CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

Tiêu chuẩn IEEE
1.

IEEE
IEEE là tổ chức danh giá của cộng đồng khoa học kỹ thuật hàng đầu

thế giới. Là một tổ chức khoa học nghề nghiệp được xây dựng nhằm mục
đích hỗ trợ các hoạt động nghiên cứu khoa họ, thúc đẩy sự phát triển khoa
học công nghệ trong các lĩnh vực điện tử, viễn thơng, cơng nghệ thơng tin,
khoa học máy tính,…
IEEE đã có nhiều đóng góp cho cộng đồng khoa học thế giới, trong
đó phổ biến nhất là việc phát triển tiêu chuẩn IEEE 802 cho công nghệ kết
nối không dây. Ví dụ Wi-Fi được phát triển trên 802.11, và 802.15 được
xây dựng cho một hệ thống mạng lưới cá nhân không dây WPAN.
IEEE 802.15 được phát triển thành 3 dạng khác nhau đó là: High
Rate – WPAN mạng cá nhân không dây tốc độ cao 802.15.3, Medium Rate
– WPAN mạng cá nhân khơng dây tốc độ trung bình 802.15.1, Low Rate –
WPAN mạng cá nhân không dây tốc độ thấp 802.15.4 chính là phiên bản
được Zigbee sử dụng để phát triển


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

Tần số được ở dụng phụ thuộc vào băng tần rỗi ở từng quốc gia,
chuẩn này xây dựng trên ba băng tần, có tất cả 27 kênh:

● 868.0 – 868.6Mhz: Châu âu – 1 kênh, sử dụng kênh số 0
● 902.0 – 928.0Mhz: Mỹ - 10 kênh – từ kênh 1 – 10
● 2.40 – 2.48Ghz: Toàn thế giới – 16 kênh – từ 11 – 26.
Nhìn vào các thơng số này, các bạn thấy quen thuộc chứ, bởi vì chính
xác Zigbee đã sử dụng các thông số của tiêu chuẩn IEEE 802.15.4. Vì vậy,
khi hoạt động ở dải tần 2.4GHz, Zigbee cũng sử dụng 16 kênh tần từ 11 –
26 để sử dụng.


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

2.

Thành phần vai trị thiết bị

● Full – Function Devices: Có đầy đủ các tính năng, thực hiện giao
tiếp chung và có thể kết nối với các thiết bị khác trong mạng. Ngoài ra
nó cịn có chức năng chuyển tiếp bản tin từ nút nguồn đến nút đích.
(Nút mạng màu xanh lá cây)
● Reduce-Function Devices: Chỉ có thể giao tiếp với một thiết bị FFD
duy nhất và khơng có khả năng chuyển tiếp bản tin. (Nút mạng màu
xanh nước biển)



CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

Trong mạng IEEE 802.15.4, các thiết bị FFD có thể thực hiện làm 3
vai trị, đó là:
●

Coordinator, PAN Coordinator, và device.

Trong đó, Coordinator là loại thiết bị có thể sẽ thực hiện chức năng
chuyển tiếp bản tin trong mạng. Nếu Coordinator được cài đặt đóng vai trị
là thiết bị trung tâm quản lý mạng, thì nó có tên là PAN Coordinator. Cịn
Device là thiết bị không cần tới chức năng chuyển tiếp bản tin – nó có thể
là FFD và RFD.
3. Tìm hiểu về tầng MAC và PHYSICAL
● Tầng điều khiển truy cập MAC

● Sử dụng cấu trúc siêu khung. Định dạng của siêu khung sẽ do
PAN Coordinator quy định.
● Siêu khung được bắt đầu bằng Beacon (mốc báo hiệu)
● Siêu khung được chia làm 16 khe thời gian như nhau
● Khe đầu tiên của siêu khung sử dụng để phát Beacon


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn


Mục đích chính của Beacon: Đồng bộ các thiết bị tham gia vào mạng,
xác nhận PAN và mô tả cấu trúc siêu khung.
Các khe còn lại được sử dụng bởi các thiết bị để trao đổi thông tin
trong giai đoạn tranh chấp truy cập
Siêu khung có thể được chia thành:
● Active period: 16 khe thời gian chứa Beacon, CAP và CFP
● Inactive period
Có 2 giai đoạn tranh chấp là: CAP và CFP
Sử dụng giao thức CSMA/CA để phân khe thời gian tranh chấp truy
cập với các thiết bị khác. Để đáp ứng về độ trễ và băng thơng của ứng
dụng thì PAN đưa ra các nhóm khe tích cực (Guaranteed Time SlotsGTS). Các thiết bị khơng có dữ liệu để trao đổi với PAN có thể chuyển đổi
sang chế độ ngủ để tiết kiệm năng lượng.


