như thế nào?

Sơ đồ kết nối thiết bị nhà thông minh

Nhà thông minh hoạt động trên trên các kết nối có dây và không dây thông qua các giao thức truyền thông như X10, Insteon, ZigBee, Z-Wave…để kết nối với các thiết bị điện thông minh lại với nhau và quản lý bằng thiết bị điều khiển trung tâm hay còn gọi là Smart home hub. Để tạo thành một hệ sinh thái thống nhất mà người dùng có thể điều kiển bằng điện thoại thông minh hay máy tính bảng… dù bản ở bất kỳ đâu.

Nhà thông minh hoạt động trên trên các kết nối có dây và không dây thông qua các giao thức truyền thông như X10, Insteon, ZigBee, Z-Wave…để kết nối với các thiết bị điện thông minh lại với nhau và quản lý bằng thiết bị điều khiển trung tâm hay còn gọi là Smart home hub. Để tạo thành một hệ sinh thái thống nhất mà người dùng có thể điều kiển bằng điện thoại thông minh hay máy tính bảng… dù bản ở bất kỳ đâu.

Những căn nhà mới thường được xây dựng trên cơ sở hạ tầng thông minh tại chỗ. Mặt khác, các ngôi nhà cũ hơn có thể được trang bị công nghệ thông minh. Mặc dù nhiều hệ thống smart home vẫn chạy trên X10 hoặc Insteon nhưng Bluetooth và Wi-Fi đã trở nên phổ biến.

Zigbee và Z-Wave là hai trong số các giao thức truyền thông home automation phổ biến nhất được sử dụng ngày nay. Cả hai công nghệ mạng lưới đều sử dụng tín hiệu radio tầm ngắn, công suất thấp để kết nối các hệ thống smart home. Mặc dù cả hai đều nhắm đến những ứng dụng smart home, nhưng Z-Wave có phạm vi cách hơn 30 mét so với 10 mét của Zigbee và Zigbee thường được cho là phức tạp hơn. Các chip Zigbee có sẵn từ nhiều công ty, trong khi các chip Z-Wave chỉ có sẵn từ Sigma Designs.

Nhà thông minh không phải là các thiết bị và ứng dụng riêng biệt, chúng làm việc cùng nhau để tạo ra một mạng lưới có thể điều khiển từ xa. Chủ nhà điều khiển tất cả các thiết bị được kiểm soát bởi một bộ điều khiển tự động, được gọi là smart home hub. Smart home hub là một thiết bị phần cứng hoạt động như điểm trung tâm của hệ thống smart home có thể cảm nhận, xử lý dữ liệu và truyền thông không dây.

Smart home hub Samsung

Nó kết hợp tất cả các ứng dụng riêng lẻ vào một ứng dụng smart home duy nhất có thể được kiểm soát từ xa bởi chủ nhà. Ví dụ các smart home hub bao gồm Amazon Echo, Google Home, Insteon Hub Pro, Samsung SmartThings và Wink Hub.

Một số hệ thống smart home được tạo ra từ đầu, ví dụ như sử dụng Raspberry Pi hoặc bảng mạch mẫu thử nghiệm. Những sản phẩm khác có thể được mua như một bộ smart home kit – còn được gọi là nền tảng smart home – có chứa các phần cần thiết để bắt đầu dự án tự động hóa nhà ở.

Trong các mô hình smart home đơn giản, các sự kiện có thể được tính giờ hoặc kích hoạt. Sự kiện tính giờ dựa theo đồng hồ, ví dụ như hạ thấp rèm vào lúc 6 giờ chiều, sự kiện được kích hoạt dựa trên hành động trong hệ thống tự động; như khi điện thoại thông minh của chủ nhà đến gần cửa, khóa thông minh sẽ mở ra và đèn thông minh sẽ sáng lên.

Công nghệ trí tuệ nhân tạo AI tích hợp vào nhà thông minh

Machine learning và trí tuệ nhân tạo (AI) ngày càng trở nên phổ biến trong các hệ thống smart home, cho phép các ứng dụng home automation thích ứng với môi trường của họ. Các hệ thống kích hoạt bằng giọng nói, chẳng hạn Amazon Echo hoặc Google Home, có các trợ lý ảo trợ giúp tìm hiểu và cá nhân hóa smart home với sở thích và hành vi của người dùng.

