Đồ án thiết kế thiết bị điện: Thiết kế nút ấn thông minh điều khiển đóng mở cửa cuốn

Báo cáo môn Đồ án thiết kế thiết bị điện, thiết kế nút ấn thông minh điều khiển đóng mở cửa cuốn, trường đại học công nghiệp Hà Nội, tài liệu tham khảo để các bạn hoàn thành bài báo cáo môn học thiết kế thiết bị điện của trường đại học công nghiệp Hà Nội. đề tài này mình làm cuối năm 2021

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN

====o0o====

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI: Thiết kế nút ấn thông minh điều khiển đóng mở cửa cuốn

Giáo viên hướng dẫn : Đã ẩnSinh viên thực hiện : Đã ẩn

Hà nội, 2021

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌCTHIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN

(Với đề tài tham gia đánh giá PI)

- Có khả năng bật/tắt độc lập các thiết bị trên phạm vi 30m

- Có khả năng điều khiển ở bất cứ vị trí nào trong nhà

- Nút ấn sử dụng nguồn xoay chiều 220v

1.5 Xử lí dữ kiệu và kết nối thiết bị tới web

1.6 Các vấn đề độ tin cậy và bảo mật

THIẾT KẾ NÚT ẤN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THÔNG QUA MẠNG WIFI

2.1 Tìm hiều về cửa cuốn

2.2 Sơ đồ mạch điện cửa cuốn và phân tích nguyên lý làm việc mạch điện.2.3 Giới thiệu nút ấn thông minh

2.4 Tìm hiểu về App Blynk

2.5 Sơ đồ khối của mô hình nút ấn thông minh đóng mở cửa cuốn

2.6 Tìm hiểu về các thiết bị dùng trong đề tài

2.7 Thiết kế mô hình thực tế phần cứng nút ấn thông minh đóng mở cửa cuốn2.8 Cài đặt và thiết lập phần mềm cần thiết trên máy tính để nạp chương trình2.9 Sơ đồ thuật toán và chương trình điều khiển

2.10 Cài đặt và thiết lập App Blynk trên SmartPhone và tạo giao diện nút ấnthông minh đóng mở cửa cuốn

2.11 Điều khiển cửa cuốn bằng app Blynk thông qua Internet

2.12 Điều khiển bằng Offline bằng WebSever

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Ngày giao đề tài: 19/9 Ngày hoàn thành: 18/12

………

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI i

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ii

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương I 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2

1.1 Tìm hiểu Về IoT 2

1.1.1 IoT là gì 2

1.1.2 Lịch sử phát triển của IoT 3

1.1.3 Cấu trúc của IoT 4

1.1.4 Các nền tảng phổ biến của IoT 6

1.1.5 Ứng dụng của IoT 8

1.2 Tìm hiểu về Internet 12

1.2.1 Internet là gì? 12

1.2.2 Một số mạng truyền thông phổ biến trong IoT 13

1.3 Giao thức mạng 25

1.3.1 Giao thức mạng là gì 25

1.3.2 Giao thức mạng hoạt động như thế nào? 25

1.3.3 Các loại giao thức mạng chính 26

1.3.4 Triển khai các giao thức mạng 26

1.3.5 Điểm yếu của giao thức mạng 26

1.3.6 Tính ứng dụng của các giao thức mạng 27

1.3.7 Những giao thức mạng phổ biến hiện nay 27

1.4 Xử lí dữ kiệu và kết nối thiết bị tới web 29

1.4.1 Thu thập dữ liệu từ cảm biến 29

1.4.2 Kết nối mọi vật tới web 32

1.5 Các vấn đề độ tin cậy và bảo mật 33

1.5.1 Tổng quan về internet of things (iot) 33

1.5.2 Kiến trúc hệ thống Internet Of Things 33

1.5.3 Kiến trúc an ninh trong Internet Of Things 34

1.5.4 Cơ chế bảo mật và những thách thức an ninh trong iot 35

1.5.5 An ninh dữ liệu cảm biến 39

1.5.7 An ninh lớp ứng dụng 40

1.5.8 An ninh hệ thống IoT trên nền tảng IP 41

Chương II 44

THIẾT KẾ NÚT ẤN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG MỞ CỬA CUỐN BẰNG SMARTPHONE THÔNG QUA MẠNG WIFI 44

2.1 Tìm hiều về cửa cuốn 44

2.1.1 Cấu tạo 44

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 46

2.2 Sơ đồ mạch điện cửa cuốn và phân tích nguyên lý làm việc mạch điện 48

2.2.1 Phân tích nguyên lý làm việc 48

2.3 Giới thiệu nút ấn thông minh 52

2.4 Tìm hiểu về App Blynk 52

2.5 Sơ đồ khối của mô hình nút ấn thông minh đóng mở cửa cuốn 54

2.5.1 Nguyên lý của sơ đồ khối mô hình nút ấn thông minh đóng mở cửa cuốn 54 2.6 Tìm hiểu về các thiết bị dùng trong đề tài 55

2.6.1 Module ESP 8266 55

2.6.2 Module Relay 56

2.6.3 Khối 3 LED mô phỏng 57

2.7 Thiết kế mô hình thực tế phần cứng nút ấn thông minh đóng mở cửa cuốn 58 2.7.1 Khối Relay 58

2.7.2 Đấu dây khối 3 LED mô phỏng với các tiếp điểm của khối Relay 59

2.7.3 Đấu dây của bộ Relay với Module ESP 8266 59

2.7.4 Đấu dây cấp nguồn cho Relay và khối 3 LED mô phỏng 60

2.8 Cài đặt và thiết lập phần mềm cần thiết trên máy tính để nạp chương trình 61 2.8.1 Cài đặt phần mềm Arduino IDE trên máy tính 61

2.8.2 Cài đặt drive CH340 65

2.8.3 Cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi trong Arduino IDE 67

2.9 Sơ đồ thuật toán và chương trình điều khiển 69

2.9.1 Sơ đồ thuật toán 69

2.9.2 Chương trình điều khiển 71

2.10 Cài đặt và thiết lập App Blynk trên SmartPhone và tạo giao diện nút ấn thông minh đóng mở cửa cuốn 71

2.10.1 Cài đặt App Blynk 71

2.10.2 Thiết lập giao diện nút ấn cửa cuốn thông minh 72

2.12 Điều khiển bằng Offline bằng WebSever 83

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Mạng lưới vạn vật kết nối Internet 2

