BLE Mesh là gì? A-Z về công nghệ Bluetooth Low Energy Mesh

Với khả năng mở rộng linh hoạt, đáng tin cậy và tiết kiệm năng lượng, BLE Mesh đã mang đến những tiềm năng vô tận trong việc xây dựng các hệ thống mạng thông minh, từ nhà thông minh, trung tâm thương mại đến các thành phố thông minh… Vậy BLE Mesh là gì? BLE Mesh có ưu nhược điểm gì? Câu trả lời sẽ được Lumi chia sẻ chi tiết trong bài viết dưới đây.

Contents

1. BLE Mesh là gì?

Công nghệ BLE Mesh(BLE) cho phép tạo mạng lưới kết nối bluetooth giữa các thiết bị, tạo thành một hệ thống mạng quy mô lớn. Dữ liệu được truyền từ thiết bị này sang thiết bị khác mà không cần thông qua trung gian, giúp tối ưu hoá quá trình giao tiếp.
Bluetooth Low Energy (BLE) được xem là phiên bản Bluetooth mang tính bước ngoặt trong lịch sử phát triển của Bluetooth. Được thiết kế để vận hành các thiết bị sử dụng mức năng lượng thấp, Bluetooth giới thiệu tính năng “Tiết kiệm năng lượng” và những chức năng liên quan.
Những đặc điểm này có nghĩa là BLE (mạng Bluetooth tiết kiệm năng lượng) có thể tích hợp vào nhiều thiết bị IoT cho nhiều mục đích sử dụng (ví dụ như cảm biến chuyển động chạy bằng pin).

Để kích hoạt hoạt động trong dải tần 2.4GHz, nó sử dụng phương pháp trải phổ nhảy tần truyền dữ liệu trên 40 kênh.
Bên cạnh đó, sóng radio của BLE cung cấp cho các nhà phát triển rất nhiều sự linh hoạt, bao gồm nhiều tùy chọn PHY hỗ trợ tốc độ dữ liệu từ 125 Kb/s đến 2 Mb/s, nhiều mức công suất, từ 1mW đến 100 mW, cũng như nhiều tùy chọn bảo mật khác.

2. Cấu tạo của BLE Mesh

Cấu tạo của mạng BLE Mesh bao gồm các thành phần:

Relay (R): Là các công tắc có khả năng mở/đóng kết nối giữa các thiết bị trong mạng.
Proxy (P): Chịu trách nhiệm truyền thông tin và dữ liệu trong hệ thống.
Low Power (LP): Được sử dụng cho các thiết bị có năng lượng tiêu thụ thấp trong BLE Mesh.
Friend (F): Thiết bị kết nối với thành phần Low Power.
Node (N): Đại diện cho các nút điều khiển trong mạng.

3. Cơ chế hoạt động của BLE Mesh

Cơ chế hoạt động của BLE Mesh hoạt động dựa trên nguyên tắc mạng lưới (mesh network) cho phép các thiết bị trong mạng có khả năng giao tiếp trực tiếp với nhau mà không cần thông qua một điểm trung gian.
Khi một thiết bị trong mạng muốn gửi dữ liệu đến mục tiêu, nó sẽ truyền thông điệp qua các thiết bị trung gian cho đến khi đến được thiết bị mục tiêu cần gửi.
Cơ chế hoạt động của BLE Mesh hoạt động dựa trên nguyên tắc mạng lưới (mesh network) cho phép các thiết bị trong mạng có khả năng giao tiếp trực tiếp với nhau mà không cần thông qua một điểm trung gian.
Khi một thiết bị trong mạng muốn gửi dữ liệu đến mục tiêu, nó sẽ truyền thông điệp qua các thiết bị trung gian cho đến khi đến được thiết bị mục tiêu cần gửi.