Các công ty sản xuất thiết bị nhà thông minh ở Việt Nam sử dụng chuẩn kết nối nào?

Các chuẩn kết nối nhà thông minh sử dụng ở Việt Nam

Chuẩn kết nối ZigBee: Lumi, Bkav Smarthome, Evyhome

Chuẩn kết nối Z-Ware: Fibaro

Chuẩn kết nối Wi-Fi: SmartZ, BROADLINK, OnSky, Geeklink, Ecozy Smarthome, ACIS

Giới thiệu các chuẩn kết nối trong nhà thông minh

Zigbee

Chuẩn kết nối ZigBee

Zigbee sử dụng một hệ thống lưới, nơi thông tin từ một thiết bị này truyền đến một thiết bị khác, bằng cách sử dụng tín hiệu không dây. Làm như vậy, các thiết bị có thể “nói chuyện” với nhau. Khi một thiết bị mất kết nối, các tuyến thay thế vẫn còn, cho phép toàn bộ hệ thống luôn trực tuyến. Việc truyền dữ liệu bằng phương pháp này không yêu cầu các máy phát có công suất cao, điều này làm cho nó trở thành giải pháp lý tưởng cho các tình huống đòi hỏi một số lượng lớn các sản phẩm tự động.

Mặc dù ban đầu được phát triển để sử dụng với mục đích thương mại, Zigbee bây giờ là một lựa chọn vững chắc cho cả lĩnh vực dân sinh và công nghiệp.

Ưu điểm của Zigbee

  • Thiết lập dễ dàng, không yêu cầu trung tâm điều khiển hoặc bộ điều khiển.
  • Bạn có thể kiểm soát và giám sát các sản phẩm từ xa hoặc bằng thiết bị di động.
  • Có thể mở rộng, hỗ trợ tối đa 65.000 thiết bị trên một thiết lập.
  • Mã hóa AES-128, mang đến sự yên tâm hoàn toàn khi sử dụng.
  • Tốc độ 40-250 Kb/giây.

Nhược điểm của Zigbee

  • Không an toàn như các hệ thống khác (chẳng hạn như Wi-Fi).
  • Tường và các vật cản khác có thể làm giảm đáng kể sức mạnh truyền dẫn.
  • Một trong những nhược điểm lớn hơn của Zigbee là nó có một hệ sinh thái bị phân mảnh. Nó hỗ trợ tự động hóa gia đình, năng lượng thông minh, chăm sóc bệnh viện và các sản phẩm khác, nhưng mỗi loại sử dụng một biến thể khác nhau trên giao thức và hiện không tương thích với các loại khác. Một nhược điểm khác là tần số Zigbee, có thể ảnh hưởng với các tín hiệu WiFi.
  • Danh sách các sản phẩm hiện đang hỗ trợ Zigbee bao gồm các thiết bị Amazon Echo và Philips Hue, cùng với các tiện ích được cung cấp bởi WeMo, Hive và Belkin.

Z-Wave

Chuẩn kết nối Z-Wave

Z-Wave là một giao thức truyền thông không dây được phát triển bởi Zensys vào năm 2001. 7 năm sau, Sigma Designs đã mua độc quyền công nghệ này.

Giống như Zigbee, Z-Wave bao gồm một mạng lưới sử dụng sóng vô tuyến năng lượng thấp để giao tiếp. Chủ yếu được sử dụng để kết nối thiết bị thắp sáng tự động, tiện ích sưởi, công cụ bảo mật và các thiết bị thông minh khác.

Không giống như Zigbee, Z-Wave không phải là hệ thống mở và do đó, nó chỉ dành cho khách hàng của Zensys và Sigma Designs. Mặc dù điều này ban đầu có vẻ như là một hạn chế, nhưng nó thực sự là một trong những thế mạnh lớn nhất của giao thức này. Một trong những lợi thế quan trọng nhất của một hệ thống khép kín là an toàn. Mỗi mạng Z-Wave và các sản phẩm của mạng đều có ID duy nhất được sử dụng để liên lạc với trung tâm của bạn, và ID này bổ sung thêm một mức độ an toàn khác vượt qua mức mã hóa AES-128.