Hình 2: Báo cáo của Gartner về xu hướng IoT trong 10 năm tới 4

Hình 3: cấu trúc của IoT 5

Hình 4: AWS IoT 7

Hình 5: Microsoft Azure IoT 7

Hình 6: Google Cloud Platform 8

Hình 7: Ứng dụng của IoT 9

Hình 8: Ngành bán lẻ thông minh 10

Hình 9: Chăm sóc sức khỏe thông minh 11

Hình 10: : Nhà thông minh 11

Hình 11: : Thành phố thông minh 12

Hình 12: Internet 12

Hình 13: Z - Wave 15

Hình 14: 6LoWPAN 16

Hình 15: Wifi 17

Hình 16: Một số chuẩn kết nối Wifi hiện nay 18

Hình 17: Cellular 18

Hình 18: Sigfox 20

Hình 19: Neul 21

Hình 20: Mạng Li-fi 22

Hình 21: Module LoRa được BKAII chụp thực tế 23

Hình 22: giao thức mạng hoạt động như thế nào 26

Hình 23: Mạch khuếch đại đảo 30

Hình 24: Mạch khuếch đại không đảo 30

Hình 25: Mạch lọc thông thấp dùng RC 31

Hình 26: Mạch lọc thông cao dùng RC 31

Hình 27: Mô hình kiến trúc an ninh trong Internet Of Things 34

Hình 28: Mô hình kiến trúc an ninh trong Internet Of Things 35

Hình 29: Mô hình bảo mật IPsec và TSL/SSL 38

Hình 30: Mô hình cấu trúc TLS/SSL 38

Hình 31: Mô hình ứng dụng IPSec trong TCP/IP 39

Hình 32: Cấu tạo của cửa cuốn 44

Hình 33: Trạng thái chờ 46

Hình 34: Vận hành cửa cuốn 47

Hình 35: Cuộn làm việc của động cơ 48

Hình 36: Khi nâng cửa cuốn lên 48

Hình 37: Khi hạ cửa cuốn xuống 49

Hình 38: Công tắc hành trình 49

Hình 39: Hình ảnh thực tế công tắc hành trình khống chế chuyển động lên và xuống của cửa cuốn 50

Hình 40: Nút ấn điều khiển cửa cuốn 50

Hình 41: Hình ảnh thực tế nút ấn điều khiển cửa cuốn 51

Hình 42: Bộ nhận tín hiệu điều khiển từ xa của cửa cuốn 51

Hình 43: Hình ảnh thực tế một chiếc Remote điều khiển cửa cuốn 52

Hình 44: Các nền tảng của Blynk 53

Hình 45: Hình ảnh thực tế Module ESP 8266 55

Hình 46: Hình ảnh thực tế Module Relay 56

Hình 47: Khối 3 LED mô phỏng 57

Hình 48: Hàn nối dây 3 Relay 58

Hình 49: Hàn đấu dây qua các tiếp điểm thường đóng-mở của Relay 59

Hình 50: Hình ảnh thực tế sau khi đã hoàn thành đấu nối dây 61

Hình 51: Tải Arduino IDE 62

Hình 52: Tiến hành tải Arduino IDE 62

Hình 53: Giải nén file cài đặt của Arduino IDE 63

Hình 54: Giao diện của Arduino IDE 63

Hình 55: Tìm hiểu qua về giao diện Arduino IDE 64

Hình 56: Các chức năng từng Icon vùng lệnh 64

Hình 57: Hình ảnh khi chưa cài đặt driver CH340 65

Hình 58: cài đặt driver CH340 66

Hình 59: Thông báo đã cài đặt thành công 66

Hình 60: Kiểm tra cài đặt driver trong Device Manager 67

Hình 61: Kiểm tra cài đặt driver trong Arduino IDE 67

Hình 62: Thao tác B1 cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi trong Arduino IDE 68

Hình 63: Thao tác B2 cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi trong Arduino ID 68

Hình 64: Thao tác B3 cài đặt NodeMCU ESP8266 Wifi trong Arduino IDE 69

Hình 65: Tiến hành cài đặt NodeMCU ESP8266 69

Hình 66: Tải App Blynk cho điện thoại thông minh 71

Hình 67: Đăng nhập App Blynk 72

Hình 68: giao diện tạo một dự án mới trên App Blynk 73

Hình 69: Thiết lập thông tin dự án 74

Hình 70: Thông báo đã gửi mã xác thực vào gmail 75

Hình 71: Giao diện thiết lập nút ấn 75

Hình 72: Chọn bộ điều khiển 76

Hình 73: Nút ấn trên giao diện Blynk 76

Hình 74: Cài đặt nút ấn 77

Hình 75: Thiết lập pin cho nút ấn 77

Hình 76: nút ấn trên giao diện App Blynk sau khi đã thiết lập xong 78

Hình 77: Giao diện hoàn thiện của nút ấn thông minh trên App Blynk 78

Hình 78: Kết nối Smart Phone với internet 79

Hình 79: Giao diện điều khiển nút ấn thông minh 80

Hình 80: Thao tác ấn nút xuống cửa cuốn 81

Hình 81: Thao tác ấn nút dừng cửa cuốn 81

Hình 82: Thao tác ấn nút lên cửa cuốn 82

Hình 83: Kết nối với mạng Wifi của module ESP 8266 phát ra 83

Hình 84: Kết nối vào Wifi của module 83

Hình 85: Tìm kiếm bằng địa chỉ đã thiết lập trong mã lập trình 84

Hình 86: Giao diện điều khiển bằng WebSever 85

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1: Các thông số cơ bản của Module ESP 8266 56

Bảng 2: Bảng đấu dây Khối Relay với Module ESP 8266 60

Bảng 3: Cấp nguồn bên ngoài cho khối Relay 60

Bảng 4: Cấp nguồn cho khối LED mô phỏng 60

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, IoT đang là một khái niệm quen thuộc và rất phổbiến trong các hội thảo về khoa học công nghệ

Việc ứng dụng IoT vào mọi mặt của đời sống đang trở nên vô cùng cấp bách vàcần thiết Một trong những ứng dụng điển hình chúng ta thường thấy như là nút ấnthông minh, công tắc thông minh, ổ cắm thông minh,

Nhóm em với đề tài về : Thiết kế nút ấn thông minh điều khiển đóng mở 4 đốitượng: cửa cuốn, bóng đèn, quạt, máy bơm; được chia cho 4 bạn trong nhóm thựchiện Với mục đích có được kiến thức nền tảng của môn học, làm nền cho các dự ánlớn hơn sau này như ngôi nhà thông minh, hay điều khiển trong công nghiệp sử dụngIoT

Ngoài việc hoàn thành đồ án với những công việc trên thì nó còn có ý nghĩa sâusắc đối với sinh viên thực hiện Một lần nữa sinh viên được thực hành những kiếnthức học được từ ghế nhà trường sẽ giúp hình thành những sản phẩm công nghiệp,được sử dụng, cầm tay lắp những cảm biến mà từ trước chỉ nằm trên trang giấy

Trong quá trình tiến hành không thể không gặp những khó khăn vấp phải, do

đó kích thích sinh viên tư duy để tìm ra phương án tối ưu và trao đổi thảo luận với thầy

cô, bạn bè

Tuy nhiên do hạn chế về kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên việcgiải quyết đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót Do đó rất mong sự chỉ bảo thêmcủa quý thầy cô cũng như đóng góp của các bạn sinh viên

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 17 tháng 12 năm 2021

Sinh viên thực hiện

Chương I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I.1 Tìm hiểu Về IoT

I.1.1 IoT là gì

Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc

là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) làmột liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là "thiết bị kết nối"

và "thiết bị thông minh"), phòng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộphận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạngmáy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu

IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấpmột định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữliệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người vớingười, hay người với máy tính IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ khôngdây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị cókhả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện mộtcông việc nào đó

Hình 1: Mạng lưới vạn vật kết nối Internet

I.1.2 Lịch sử phát triển của IoT

 Hình thái sơ khai:

Ý tưởng về một mạng lưới các thiết bị thông minh đã được thảo luận từ 1982,với một máy bán nước Coca-Cola tại Đại học Carnegie Mellon được tùy chỉnh khiến

nó đã trở thành thiết bị đầu tiên được kết nối Internet, có khả năng báo cáo kiểm kho

và báo cáo độ lạnh của những chai nước mới bỏ vào máy Bản mô tả sơ khai năm 1991

về điện toán phổ quát (tiếng Anh: ubiquitous computing) của Mark Weiser, "Máy tínhthế kỷ XXI", cũng như những báo cáo về tầm nhìn đương đại của IoT từ các viện khoahọc UbiComp và PerCom