4. Ưu điểm, nhược điểm của BLE Mesh

4.1. Ưu điểm của BLE Mesh

Mạng BLE Mesh rất linh hoạt và vận hành hiệu quả

Một mạng sử dụng kết nối Wifi sẽ xoay quanh một nút mạng trung tâm gọi là Router, và toàn bộ đường truyền tín hiệu đều đi qua nó. Nếu Router gặp vấn đề, cả hệ thống sẽ gặp trục trặc. Ngược lại, BLE Mesh sử dụng một kỹ thuật gọi là “managed flooding” để truyền đi bản tin.
Một bản tin khi phát ra từ 1 nút mạng, sẽ được “phát sóng” theo vô số hướng (broadcast) thay vì truyền theo 1 đường cố định (định tuyến) trực tiếp tới 1 nút hay nhiều nút cụ thể khác. Tất cả các nút trong mạng nhận được thông báo, và tất cả chúng sẽ cùng chuyển tiếp (phát lại bản tin đã nhận) để các nút khác ở xa hơn có thể nhận được bản tin.
Kết quả quan trọng của kỹ thuật “managed flooding” của công nghệ BLE Mesh chính là, bản tin được truyền tới nơi thông qua rất nhiều con đường trong mạng kết nối. Quá trình truyền bản tin rất linh hoạt, dù một nút có bị hỏng, vẫn còn có rất nhiều đường truyền tin thông qua các nút khác.
Kỹ thuật “managed flooding” giúp mạng thông tin có độ tin cậy cao hơn là phương thức định tuyến. Đây là lý do BLE Mesh sẽ giúp tối ưu hóa hoạt động của mạng, khiến nó vừa đáng tin cậy, vừa hiệu quả.

Ưu điểm của Bluetooth Mesh — Ưu điểm của BLE Mesh

Mạng BLE Mesh có tính bảo mật cao

Trong mạng Bluetooth, bảo mật là bắt buộc. Hệ thống mạng, các ứng dụng riêng lẻ và các thiết bị đều được bảo mật và sự bảo mật này không thể vô hiệu hóa hay cắt giảm bằng bất kỳ cách nào. Những quy định cơ bản về bảo mật sau đây áp dụng cho tất cả các mạng BLE Mesh:

Tất cả các thông điệp lưới đều được mã hóa và xác thực.
Bảo mật mạng, bảo mật ứng dụng và bảo mật thiết bị được giải quyết độc lập.
Các khóa bảo mật có thể được thay đổi trong suốt vòng đời của mạng lưới thông qua quy trình Làm mới khóa.
Sự xáo trộn các bản tin sẽ khiến cho việc theo dấu các bản tin được gửi bên trong mạng trở nên khó khăn, bảo vệ quyền riêng tư.
An ninh lưới bảo vệ mạng chống lại những cuộc tấn công lặp lại
Quá trình các thiết bị được thêm vào mạng lưới để trở thành các nút là một quá trình được đảm bảo an toàn.
Các nút có thể được xóa khỏi mạng một cách an toàn, ngăn chặn cả các cuộc tấn công dữ liệu vào thùng rác (trashcan)

Bluetooth có tính kết nối và hệ thống

BLE Mesh sử dụng nguyên tắc truyền bản tin không định hướng, tức là mỗi tin nhắn được gửi bởi tất cả thiết bị và chuyển tiếp qua các thiết bị khác để đến thiết bị mong muốn.
Điều này tăng khoảng cách điều khiển lên hàng trăm mét. Nếu một thiết bị trong mạng bị mất kết nối, các thiết bị còn lại vẫn hoạt động bình thường, không ảnh hưởng đến hệ thống.
Mỗi thiết bị có chuẩn Bluetooth có thể kết nối với hàng chục đến hàng trăm thiết bị khác, giúp mở rộng mạng lưới dễ dàng. Không cần bộ điều khiển trung tâm, người dùng có thể sử dụng điện thoại di động làm thiết bị trung gian, tiết kiệm chi phí và tăng tính tiện dụng.

Tối ưu năng lượng sử dụng

Như nói ở trên BLE Mesh được phát triển dựa trên công nghệ BLE – Bluetooth Low Energy với ưu điểm tối ưu chi phí và năng lượng sử dụng.
Ưu điểm này sẽ có lợi cho những cảm biến và thiết bị sử dụng pin, ví dụ như ổ khóa điện tử hoặc cảm biến ngoài trời.