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

● Thuật toán CSMA/CA
CSMA-CA là một thuật toán tránh xung đột truy cập sử dụng cảm
biến sóng mang. Nó cho phép các thiết bị có thể sử dụng chung một kênh
tần số trên 1 phương tiện truyền thơng.

Nhìn vào mơ hình mạng ví dụ trên, các bạn có thể tưởng tượng rằng,
nếu tất cả các thiết bị mỗi khi có dữ liệu cần gửi mà thực hiện luôn, không
cần quan tâm đến các thiết bị khác trong mạng, thì nó sẽ nhiễu loạn như
thế nào. Tình trạng sẽ diễn ra là bị xung đột giữa các bản tin lẫn nhau, gây
ra tình trạng tắc nghẽn mạng. Cũng giống như chúng ta đi xe máy vậy, nếu

ai cũng muốn được đi trước, không ai nhường ai, khơng tn thủ theo làn,
theo luật thì tình trạng xảy ra là sẽ tắc đường, và không một ai lưu thông
được.


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

Trong CSMA-CA, mỗi khi thiết bị muốn bắt đầu quá trình truyền nhận
bản tin, nó sẽ cần phải thực hiện q trình CCA để chắc chắn rằng kênh
truyền đang không sử dụng bởi từ các thiết bị khác, rồi sau đó mới bắt đầu
q trình truyền – nhận bản tin.
Tuy nhiên, có 2 trường hợp đặc biệt mà thiết bị sẽ gửi bản tin ngay
lập tức mà không cần thông qua phương thức CSMA-CA, đó là:
● Đang trong giai đoạn tranh chấp tự do khi sử dụng Beacon
● Khi thiết bị gửi bản tin ACK, ACK là một bản tin giống dạng xác nhận,
tôi sẽ giới thiệu cho các bạn ở những slide tiếp theo. Giờ bạn chỉ cần
nắm được nó là một trường hợp đặc biệt, thiết bị sẽ luôn luôn gửi
bản tin này đi mỗi khi cần xác nhận gì đó mà khơng cần quan tâm tới
CSMA-CA
Có 2 dạng CSMA-CA, đó là Slotted và Unslotted. Trong đó, Slotted
CSMA-CA thực hiện thuật toán CSMA trên loại mạng sử dụng cấu trúc
super frame, đó là beacon. Cịn Unslotted được sử dụng trên loại mạng
khơng sử dụng cấu trúc superframe, đó là nonbeacon. Về cơ bản thì 2 loại
thuật tốn CSMA-CA Slotted hay Unslotted đều có dạng giống nhau, chỉ có
điều khác là Slotted sử dụng các khe thời gian của superframe để phân
chia khoảng thời gian cụ thể.
Để dễ dàng hơn trong việc tưởng tượng, hãy theo dõi sơ đồ thuật

toán chung của CSMA-CA.


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

VD: Khi thiết bị dự định truyền tín hiệu. Đầu tiên nó sẽ chuyển sang
chế độ nhận dữ liệu để phát hiện và ước tính mức năng lượng cho kênh
nhiệm vụ này được gọi là (Energy Detection- ED).
Nhiệm vụ của ED: chỉ cần ước tính mức năng lượng tín hiệu cần đo.
Nhược điểm ED: Bất kỳ tín hiệu nào xuất hiện trong băng tần cần quan
tâm thì nó được cho là kênh bận dù cho đó khơng phải là tín hiệu của IEEE
802.15.4
Carrier Sense (CS):
Loại tín hiệu chiếm dụng được xác định rõ dàng nếu tín hiệu là IEEE
802.15.4 thì nó mới kết luận là kênh bận.
Nếu kênh đang bận thì thiết bị sẽ chờ một khoảng thời gian ngẫu
nhiên rồi thử lại. Việc lặp và thử lại ngẫu nhiên cho đến khi kênh trở nên rõ
dàng hay đạt đến số lần thử lại tối đa do người lập trình quy định.