Khái niệm Internet Vạn Vật trở nên phổ biến trong năm 1999 qua Trung tâmAuto-ID ở Viện Công nghệ Massachusetts và các xuất bản phẩm phân tích thị trường

có liên quan Công nghệ Nhận dạng qua tần số vô tuyến (tiếng Anh: Radio-frequencyidentification, viết tắt: RFID) được Kevin Ashton (một trong những người sánglập Auto-ID Center) xem là một điều kiện tiên quyết cho IoT vào thời điểm đó

 Từ ý tưởng đến thực tiễn

Khái niệm Internet of Things trở nên rõ ràng vào năm 2005 khi InternationalTelecommunications Union – ITU công bố bản báo cáo đầu tiên về chủ đề này Báocáo nêu: IoT sẽ kết nối các vật thể theo cả 2 cách thông minh và có cảm nhận thôngqua sự phát triển kỹ thuật liên kết trong nhận biết thông tin (theo các vật thể), các cảmbiến và mạng cảm biến không dây (cảm nhận vật thể), các hệ thống nhúng (suy nghĩ

về vật thể) và công nghệ nano (thu nhỏ vật thể) Trong báo cáo ITU cũng xác định cácthử thách quan trọng cần giải quyết để khai thác hết tiềm năng của IoT – tiêu chuẩnhóa và sự kết hợp, bảo mật, và các vấn đề đạo đức – xã hội

 Sự phát triển:

Theo Gartner, đến năm 2020, thế giới sẽ có khoảng 20 tỷ thiết bị sử dụng IoT,doanh số dự kiến trong năm là 437 tỷ USD Các thiết bị này phần lớn sẽ chạy các thuậttoán thông minh (AI), kết nối tự động với các hệ thống IT/ERP, quản lý sản xuất và

mô hình kinh doanh mới Theo đó, các hãng cũng thay đổi hình thức kinh doanh từbán sản phẩm sang tính phí sử dụng theo năm trên từng thiết bị

"IoT là xu thế tất yếu cho quá trình đổi mới và ước đoán sẽ mang lại giá trịtương đương 19.000 tỷ USD trong vòng 10 năm tới Theo xu thế này, Việt Nam cầnnhanh chóng nghiên cứu và phát triển các thiết bị IoT, tham gia vào cuộc chơi chungcủa nền công nghệ toàn cầu", Trương Gia Bình, chủ tịch Tập đoàn FPT, nhận định

Trong tương lai, IoT sẽ ứng dụng ở tất cả ngành nghề Hiện tại, IoT tập trungvào các dịch vụ sản phẩm trong nhà (Connected Home), tích hợp vào hệ thống côngnghệ thông tin và công nghệ vận hành có sẵn (IT/OT Integration) để nâng cao chấtlượng quản lý và năng suất lao động Học máy thống kê, học dữ liệu, thuật toán phântích và dự báo thông minh đang được IoT dựa vào để phục vụ các nhu cầu khác nhau.Hai sản phẩm điển hình là Google Nest và Amazon Echo Các công ty lớn trong ngànhcũng đã và đang đẩy mạnh đầu tư, xây dựng hệ sinh thái cho riêng mình và nghiên cứu

để tạo ra các sản phẩm IoT mới

Hình 2: Báo cáo của Gartner về xu hướng IoT trong 10 năm tới

I.1.3 Cấu trúc của IoT

Cấu trúc IoT được đại diện cơ bản bởi 4 phần: Vạn vật (Things), trạm kết nối(Gateways), hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud) và các lớp tạo

và cung cấp dịch vụ (Services-creation and Solutions Layers)

Hình 3: cấu trúc của IoT

 Vạn vật (Things):

Ngày nay có hàng tỷ vật dụng đang hiện hữu trên thị trường gia dụng và côngnghệ, ở trong nhà hoặc trên tay của người dùng Chẳng hạn như xe hơi, thiết bị cảmbiến, thiết bị đeo và điện thoại di động đang được kết nối trực tiếp thông qua băng tầngmạng không dây và truy cập vào Internet Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minhđược sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ, còn các thiết bị chưa thôngminh thì có thể kết nối được thông qua các trạm kết nối

 Trạm kết nối (Gateways):

Một rào cản chính khi triển khai IoT đó là gần 85% các vật dụng đã khôngđược thiết kế để có thể kết nối với Internet và không thể chia sẻ dữ liệu với điện toánđám mây Để khắc phục vấn đề này, các trạm kết nối sẽ đóng vai trò là một trung giantrực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đám mây một cáchbảo mật và dễ dàng quản lý

 Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud):

Cơ sở hạ tầng kết nối: Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IPđược kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính Cơ sở hạ tầng mạng này baogồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều thiết bịkhác có thể kiểm soát lưu lượng dữ liệu lưu thông và cũng được kết nối đến mạng lướiviễn thông và cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ

 Trung tâm dữ liệu/ hạ tầng điện toán đám mây:

Các trung tâm dữ liệu và hạ tầng điện toán đám mây bao gồm một hệ thống lớncác máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối

 Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers):

Intel đã kết hợp những phần mềm quản lý API hàng đầu (ApplicationProgmraming Interface) là Mashery* và Aepona* để giúp đưa các sản phẩm và giảipháp IoT ra thị trường một cách chóng và tận dụng được hết giá trị của việc phân tíchcác dữ liệu từ hệ thống và tài sản đang có sẵn

I.1.4 Các nền tảng phổ biến của IoT

Hiện nay các thiết bị phần cứng IoT kết nối với các phần mềm ứng dụng đểchuyển tiếp thông tin thông qua các giao thức truyền nhận dữ liệu Nền tảng Internet ofThings (IoTs Platform) là những ứng dụng thực hiện việc liên kết giữa các thiết bị IoT

và trung tâm dữ liệu từ đó tạo ra một mạng dữ liệu cung cấp đầy đủ thông tin được thuthập từ hàng trăm thiết bị IoT khác nhau Với những khả năng mà IoT platform có thểcung cấp được, các công ty công nghệ ngày càng tận dụng nó nhiều hơn Hiện nay, córất nhiều IoT platform cung cấp nhiều tùy chọn khác nhau để triển khai các dự án IoT.Những cái tên như Amazon hay Microsoft là những người tiên phong trong lĩnh vựcphát triển IoT platform và sau đây là 5 IoT platform phổ biến bạn có thể sử dụng chocác ứng dụng IoT của mình

 Amazon Web Service (AWS) IoT

Năm 2017, Amazon đã thông báo AWS IoT platform của họ tại hội

thảo Re:Invent với các tính năng chính như sau:

 Registry for recognizing devices: Tất cả các thiết kết nối đến AWS IoT đều được xem là một Things và AWS IoT cho phép bạn lưu các thông tin của các thiết bị kết nối đến AWS IoT thông qua tài khoản AWS IoT

 Cung cấp các gói phần mềm phát triển cho các thiết bị phần cứng

 Device Shadows: khi thiết bị kết nối đến AWS sẽ được xem là một Device Shadow, đại diện cho danh tính và trạng thái đã biết cuối cùng của thiết bị và cung cấp kênh để gửi và nhận dữ liệu với thiết bị