Ưu điểm của Z-Wave

  • Quá trình giao tiếp tin cậy và an toàn
  • Cài đặt đơn giản
  • Tiêu thụ ít điện năng
  • Có thể điều khiển từ xa hoặc cục bộ

Nhược điểm của Z-Wave

  • Nó chỉ hỗ trợ 232 nút, ít hơn đáng kể so với 65.000 nút được hỗ trợ bởi chuẩn Zigbee
  • Tương đối chậm, chỉ hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100 Kb/giây
  • Bởi vì đó là một hệ thống khép kín, có một rủi ro là Z-Wave có thể sẽ đột nhiên bị loại ra khỏi thị trường. Tuy nhiên, điều này có lẽ sẽ không xảy ra, vì Z-Wave Alliance bao gồm 450 thành viên và 1.700 sản phẩm được chứng nhận. Nói cách khác, Z-Wave sẽ còn tồn tại lâu dài.

Khả năng tương thích với Smart Home

  • Có rất nhiều sản phẩm nhà thông minh có khả năng tương thích Z-Wave, bao gồm đèn, cảm biến, ổ khóa thông minh, bộ điều nhiệt và hơn thế nữa.
  • Đối với các sản phẩm bảo mật, bạn không thể gây ra lỗi với ổ khóa thông minh Schlage hoặc hệ thống không dây tất cả trong một của Piper. Thiết bị báo khói First Alert 2-in-1 và thiết bị báo động Carbon Monoxide phổ biến cũng đáng xem xét. Bộ điều nhiệt tương thích với Z-Wave bao gồm các bộ điều nhiệt từ GoControl và Honeywell, và rất nhiều thiết bị khác.

Thread

Chuẩn kết nối Thread

Thread là một giao thức nhà thông minh tương đối mới hơn được thiết kế để cạnh tranh với Zigbee và Z-Wave. Nó được phát triển song song bởi Qualcomm, Samsung, Nest và những hãng khác. Thread cũng là một hệ thống mạng lưới, khả năng của nó là vẫn hoạt động ngay cả khi Wi-Fi không khả dụng. Mặt khác, Thread, như Zigbee, có thể can thiệp vào các thiết bị giao tiếp trên băng tần WiFi 2,4 GHz.

Giống như Zigbee, Thread được xây dựng bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn mở, bao gồm cả IP (Giao thức Internet Internet trực tuyến) – và giao tiếp trên chuẩn radio 802.15.4. Nó có thể được sử dụng để tạo điều kiện giao tiếp giữa các thiết bị với các thiết bị hoặc giữa các thiết bị với đám mây.

Thread nổi bật so với các đối thủ cạnh tranh vì Zigbee và Z-Wave dựa trên IP. Nói cách khác, họ không làm việc trực tiếp với 4G, WiFi hoặc Ethernet.

Như đã đề cập, Nest (thuộc sở hữu của Google) đã đóng một vai trò quan trọng trong việc đưa giao thức này phát triển. Có nhiều công ty khác có thành viên trong Nhóm Thread, bao gồm Amazon, Google, Apple, D-Link, Kwikset, Nest, Bosch, Yale và Samsung.

Bluetooth Mesh

Chuẩn kết nối Bluetooth Mesh

Mọi người đều biết về Bluetooth. Nó có trong mọi điện thoại thông minh và máy tính xách tay, cộng với nhiều lựa chọn từ loa và các thiết bị khác. Nó cũng là một ngôi sao đang lên trong cuộc chiến giành quyền thống trị giao thức nhà thông minh.

Bluetooth Mesh dựa trên một tiêu chuẩn gọi là Bluetooth Low Energy, gần đây nhất là Bluetooth 5.0. Và như tên cho thấy, nó cung cấp kết nối lưới như Zigbee và Z-Wave. Nó cũng chia sẻ những nhược điểm của Zigbee và Z-Wave.

Trong các mạng nhỏ, Zigbee, Z-Wave và Bluetooth Mesh mang lại kết quả tương tự về tốc độ và độ trễ. Tuy nhiên, Bluetooth nhận thấy tốc độ giảm dần khi mạng của nó phát triển lớn hơn.

Ưu điểm lớn nhất của Bluetooth là nhận dạng tên. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng chỉ những thiết bị có Bluetooth 4.0 hoặc 5.0 mới hỗ trợ giao thức giao tiếp lưới.

Mặc dù nhận dạng tên này, Bluetooth Mesh, đối với tất cả ý định và mục đích, là một công nghệ mới. Nó không có hệ sinh thái sản phẩm mạnh mẽ như một số giao thức khác và để các thiết bị này giao tiếp với thế giới bên ngoài, chủ nhà cần một thiết bị trung tâm để kết nối mạng Bluetooth Mesh cục bộ của họ với các giao thức IP hoặc WiFi.