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

● Nhược điểm CSMA/CA


Trong mơ hình mạng mesh, khi tất cả các nút mạng đều có thể kết
nối được trực tiếp với nhau. Thì thuật tốn CSMA/CA cũng để lộ ra 2
nhược điểm tơi sẽ trình bày sau đây.
Tơi muốn cung cấp cho bạn 2 nhược điểm này để về sau, trong bất
cứ loại mạng nào sử dụng CSMA/CA, nếu gặp phải những trường hợp xảy
ra lỗi, thì bạn cũng đã có kiến thức để có thể xử lý, và khắc phục nó.
Nhược điểm thứ nhất, đó là Hidden Node – dịch sang tiếng việt có
thể tạm hiểu là nút ẩn. Vậy Hidden node là sao, chúng ta cùng nhìn vào mơ
hình sau đây. Giữa 2 nút mạng với nhau, nếu khoảng cách càng xa thì
năng lượng tín hiệu càng thấp. Nhìn vào mơ hình, ta đơn giản thấy được
nút A và nút C nằm ở quá cách xa nhau, khiến cho chúng khơng bắt được
năng lượng tín hiệu lẫn nhau. Tuy nhiên, cả 2 nút A và C đều có thể kết nối
và giao tiếp được đến nút B. Khi C thực hiện q trình giao tiếp, thì năng
lượng tín hiệu đo được ở nút A là rất thấp, và A sẽ coi như khơng có tín
hiệu nào đang được truyền.


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

Tương tự như vậy đối với nút C, khi nút A truyền tín hiệu, mức năng
lượng đo được tại nút C cũng rất thấp và C sẽ coi như khơng có tín hiệu
nào đang được truyền. Và bây giờ, bạn có thể hiểu được vấn đề rồi đấy,
trường hợp gây lỗi ở đây đó chính là cả 2 nút A và C đều đồng thời truyền
tín hiệu đến cho nút B, khi thực hiện CSMA/CA, nó khơng phát hiện được
đang có tín hiệu được truyền tới B, từ đó gây ra xung đột gói bản tin ở tại
nút B.
Phương pháp khắc phục được đưa ra ở đây đó chính là có thể đổi vị

trí hoạt động của nút A và nút C, hoặc nếu ko đổi được, thì tăng cơng suất
phát tại cả 2 nút A và C, để đảm bảo rằng A và C đều có thể đo được tín
hiệu lẫn nhau khi thực hiện CSMA/CA
Nhược điểm thứ 2 là Exposed Node – dịch sang tiếng việt có thể tạm
hiểu là nút ảnh hưởng. Tại sao lại ảnh hưởng, chúng ta cùng nhìn tiếp vào
mơ hình thứ 2. Ở mơ hình này, trường hợp được đặt ra ở đây là nút E
đang có ý định truyền dữ liệu tới nút D trong khi nút F đang truyền dữ liệu
tới nút G. Tuy nhiên, nút D lại nằm ngồi vùng phủ sóng của nút F nên nút
E và nút F có thể truyền đồng thời mà không lo co sự cố va chạm. Nhưng
thuật toán CSMA/CA sẽ thực hiện việc chặn nút E khỏi việc truyền dữ liệu
bởi vì nút E nằm trong vùng phủ sóng của nút F, và khi thực hiện q trình
CCA, nó sẽ phát hiện được rằng đang có tín hiệu được truyền từ nút F và
sẽ dừng lại. Việc chặn này thực chất không gây ảnh hưởng lớn cho hệ
thống mạng, nhưng nó là khơng cần thiết nên vẫn có thể coi là nhược điểm
của cơ chế này.


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

Việc khắc phục cũng giống như nhược điểm 1, chúng ta có thể thay
đổi vị trí của các nút hoặc giảm cơng suất phát giữa các nút với nhau để
không gây ra ảnh hưởng lẫn nhau.
● Mơ hình truyền dữ liệu
Beacon:

Ví dụ: PAN => Thiết bị
Nếu là loại mạng hỗ trợ Beacon. Ban đầu thiết bị sẽ chờ tín hiệu

beacon của mạng. Khi nhận được Beacon nó sẽ sử dụng tín hiệu này để
đồng bộ các siêu khung đồng thời nó cũng phát dữ liệu sử dụng bằng
phương pháp CSMA-CA gán khe thời gian và kết thúc quá trình truyền tin
bằng bản tin Acknowledgment hay còn gọi là Ack