 Secure device gateway: là gateway bảo mật cho các thiết bị IoT

 Rules engine: các công cụ, quy tắc giúp giao tiếp giữa các dịch vụ của AWS và thiết bị

Hình 4: AWS IoT

 Microsoft Azure IoT

Là một nền tảng cung cấp nhiều giải pháp mở rộng, các dịch vụ nền tảng và cáccông nghệ tiên tiến Đối với dịch vụ nền tảng đám mây, Microsoft Azure IoT cung cấpcác tính năng chính sau đây:

 Rule engine: các công cụ, quy tắc giúp giao tiếp giữa các dịch vụ của Azure và thiết bị

 Nhận dạng thiết bị; Giao diện giám sát thông tin

Để xử lý số lượng lớn thông tin thu thập từ hệ thống nhiều cảm biến, Azure IoTkết hợp với Azure Stream Analytics để xử lý lượng thông tin khổng lồ theo thời gianngắn

Hình 5: Microsoft Azure IoT

 Google Cloud Platform

Google Cloud là một trong những nền tảng IoT tốt nhất hiện nay Với khả năng

xử lý lượng dữ liệu khổng lồ bằng cách sử dụng Cloud IoT Core, giúp Google thực sựnổi bật so với đối thủ khác Một số tính năng của Google cloud platform:

 Thúc đẩy phát triển doanh nghiệp: Google Cloud cung cấp các dịch vụ tích hợp giúp các doanh nghiệp xử lý lượng dữ liệu khổng lồ bị phân tán trên toàn cầu theo thời gian thực Các doanh nghiệp còn có thể sử dụng kết hợp các giải pháp phân tích dữ liệu tiên tiến kết hợp với công nghệ học máy từ Cloud Machine Learning Engine

 Tăng tốc thiết bị

 Cắt giảm chi phí bằng các dịch vụ đám mây

 Hệ sinh thái đối tác rộng lớn

Hình 6: Google Cloud Platform

I.1.5 Ứng dụng của IoT

Internet of things được ứng dụng vô cùng rộng lớn, cùng tham khảo một số

lĩnh vực đã và đang áp dụng IoT tích hợp:

Hình 7: Ứng dụng của IoT

 Ngành chế tạo

Các nhà sản xuất có thể đạt được lợi thế cạnh tranh bằng cách sử dụng giải phápgiám sát tình trạng máy móc trong dây chuyền sản xuất để cho phép bảo trì chủ độngtrên thiết bị khi cảm biến phát hiện ra lỗi sắp xảy ra

Các cảm biến thực sự có thể đo lường khi sản lượng sản xuất bị tổn hại Với sựtrợ giúp của cảnh báo cảm biến, các nhà sản xuất có thể nhanh chóng kiểm tra độchính xác của thiết bị hoặc loại bỏ nó khỏi sản xuất cho đến khi nó được sửa chữa.Điều này cho phép các công ty giảm chi phí hoạt động, có thời gian hoạt động tốt hơn

và cải thiện quản lý hiệu suất tài sản

 Ngành ô tô

Ngành công nghiệp ô tô đã nhận ra những lợi thế đáng kể từ việc sử dụng cácứng dụng IoT Ngoài những lợi ích của việc áp dụng IoT vào dây chuyền sản xuất, cáccảm biến có thể phát hiện lỗi thiết bị sắp xảy ra trên các phương tiện đã đi trên đường

và có thể cảnh báo cho người lái xe một cách chi tiết

Nhờ thông tin tổng hợp được thu thập bởi các ứng dụng dựa trên IoT, các nhàsản xuất và nhà cung cấp ô tô có thể tìm hiểu thêm về cách giữ cho xe chạy và thôngbáo cho chủ xe về các thông tin phía trước

 Giao thông vận tải

Các đội xe ô tô, xe tải và tàu chở hàng tồn kho có thể được định tuyến lại dựatrên điều kiện thời tiết, tính sẵn có của xe hoặc tính khả dụng của tài xế, nhờ dữ liệu

cảm biến IoT Bản thân hàng tồn kho cũng có thể được trang bị các cảm biến để theodõi và kiểm soát nhiệt độ.

Các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, hoa và dược phẩm thường lànhững mặt hàng tồn kho nhạy cảm với nhiệt độ sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ các ứngdụng giám sát IoT gửi thông báo khi nhiệt độ tăng hoặc giảm có thể ảnh hưởng đếnsản phẩm

Hình 8: Ngành bán lẻ thông minh

 Chăm sóc sức khỏe thông minh

IoT cung cấp nhiều lợi ích cho ngành chăm sóc sức khỏe Bác sĩ, y tá thườngcần biết chính xác vị trí của các tài sản hỗ trợ bệnh nhân như xe lăn Khi xe lăn củabệnh viện được trang bị cảm biến IoT, chúng có thể được theo dõi từ ứng dụng giámsát tài sản IoT để bất kỳ ai đang tìm kiếm đều có thể nhanh chóng tìm thấy chiếc xe lăn

có sẵn gần nhất

Nhiều tài sản của bệnh viện có thể được theo dõi theo cách này để đảm bảo sửdụng hợp lý cũng như kế toán tài chính cho các tài sản vật chất trong mỗi khoa

Hình 9: Chăm sóc sức khỏe thông minh

 Nhà thông minh

Bất cứ khi nào chúng ta nghĩ về các hệ thống IoT, ứng dụng quan trọng, hiệuquả và nổi bật nhất được nhắc đến chính là Smart Home - ứng dụng IOT xếp hạng caonhất trên tất cả các kênh

Số người tìm kiếm nhà thông minh tăng mỗi tháng với khoảng 60.000 người vàcon số chưa hề có dấu hiệu dừng lại

Một điều thú vị nữa là cơ sở dữ liệu về nhà thông minh cho IoT Analytics baogồm 256 công ty và công ty khởi nghiệp Nhiều công ty hiện đang tích cực tham giavào các ngôi nhà thông minh hơn là các ứng dụng tương tự khác trong lĩnh vực IoT

Hình 10: : Nhà thông minh

 Thành phố thông minh

Thành phố thông minh như tên gọi là một sự đổi mới rất lớn và mở rộng nhiềutrường hợp sử dụng, từ phân phối nước đến quản lý giao thông, quản lý chất thải, giám

sát môi trường và an ninh đô thị Lý do tại sao nó rất phổ biến là nó cố gắng để loại bỏ

sự khó chịu và vấn đề của những người dân sống ở thành phố

Các giải pháp IoT được cung cấp trong khu vực Smart City giải quyết các vấn

đề liên quan đến thành phố bao gồm giao thông, giảm ô nhiễm không khí và tiếng ồn

và giúp các thành phố an toàn hơn

Hình 12: Internet

Internet giống như một ngôn ngữ, một phương tiện tự duy trì kết nối hàng triệumáy tính trên toàn cầu bằng cách sử dụng cáp, đường dây điện thoại, vệ tinh hoặc kếtnối không dây Internet giống như một mạng lưới các mạng, một hệ thống liên kết vớinhau tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ thông tin trên Internet.