Wi-Fi

Chuẩn kết nối Wi-Fi

Ngày nay, mọi nhà đều có một mạng không dây, điều đó có nghĩa là WiFi là hiệu quả và dễ truy cập nhất để xây dựng mạng IoT của bạn. Một trong những nhược điểm của WiFi như một giao thức nhà thông minh là việc triển khai nhiều thiết bị trên cùng một mạng có thể gây nhiễu. Các vấn đề khác bao gồm bảo mật và hệ thống định vị trong nhà.

Tuy nhiên, đối với các mạng IoT nhỏ hơn, WiFi sẽ tỏa sáng. Nó vượt trội trong việc gửi một lượng lớn dữ liệu một cách nhanh chóng, mặc dù điều này có chi phí tiêu thụ năng lượng cao hơn các giao thức khác. Đối với các thiết bị vẫn được cắm điện liên tục thay vì dựa vào pin để cung cấp năng lượng, bao gồm cả hệ thống an ninh gia đình, WiFi là một lựa chọn rõ ràng.

Thật thú vị, những đổi mới trong tương lai có thể dẫn đến WiFi hoạt động tốt hơn so với một số khác, WiFi HaLow và WiFi HEW đều tìm cách giải quyết mức tiêu thụ năng lượng WiFi.

X10

Chuẩn kết nối X10

X10, được phát triển vào những năm 1970, là giao thức tự động hóa lâu đời nhất. X10 là một hệ thống đơn giản sử dụng các đường dây điện trong nhà của bạn để cho phép giao tiếp giữa các thiết bị với nhau. Vì X10 sử dụng các đường dây điện, nó rất đáng tin cậy nhưng chịu sự can thiệp từ các thiết bị điện khác trong mạch. Bộ lọc tiếng ồn đặc biệt có thể giảm thiểu nhiễu này. X10 là một hệ thống nguyên thủy và chỉ có thể thực hiện khoảng 16 lệnh, được gửi từng lệnh một.

Insteon

Chuẩn kết nối Insteon

Insteon kết hợp giao tiếp có dây và không dây vào một hệ thống duy nhất mang lại độ tin cậy và tính linh hoạt cao. Đường dây điện thường được sử dụng làm dự phòng cho tần số RF được sử dụng bởi hệ thống. Điều này cho phép các lệnh đến và hạn chế bị nhiễu. Insteon hỗ trợ hơn 65.000 lệnh khác nhau và là một trong những lựa chọn tốt nhất để nâng cấp các công tắc đèn trong nhà bạn. Insteon cung cấp khả năng tương thích hạn chế với các thiết bị X10, nhưng với thiết bị phù hợp, bạn có thể hợp lý hóa hệ thống X10 cũ hơn với công nghệ Insteon.

UPB (Universal Powerline Bus)

Chuẩn kết nối UPB

UPB là một hệ thống có dây được phát triển vào cuối những năm 1990 như là một sự cải tiến cho công nghệ phát triển X10. UPB làm giảm nhiễu đôi khi làm hỏng X10 bằng cách sử dụng các xung công suất cao để gửi các lệnh của nó qua các mạch dòng điện. UPB gửi lệnh nhanh hơn và có thể xử lý tải điện áp lớn hơn X10, cho phép phạm vi ứng dụng rộng hơn. UPB hoàn toàn có thể lập trình các lệnh đơn giản của X10.

KNX

Chuẩn kết nối KNX

KNX xuất hiện ở châu Âu vào cuối những năm 1990 và đầu những năm 2000 và lan rộng đến hơn 100 quốc gia. Hệ thống này hoạt động theo cách tương tự như Insteon, ngoại trừ đường dây nguồn và tần số RF, hệ thống tiêu chuẩn còn hỗ trợ truyền các lệnh qua hồng ngoại không dây, dây cáp xoắn và cáp Ethernet. KNX thường được cài đặt bằng dây xoắn đôi, giúp loại bỏ nhiễu điện một cách hiệu quả. Nếu bạn chọn tùy chọn nối dây xoắn, sẽ cần phải cài đặt hệ thống dây mới trong toàn bộ ngôi nhà của bạn.

DANH MỤC