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

Non-Beacon

Mạng không hỗ trợ beacon. Khi một thiết bị muốn truyền dữ liệu thì
chỉ truyền khung dữ liệu tới các thiết bị điều phối bằng cách sử dụng thuật
tốn CSMA-CA khơng có khe thời gian và thiết bị PAN Coordinator sẽ trả
lời bằng các bản tin Ack.
Acknowledgment cũng có thể được coi là một phương thức để đảm
bảo rằng bản tin đã được gửi đến đích. Thực chất, nó chỉ là một bản tin
được sử dụng cho việc xác nhận bản tin đã được chuyển đến thành công
chưa. Trong bài học trước, các bạn đã được nhìn qua cách thức hoạt động
của ACK qua sơ đồ bản tin, tuy là chỉ chưa hiểu rõ cách thức hoạt động cụ
thể của nó. Thì ACK có 2 hình thức hoạt động.
end-to-end: Khi một bản tin được gửi thành công từ thiết bị gửi đến
thiết bị nhận thì thiết bị nhạn sẽ gửi trả lại bản tin ACK đến cho thiết bị
nguồn để thông báo rằng bản tin đã được gửi thành công.
Next hop: Khi bản tin được truyền qua các node để đi đến địa chỉ
đích, node tiếp theo (next hop) trong đường truyền đi sẽ gửi bản tin ACK
cho nút trước đó để thơng báo rằng nó đã nhận được bản tin và truyền đi.



CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

Trên thực tế thì trong mạng Zigbee, mặc định sẽ sử dụng hình thức
Next hop để phục vụ cho hoạt động mạng của mình. Hình thức end-to-end
sẽ là một phương thức tùy chọn cho nhà phát triển và lập trình
-ACK được sinh ra để khắc phục những tình trạng bị miss bản tin,
trong cả 2 hình thức trên, nếu thiết bị gửi khơng nhận được ACK trong
khoảng thời gian cho phép, thì nó sẽ coi rằng bản tin gửi đi đã bị missing
và tiến hành gửi lại cho đến khi nhận được bản tin ACK hoặc đã đạt đến
giới hạn số lần được gửi lại.
●

Tầng vật lý (PHY)

Tính năng:
●

Kích hoạt hoặc giảm kích hoạt của bộ phận nhận sóng

●

Phát hiện năng lượng

●

Chọn kênh


●

Chỉ số đường truyền

●

Giải phóng kênh truyền

●

Thu và phát dữ liệu qua môi trường truyền

Nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu từ dạng nhị phân sang tín hiệu để có
thể truyền trong radio nên tính năng đầu tiên được thiết kế là bộ Điều chế
tín hiệu.


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

Điều chế bit từ dữ liệu nhị phân thành dạng tín hiệu trong dải tần số
2.4GHz được miêu tả như trên sơ đồ.
Gồm 3 bước:
1.

Bộ chuyển bit thành ký tự


2.

Bộ chuyển ký tự thành chip

3.

Điều chế O-QPSK: điều chế 2-bit nhị phân thành 1 kí tự

ED- Energy Detection- Phát hiện mức năng lượng: khơng cần xác
định loại tín hiệu gì mà chỉ cần ước tính được mức năng lượng của nó.
CS- Carrier Sense – Cảm biến sóng mang: kiểm tra kênh tần số có
khả năng sử dụng hay khơng


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

LQI-Link Quality Index: Báo về chất lượng bản tin khi nhận được
● Received Signal Strength – RSS: thước đo cho tổng năng
lượng được nhận về
● Signal To Noise – SNR: Tổng năng lượng nhiễu
SNR cao hơn để giảm nguy cơ lỗi các gói bản tin. Do đó các bản tin
có SNR cao là bản tin có chất lượng tốt
LQI được thực hiện cho mỗi gói truyền nhận và nó phải có ít nhất 8
level và giá trị này sẽ truyền nên tầng MAC
CCA- Clear Channel Assessment – Chỉ số đánh giá kênh truyền là
dỗi hay bận
ED và CS được sử dụng để xác định xem kênh đang được khả dụng

hay đang bận


CÔNG TY CỔ PHẦN LUMI VIỆT NAM
Số 38 Đỗ Đức Dục, Nam Từ Liêm, Hà Nội
0904 665 965
www.lumi.vn

Có 3 kiểu chế độ CCA:
● CCA Mode 1: chỉ sử dụng kết quả của ED. Nếu mức năng lượng lớn
hơn ED quy định thì kênh được xem là Bận. Ngưỡng ED có thể
được cài đặt bởi người sản xuất
● CCA Mode 2: sử dụng kết quả của CS. Kênh sẽ được xem là bận
nếu tín hiệu xâm chiếm tuân thủ các đặc tả của tầng vật lý trong
chuẩn IEEE 802.15.4 của thiết bị đang thực hiện CCA
● CCA Mode 3: sử dụng kết hợp logic của mode1, mode2

Để xác định kênh bận trong Mode 3:
● Mức phát hiện vượt quang ngưỡng và sóng mang tương thích được
cảm nhận
● Mức phát hiện vượt quang ngưỡng hoặc sóng mang tương thích
được cảm nhận