Internet nổi lên như một phương tiện truyền thông công cộng vào những năm

1990 và đã trở thành một cơn sốt Cơ quan Chỉ đạo các Dự án Nghiên cứu Tiên tiến(ARPA) là tiền thân của công nghệ Internet với ý tưởng tạo ra một mạng lưới để tạođiều kiện giao tiếp giữa các trường đại học Những tiến bộ công nghệ đã làm choInternet có thể thích nghi theo thời gian và ngày nay, Internet là một mạng lưới rộngkhắp trên thế giới

I.2.2 Một số mạng truyền thông phổ biến trong IoT

 Bluetooth

Một công nghệ giao tiếp truyền thông trong khoảng cách ngắn vô cùng quantrọng, đó là Bluetooth Hiện nay, bluetooth xuất hiện hầu hết ở các thiết bị như máytính, điện thoại/ smartphone, và nó được dự kiến là chìa khóa cho các sản phẩm IoTđặc biệt, cho phép giao tiếp thiết bị với các smartphone - một "thế lực hùng hậu" hiệnnay

Hiện nay, BLE - Bluetooth Low Energy - hoặc Bluethooth Smart là một giaothức được sử dụng đáng kể cho các ứng dụng IoT Quan trọng hơn, cùng với mộtkhoảng cách truyền tương tự như Bluetooth, BLE được thiết kế để tiêu thụ công suất íthơn rất nhiều

Tuy nhiên, BLE không thực sự được thiết kế cho các ứng dụng dùng để truyềnfile và sẽ phù hợp hơn cho khối dữ liệu nhỏ Nó có một lợi thế vô cùng lớn trong bốicảnh hiện nay, smartphone đang là thiết bị không thể thiếu được của mỗi người Theo

Bluetooth SIG, hiện có hơn 90% điện thoại smartphone được nhúng Bluetooth, baogồm các hệ điều hành IOS, Android và Window, và dự kiến đến năm 2018 sẽ là "Smart Ready".

 Một số thông tin kỹ thuật về Bluetooth 4.2:

 Tần số: 2.4 GHz

 Phạm vi: 50-150m ( Smart / BLE)

 Dữ liệu truyền được: 1Mbps

 Zigbee

Zigbee, giống như Bluetooth, là một loại truyền thông trong khoảng cách ngắn,hiện được sử dụng với số lượng lớn và thường được sử dụng trong công nghiệp Điểnhình, Zigbee Pro và Zigbee remote control (RF4CE) được thiết kế trên nền tảng giaothức IEEE802.15.4 - là một chuẩn giao thức truyền thông vật lý trong công nghiệphoạt động ở 2.4Ghz thường được sử dụng trong các ứng dụng khoảng cách ngắn và dữliệu truyền tin ít nhưng thường xuyên, được đánh giá phù hợp với các ứng dụng trongsmarthome hoặc trong một khu vực đô thị/khu chung cư

Zigbee / RF4CE có một lợi thế đáng kể trong các hệ thống phức tạp cần cácđiều kiện: tiêu thụ công suất thấp, tính bảo mật cao, khả năng mở rộng số lượng cácnode cao ví dụ như yêu cầu của các ứng dụng M2M và IoT là điển hình Phiên bảnmới nhất của Zigbee là 3.0, trong đó điểm nổi bật là sự hợp nhất của các tiêu chuẩnZigbee khác nhau thành một tiêu chuẩn duy nhất Ví dụ, sản phẩm và kit phát triển củaZigbee của TI là CC2538SF53RTQT Zigbee System-On-Chip T và CC2538 ZigbeeDevelopment Kit

 Standard: ZigBee 3.0 based on IEEE802.15.4

động ở tần số thấp hơn so với Zigbee/wifi, dao động trong các dải tần của 900Mhz, tùytheo quy định ở từng khu vực khác nhau.

Hình 13: Z - Wave

Ưu điểm của Z-Wave là tiêu thụ năng lượng cực ít và độ mở ( open platform) cực cao.Hiện nay, Z-Wave được ứng dụng chủ yếu trong ứng dụng smarthome Đặc biệt, mỗi thiết bịZ-Wave trong hệ thống là một thiết bị có thể vừa thu và vừa phát sóng nên tính ổn định hệthống được nâng cao

Đặc biệt, Z-Wave đã được nhiều nhà sản xuất thiết bị tích hợp vào, đây là một côngnghệ đang được chú ý và các nhà sản xuất đang tập trung nhiều hơn vào nó

Thông số kỹ thuật cơ bản:

 Standard: Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959

Hình 14: 6LoWPANĐiểm khác của 6LoWPAN so với Zigbee, Bluetooth là: Zigbee hay bluetooth là cácgiao thức ứng dụng, còn 6LoWPAN là giao thức mạng, cho phép quy định cơ chế đóng góibản tin và nén header Đặc biệt, IPv6 là sự kế thừa của IPv4 và cung cấp khoảng 5 x 1028 địachỉ cho tất cả mọi đối tượng trên thế giới, cho phép mỗi đối tượng là một địa chỉ IP xác định

để kết nối với Internet

Được thiết kế để gửi các bản tin IPv6 qua mạng IEEE802.15.4 và các tiêu chuẩn IP

mở rộng như: TCP, UDP, HTTP, COAP, MQTT và Websocket, là các tiêu chuẩn cung cấpnodes end-to-end, cho phép các router kết nối mạng tới các IP

 Standard: RFC6282

 Frequency: (adapted and used over a variety of other networking media

including Bluetooth Smart (2.4GHz) or ZigBee or low-power RF (sub-1GHz)

Được ra mắt vào giữa năm 2014 bởi Theard Group, giao thức Thread dựa trêncác tiêu chuẩn khác nhau, bao gồm IEEE802.15.4, IPv6 và 6LoWPAN, và cung cấpmột giải pháp dựa trên nền tảng IP cho các ứng dụng IoT Được thiết kế để làm việcvới các sản phẩm chip của Freescale và Silicon Labs ( vốn hỗ trợ chuẩn IEÊ802.15.4),đặc biệt có khả năng xử lý lên đến 250 nút với độ xác thực và tính mã hóa cao Vớimột bản phần mềm upgrade đơn giản, cho phép người dùng có thể chạy Theard trêncác thiết bị hỗ trợ IEEE802.15.4 hiện nay

 Tiêu chuẩn: Theard, dựa trên IEEE802.15.4 và 6LowPAN

Hình 15: Wifi

 Hoạt động:

Để tạo được kết nối Wifi nhất thiết phải có Router (bộ thu phát), Router nàylấy thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển nó sang tín hiệu vôtuyến và gửi đi, bộ chuyển tín hiệu không dây (adapter) trên các thiết bị di động thunhận tín hiệu này rồi giải mã nó sang những dữ liệu cần thiết

Quá trình này có thể thực hiện ngược lại, Router nhận tín hiệu vô tuyến từAdapter và giải mã chúng rồi gởi qua Internet

 Một số chuẩn kết nối Wifi hiện nay

Hình 16: Một số chuẩn kết nối Wifi hiện nayTất cả các chuẩn WiFi trên Việt Nam đều có sử dụng Tuy nhiên, hai chuẩn phổbiến nhất hiện nay là 802.11g và 802.11n và được sử dụng nhiều nhất vẫn là 802.11n,hoạt động ở 2 dải tần 2.4GHz và 5GHz.