4.2. Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm, công nghệ BLE Mesh vẫn có những nhược điểm. Cụ thể:

Độ trễ: Do cơ chế truyền thông không định hướng, việc truyền và nhận thông tin có thể gặp độ trễ, ảnh hưởng đến thời gian phản hồi của mạng.
Phức tạp và đòi hỏi kỹ thuật cao: Xây dựng và cấu hình mạng BLE Mesh có thể phức tạp và đòi hỏi kiến thức kỹ thuật cao, gây khó khăn cho việc triển khai và quản lý hệ thống.
Tương thích: Thiết bị phải hỗ trợ chuẩn BLE Mesh mới để có thể sử dụng tính năng này, điều này có thể gây khó khăn cho việc tích hợp với các thiết bị đã có sẵn trước đó.

5. Ứng dụng của mạng lướt BLE Mesh

Ứng dụng của mạng lưới BLE Mesh:

Nhà thông minh: Điều khiển và tự động hóa các thiết bị như đèn, ổ cắm, ổ khóa điện tử.
Trung tâm thương mại: Cung cấp dịch vụ định vị, thông tin địa điểm, hướng dẫn cho khách hàng.
Thành phố thông minh: Đèn đường thông minh, giám sát giao thông, quản lý năng lượng.
Chăm sóc sức khỏe: Giám sát y tế, đo nhịp tim, đường huyết.
Ngành công nghiệp: Giám sát và điều khiển quy trình sản xuất, tiết kiệm năng lượng.

6. Ứng dụng BLE Mesh trong nhà thông minh

Hệ thống chiếu sáng tích hợp Bluetooth Mesh — Hệ thống chiếu sáng tích hợp BLE Mesh

Trong hệ sinh thái nhà thông minh BLE Mesh được ứng dụng vào các giải pháp như:

Điều khiển ánh sáng: Bật/tắt đèn, điều chỉnh độ sáng, thay đổi màu sắc ánh sáng.
Quản lý thiết bị điện: Tự động điều khiển các thiết bị như quạt, máy lạnh, máy giặt.
Hệ thống báo động: Cảnh báo khi có sự cố, đột nhập, hoặc cháy nổ.
An ninh và an toàn: Điều khiển cửa khóa, camera giám sát, hệ thống báo trộm.
Giải trí thông minh: Kết nối với loa thông minh, điều khiển âm nhạc và hình ảnh từ xa.
Quản lý tiết kiệm năng lượng: Tự động điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ phòng để tiết kiệm năng lượng.

7. Một số chuẩn truyền thông phổ biến khác

7.1. Zigbee là gì?

Zigbee là một giao thức truyền thông không dây tiêu chuẩn được sử dụng trong các hệ thống nhà thông minh và mạng cảm biến.
Nó cho phép các thiết bị nhỏ, tiêu thụ ít năng lượng có thể kết nối và giao tiếp với nhau một cách thông minh và hiệu quả.
Xem chi tiết về chuẩn Zigbee tại: Sóng Zigbee là gì?

7.2. Zwave là gì?

Zwave là một giao thức truyền thông không dây được thiết kế đặc biệt cho các hệ thống nhà thông minh.
Sử dụng sóng vô tuyến để kết nối và điều khiển các thiết bị trong nhà, như đèn, cửa sổ, ổ cắm, máy lạnh, và hệ thống an ninh.
Zwave được đánh giá cao về tính ổn định và độ tin cậy trong các ứng dụng nhà thông minh.
Tuy nhiên, tại Việt Nam sóng Zwave trùng với tần số của mạng lưới quân đội Việt Nam nên bị cấm không được sử dụng

Trên đây là một số thông tin chi tiết về BLE Mesh là gì? Để có thể tìm hiểu chi tiết hơn về các thiết bị thông minh có chuẩn truyền thông BLE Mesh, hãy liên hệ ngay đến Hotline của Lumi, độ ngũ tư vấn viên sẽ luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn mọi lúc mọi nơi.