Ngày nay một số thiết bị mới được sản xuất ở Việt Nam đã sử dụng cácchuẩn 802.11ac, tuy nhiên số lượng này chưa nhiều (mặc dù ở các nước phát triển đã

sử dụng rất phổ biến), một phần do chưa phù hợp với hạ tầng mạng còn hạn chế ởnước ta hiện nay

 Cellular

Hình 17: Cellular Với các ứng dụng IoT/M2M yêu cầu khoảng cách truyền thông dài, hoặckhông bị giới hạn bởi khoảng cách địa lý thì việc lựa chọn đường truyền dữ liệu thôngqua mạng điện thoại di động GPRS/3G/LTE là một lựa chọn sáng suốt Tất nhiên, đốivới các kỹ sư thiết kế giải pháp,ai cũng hiểu rằng, truyền dữ liệu đi xa thì sẽ tốn năng

lượng tương ứng Và yếu tố tiêu hao năng lượng dễ được chấp nhận trong bài toánnày

Hiện nay, các thiết bị/các điểm đầu cuối trong công nghiệp đều được hỗ trợ tíchhợp các cổng giao tiếp vật lý theo chuẩn như: RS232 , RS485, RS422 hay Ethernet.Các phương tiện truyền thông qua mạng di động đều hỗ trợ đầu vào là các cổng Serialhay Ethernet nên việc tích hợp giải pháp truyền thông không dây không còn khó khănhay bị giới hạn bởi yếu tố khách quan nào khác

 Standard: GSM/GPRS/EDGE (2G), UMTS/HSPA (3G), LTE (4G)

 Frequencies: 900/1800/1900/2100MHz

 Range: 35km max for GSM; 200km max for HSPA

 Data Rates (typical download): 35-170kps (GPRS), 120-384kbps (EDGE), 384Kbps-2Mbps (UMTS), 600kbps-10Mbps (HSPA), 3-10Mbps (LTE)

 NFC

Đây là một giao thức truyền thông tương đối "lạ" đối với các kỹ sư giải pháp /thiết kế

 Vậy, NFC là gì?

NFC (Near-Field Communications) là công nghệ kết nối không dây trong phạm

vi tầm ngắn trong khoảng cách 4 cm Công nghệ này sử dụng cảm ứng từ trường đểthực hiện kết nối giữa các thiết bị (smartphone, tablet, loa, tai nghe …) khi có sự tiếpxúc trực tiếp (chạm)

 NFC dùng để làm gì?

Khi hai thiết bị đều có kết nối NFC, bạn có thể chạm chúng vào nhau để kíchhoạt tính năng này và nhanh chóng truyền tập tin gồm danh bạ, nhạc, hình ảnh, video,ứng dụng hoặc địa chỉ website Ở các nước phát triển, NFC còn được xem là chiếc víđiện tử khi có thể thanh toán trực tuyến, tiện lợi và nhanh chóng

Ngoài việc giúp truyền tải dữ liệu như trên thì NFC còn mở rộng với nhữngcông dụng ví dụ như bạn đến quán café có một thẻ NFC để trên bàn, trong thẻ này đãcài đặt sẵn wifi, thông tin của quán…lúc này bạn lấy chiếc điện thoại chạm vào NFCnày thì máy sẽ bật tất cả tính năng được cài sẵn trong thẻ đó mà không cần phải nhờgọi nhân viên Hoặc tiên tiến hơn thì sau này có thể khi mua đồ trong siêu thị lớn thìquẹt NFC của điện thoại để thanh toán tiền luôn

 Standard: ISO/IEC 18000-3

Hình 18: Sigfox

Ý tưởng ra đời của Sigfox được hình thành từ nhu cầu: Đối với các ứng dụngM2M sử dụng nguồn bằng Pin và chỉ đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu thấp thì phạm vitruyền của Wifi lại quá ngắn, còn với mạng di động thì lại quá đắt đỏ và tốn nănglượng Với công nghệ UNB, và được thiết kế để chỉ xử lý đường truyền dữ liệu từ 10đến 1000 bit trên giây, giúp chỉ tiêu thụ mức năng lượng 50 microwatts so với 5000microwatts của việc dùng mạng điện thoại di động Hay đơn giản, với một cục pin2,5Ah thì với công nghệ Sigfox cho phép bạn dùng tới 25 năm thay vì 0,2 năm nếudùng truyền thông qua mạng điện thoại di động

 Neul

Tương tự Sigfox và hoạt động ở băng tần 1Ghz, với mục tiêu cung cấp mộtmạng không dây có chi phí thấp với các đặc trưng tiêu biểu: độ mở rộng cao, phủ sóng

cao và tiêu thụ năng lượng cực thấp Neul sử dụng chip Iceni, mà trong truyền thông

sử dụng "the white space radio" để truy cập vào băng tần UHF chất lượng cao hiệnđang có sẵn do sự chuyển đổi từ kỹ thuật ti vi tương tự sang kỹ thuật số Công nghệtruyền thông được gọi là "Weightless", tức là một công nghệ mạng không dây phủ trêndiện rộng, được thiết kế cho các ứng dụng Iot, cạnh tranh trực tiếp với các giải phápđang có sẵn như GPRS, 3G, CDMA và LTE WAN Tốc độ truyền dữ liệu có thể daođộng từ vài bits trên giây tới 100kbps trên cùng một liên kết, và đặc biệt là với côngnghệ này, thiết bị có thể tiêu thụ công suất rất nhỏ, từ 20 tới 30mA từ pin 2xÂ, tức là

có thể sử dụng đươc từ 10 đến 15 năm với cục pin

Hình 19: Neul

 Tiêu chuẩn: Neul

 Dải tần: 900MHz (ISM), 458MHz (UK), 470-790MHz (White Space)

Li-Fi sử dụng dải tần ánh sáng mà mắt người nhìn thấy được để làm phươngtiện truyền dữ liệu Tuy vậy, người dùng không thể sử dụng bất kỳ nguồn ánh sáng đènđiện nào mà phải cần một nguồn sáng riêng để điều biến tín hiệu, tạo thành luồng dữliệu Hiện thời, tính năng này chỉ thực hiện được với các bóng đèn LED đạt chuẩn, cótích hợp một chip đặc biệt và có thêm một bộ nhận tín hiệu ánh sáng đặc biệt để có thểgiải mã được tín hiệu ánh sáng truyền đi từ đèn LED.

Hình 20: Mạng Li-fi

Kỹ thuật điều biến ánh sáng không ảnh hưởng gì đến sức khỏe con người, nhất

là về mắt Giáo sư Haas giới thiệu công nghệ này tại diễn đàn TED Global hồi năm

2011, cho rằng chúng ta thậm chí có thể giảm độ sáng của đèn thật thấp đến mức gầnnhư là tắt, nhưng tín hiệu truyền dữ liệu vẫn hoạt động như thường

Năm 2011, Haas đã trình diễn mẫu thiết bị của ông trên bục diễn thuyết củaTED Từ đó, ông đồng sáng lập ra công ty khởi nghiệp pureLiFi và sản xuất được haisản phẩm truyền dữ liệu bằng ánh sáng Nếu Li-Fi được ứng dụng rộng rãi, công nghệnày có thể giải quyết được một số rắc rối mà Wi-Fi gặp phải hiện nay Ngoài tốc độkết nối, sóng radio phải có đủ dải tần để nhiều thiết bị cùng kết nối một lúc Với Li-Fithì không gặp khó khăn này vì dải tần ánh sáng lớn hơn gấp 10.000 lần so với dải tầnradio

Trong khi Li-Fi tỏ ra đầy tiềm năng nhưng nó cũng có những hạn chế nhất định,quan trọng nhất là ánh sáng không thể đi xuyên tường được như sóng radio, nghĩa làthiết bị phải ở đâu nhìn thấy được Hơn nữa, để chắn sóng Li-Fi, người dùng đơn giảnchỉ cần bịt bóng đèn lại là dữ liệu gặp rắc rối ngay lập tức Li-Fi cũng không hoạt độngđược ngoài trời nắng vì ánh sáng đèn LED không thể sáng hơn được ánh mặt trời

 LoRa

LoRa là viết tắt của Long Range Radio được nghiên cứu và phát triển bởiCycleo và sau này được mua lại bởi công ty Semtech năm 2012 Với công nghệ này,chúng ta có thể truyền dữ liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần các mạchkhuếch đại công suất; từ đó giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ khi truyền/nhận dữ liệu

Do đó, LoRa có thể được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng thu thập dữ liệu nhưsensor network trong đó các sensor node có thể gửi giá trị đo đạc về trung tâm cách xahàng km và có thể hoạt động với battery trong thời gian dài trước khi cần thay pin

Hình 21: Module LoRa được BKAII chụp thực tế

 Nguyên lý hoạt động của LoRa ra sao?

LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là Chirp Spread Spectrum Có thể hiểu nôm

na nguyên lý này là dữ liệu sẽ được băm bằng các xung cao tần để tạo ra tín hiệu códãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc (cái này gọi là chipped); sau đó tín hiệu caotần này tiếp tục được mã hoá theo các chuỗi chirp signal (là các tín hiệu hình sin có tần

số thay đổi theo thời gian; có 2 loại chirp signal là up-chirp có tần số tăng theo thờigian và down-chirp có tần số giảm theo thời gian; và việc mã hoá theo nguyên tắc bit 1

sẽ sử dụng up-chirp, và bit 0 sẽ sử dụng down-chirp) trước khi truyền ra anten để gửiđi

Theo Semtech công bố thì nguyên lý này giúp giảm độ phức tạp và độ chínhxác cần thiết của mạch nhận để có thể giải mã và điều chế lại dữ liệu; hơn nữa LoRakhông cần công suất phát lớn mà vẫn có thể truyền xa vì tín hiệu Lora có thể được

nhận ở khoảng cách xa ngay cả độ mạnh tín hiệu thấp hơn cả nhiễu môi trường xungquanh.

Băng tần làm việc của LoRa từ 430MHz đến 915MHz cho từng khu vực khácnhau trên thế giới:

 430MHz cho châu Á

 780MHz cho Trung Quốc

 433MHz hoặc 866MHz cho châu Âu

 915MHz cho USA

Nhờ sử dụng chirp signal mà các tín hiệu LoRa với các chirp rate khác nhau cóthể hoạt động trong cùng 1 khu vực mà không gây nhiễu cho nhau Điều này cho phépnhiều thiết bị LoRa có thể trao đổi dữ liệu trên nhiều kênh đồng thời (mỗi kênh cho 1chirprate)

Radio packet của LoRa như hình sau:

Các khái niệm SpreadingFactor, CodingRate sẽ được giới thiệu ở phần tiếptheo Ở đây chúng ta chỉ tập trung vào các dữ liệu trong 1 radio packet của LoRa, baogồm:

 Preamble: Là chuỗi binary để bộ nhận detect được tín hiệu của LoRa packet trong không khí

 Header: chứa thông tin về size của Payload cũng như có PayloadCRC hay không Giá trị của Header cũng được check CRC kèm theo

 Payload: là dữ liệu ứng dụng truyền qua LoRa

 Payload: giá trị CRC của Payload Nếu có PayloadCRC, LoRa chip sẽ tự kiểm tra dữ liệu trong Payload và báo lên nếu CRC OK hay không

I.3 Giao thức mạng

I.3.1 Giao thức mạng là gì

Nói một cách đơn giản, giao thức là một bộ quy tắc Giao thức mạng là một tậphợp các quy tắc mà mạng phải tuân theo Giao thức mạng là những tiêu chuẩn và chínhsách chính thức được tạo thành từ các quy tắc, quy trình và định dạng xác định giaotiếp giữa hai hoặc nhiều thiết bị qua mạng Các giao thức mạng thực hiện những hànhđộng, chính sách và giải quyết vấn đề từ đầu đến cuối, để quá trình giao tiếp mạnghoặc dữ liệu diễn ra kịp thời, được bảo mật và quản lý Giao thức mạng xác định cácquy tắc và quy ước giao tiếp

Giao thức mạng kết hợp tất cả những yêu cầu tiến trình và có những ràng buộckhi các máy tính, router, máy chủ và các thiết bị hỗ trợ mạng khác bắt đầu thực hiệngiao tiếp Các giao thức mạng phải được xác nhận và cài đặt bởi người gửi và ngườinhận để đảm bảo quá trình giao tiếp dữ liệu/mạng diễn ra suôn sẻ Giao thức mạngcũng áp dụng các node phần mềm và phần cứng giao tiếp trên mạng Có một số loạigiao thức mạng như sau

I.3.2 Giao thức mạng hoạt động như thế nào?

Các giao thức mạng phân tách các quy trình lớn hơn thành các chức năng vànhiệm vụ nhỏ hơn, riêng biệt, trên tất cả các cấp độ mạng Trong mô hình tiêuchuẩn, còn gọi là mô hình OSI, sẽ có một hoặc nhiều giao thức mạng xử lý các hoạtđộng ở mỗi lớp mạng trong quá trình trao đổi

Một tập hợp các giao thức mạng kết nối với nhau thành bộ giao thức BộTCP/IP bao gồm nhiều giao thức nằm trên các lớp - chẳng hạn như các lớp dữ liệu,lớp mạng, lớp truyền tải và lớp ứng dụng - hoạt động cùng nhau để internet có thểkết nối được, bao gồm:

Hình 22: giao thức mạng hoạt động như thế nào

I.3.3 Các loại giao thức mạng chính

Nói chung, các mạng có ba loại giao thức - giao tiếp, chẳng hạnnhư Ethernet; quản lý, chẳng hạn như Simple Mail Transfer Protocol (SMTP); vàbảo mật, chẳng hạn như Secure Shell (SSH)

Tồn tại giữa ba loại giao thức lớn này là hàng ngàn giao thức mạng xử lýthống nhất nhiều loại nhiệm vụ khác nhau, bao gồm xác thực, tự động hóa, sửa,nén, xử lý lỗi, truy xuất tệp, truyền tệp, tổng hợp liên kết, định tuyến, ngữ nghĩa,đồng bộ hóa và cú pháp

I.3.4 Triển khai các giao thức mạng

Để các giao thức mạng hoạt động, chúng phải được code trong phần mềm,hoặc trong một phần của hệ điều hành (HĐH) máy tính, hoặc dưới dạng một ứngdụng, hoặc được triển khai trong phần cứng của máy tính Hầu hết các HĐH hiệnđại đều sở hữu các dịch vụ phần mềm tích hợp sẵn sàng thực hiện một số giaothức mạng Các ứng dụng khác, chẳng hạn như trình duyệt web, được thiết kế vớicác thư viện phần mềm hỗ trợ mọi giao thức cần thiết để ứng dụng hoạt động.Hơn nữa, TCP/IP và giao thức định tuyến hỗ trợ cũng được triển khai trực tiếptrong phần cứng để tăng cường hiệu suất

Bất cứ khi nào một giao thức mới được triển khai, nó sẽ được thêm vào bộgiao thức Các bộ giao thức có kết cấu như một khối đồng nhất vì tất cả các giaothức được lưu trữ trong cùng một địa chỉ và theo từng lớp xếp chồng lên nhau

I.3.5 Điểm yếu của giao thức mạng

Một yếu điểm lớn được tìm thấy trong các giao thức mạng là chúng có thiết

kế không bảo mật Sự thiếu bảo vệ này đôi khi có thể tạo điều kiện cho các cuộctấn công độc hại, chẳng hạn như nghe lén và cache poisoning, gây ảnh hưởng đến

hệ thống Kiểu tấn công phổ biến nhất vào các giao thức mạng thường là broadcastattack trên các router giả lập, dẫn traffic vào các máy chủ bị tấn công thay vì cácmáy chủ đích (nơi lẽ ra sẽ nhận traffic)

I.3.6 Tính ứng dụng của các giao thức mạng

Các giao thức mạng là cơ sở để Internet hiện đại như chúng ta thấy ngày nay

có thể hoạt động được vì chúng cho phép các máy tính giao tiếp qua các mạng màkhông cần người dùng phải hiểu hoặc biết cụ thể về những gì đang xảy ra phíasau Một số ví dụ cụ thể về giao thức mạng và cách sử dụng của chúng:

I.3.7 Những giao thức mạng phổ biến hiện nay

 Internet Protocol Suite:

Internet Protocol Suite (bộ giao thức liên mạng) là tập hợp các giao thức thựcthi protocol stack (chồng giao thức) mà Internet chạy trên đó Internet Protocol Suiteđôi khi được gọi là bộ giao thức TCP/IP TCP và IP là những giao thức quan trọngtrong Internet Protocol Suite - Transmission Control Protocol (TCP) và InternetProtocol (IP) Internet Protocol Suite tương tự như mô hình OSI, nhưng có một sốkhác biệt Ngoài ra không phải tất cả các lớp (layer) đều tương ứng tốt

 Protocol Stack:

Protocol Stack là tập hợp đầy đủ các lớp giao thức, hoạt động cùng nhau đểcung cấp khả năng kết nối mạng

 Transmission Control Protocol (TCP)

Transmission Control Protocol (TCP) là giao thức cốt lõi của Internet ProtocolSuite Transmission Control Protocol bắt nguồn từ việc thực thi mạng, bổ sung choInternet Protocol Do đó, Internet Protocol Suite thường được gọi là TCP/IP TCPcung cấp một phương thức phân phối đáng tin cậy một luồng octet (khối dữ liệu cókích thước 8 bit) qua mạng IP Đặc điểm chính của TCP là khả năng đưa ra lệnh vàkiểm tra lỗi Tất cả các ứng dụng Internet lớn như World Wide Web, email và truyềnfile đều dựa vào TCP

 Internet Protocol (IP)

Internet Protocol là giao thức chính trong Internet protocol suite để chuyển tiếp

dữ liệu qua mạng Chức năng định tuyến của Internet Protocol về cơ bản giúp thiết lậpInternet Trước đây, giao thức này là datagram service không kết nối trongTransmission Control Program (TCP) ban đầu Do đó, Internet protocol suite còn đượcgọi là TCP/IP

 Hypertext Transfer Protocol (HTTP)

HTTP là nền tảng giao tiếp dữ liệu cho World Wide Web Siêu văn bản(hypertext) là văn bản có cấu trúc sử dụng các siêu liên kết giữa các node chứa vănbản HTTP là giao thức ứng dụng cho hệ thống thông tin hypermedia (siêu phươngtiện) phân tán và kết hợp

Cổng mặc định của HTTP là 80 và 443 Hai cổng này đều được bảo mật

 File Transfer Protocol (FTP)

FTP là giao thức phổ biến nhất được sử dụng cho mục đích truyền file trênInternet và trong các mạng riêng

Cổng mặc định của FTP là 20/21

 Secured Shell (SSH)

SSH là phương thức chính được sử dụng để quản lý các thiết bị mạng một cách

an toàn ở cấp lệnh SSH thường được sử dụng như sự thay thế cho Telnet, vì giao thứcnày không hỗ trợ các kết nối an toàn

Cổng mặc định của SSH là 22

 Telnet

Telnet là phương thức chính được sử dụng để quản lý các thiết bị mạng ở cấp lệnh Không giống như SSH, Telnet không cung cấp kết nối an toàn, mà chỉ cung cấp kết nối không bảo mật cơ bản

Cổng mặc định của Telnet là 23

 Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)

SMTP được sử dụng với hai chức năng chính: Chuyển email từ mail servernguồn đến mail server đích và chuyển email từ người dùng cuối sang hệ thống mail

Cổng mặc định của SMTP là 25 và cổng SMTP được bảo mật (SMTPS) là 465(Không phải tiêu chuẩn)

 Domain Name System (DNS)

Domain Name System (DNS) được sử dụng để chuyển đổi tên miền thành địachỉ IP Hệ thống phân cấp DNS bao gồm máy chủ gốc, TLD và máy chủ có thẩmquyền

Cổng mặc định của DNS là 53

 Post Office Protocol phiên bản 3 (POP 3)

Post Office Protocol phiên bản 3 là một trong hai giao thức chính được sử dụng

để lấy mail từ Internet POP 3 rất đơn giản vì giao thức này cho phép client lấy nộidung hoàn chỉnh từ hộp thư của server và xóa nội dung khỏi server đó

Cổng mặc định của POP3 là 110 và cổng được bảo mật là 995

 Internet Message Access Protocol (IMAP)

IMAP phiên bản 3 là một giao thức chính khác được sử dụng để lấy thư từ máychủ IMAP không xóa nội dung khỏi hộp thư của máy chủ

Cổng mặc định của IMAP là 143 và cổng được bảo mật là 993.

 Simple Network Management Protocol (SNMP)

Simple Network Management Protocol được sử dụng để quản lý mạng SNMP

có khả năng giám sát, cấu hình và điều khiển các thiết bị mạng SNMP trap cũng cóthể được cấu hình trên các thiết bị mạng, để thông báo cho máy chủ trung tâm khi xảy

ra hành động cụ thể

Cổng mặc định của SNMP là 161/162

 Hypertext Transfer Protocol over SSL/TLS (HTTPS)

HTTPS được sử dụng với HTTP để cung cấp các dịch vụ tương tự, nhưng vớikết nối bảo mật được cung cấp bởi SSL hoặc TLS

Cổng mặc định của HTTPS là 443

I.4 Xử lí dữ kiệu và kết nối thiết bị tới web

I.4.1 Thu thập dữ liệu từ cảm biến

Thu thập dữ liệu là quá trình lấy mẫu để đo lường các đại lượng vật lý hay cáctín hiệu điện và chuyển đổi thành các tín hiếu số để có thể thao tác với vi điều khiển,card thu thập dữ liệu, plc, máy tính nhúng, máy tính công nghiệp

Quá trình thu nhập dữ liệu phụ thuộc vào tín hiệu ra của cảm biến, các dạng tínhiệu ra của cảm biến bao gồm:

 Ngõ rõ dạng xung như: bộ encoder xác định tốc độ quay của động cơ

Các tín hiệu khác nhau thì việc thu thập dữ liệu sẽ khác nhau Các tín hiệu radạng tương tự rất nhạy cảm sai số và nhiễu rất lớn do thường có giá trị nhỏ mA hoặcmV.Các cảm biến có tín hiệu ra không phù hợp với điện áp hoạt động của bộ xử lýtrung tâm

Sơ đồ khối tổng quát dùng để thực hiện thu thập dữ liệu từ cảm biến