ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế giám sát đèn chiếu sáng sử dụng mạng cảm biến công nghệ LoRa

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ1 1.1 Sự cần thiết của các hệ thống đèn chiếu sáng công cộng 1 1.3.2 Những hệ thống và giải pháp chiếu sáng hiện nay 3 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế giám sát đèn chiếu sáng sử dụng

mạng cảm biến công nghệ LoRa

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Thiết kế giám sát đèn chiếu sáng sử dụng mạng cảm biến công nghệ LoRa

Giáo viên hướng dẫn

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ

1

1.1 Sự cần thiết của các hệ thống đèn chiếu sáng công cộng 1

1.3.2 Những hệ thống và giải pháp chiếu sáng hiện nay 3

1.4 Đề xuất giải pháp thiết kế một hệ thống chiếu sáng tại Việt Nam 8

2.3.2 Phạm vi triển khai mạng truyền thông không dây rộng 12

2.3.3 Vấn đề tiết kiệm năng lượng cho mạng truyền thông không dây 12

2.5 Các loại mạng truyền thông không dây thường được sử dụng

2.6.4 Các loại module LoRa hiện nay 18

2.7 Kiến trúc mạng truyền thông không dây trong hệ thống chiếu sáng 19

2.8 Kết luận 20

3.1 Mô hình hệ thống chiếu sáng và điều khiển chiếu sáng đề xuất 21

3.3 Kiến trúc hệ thống giám sát và chiếu sáng tự động 22

3.4.1 Mục tiêu thiết kế và cấu trúc phần cứng 23

3.5.6 Thiết kế Gateway từ Module Raspberry và LoRa Ra-02 40

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-4 Hệ thống chiếu sáng với tủ động lực điều khiển cả hệ thống 3Hình 1-5 Đèn đường LED trong chiếu sáng đô thị tại TP.HCM 5Hình 1-6 Bóng đèn cao áp Metal Halide trên tuyến đường cao tốc tại Châu Âu 5Hình 1-7 Hệ thống pin năng lượng mặt trời được thí nghiệm và đưa vào sử dụngtại đại học Bách Khoa Hà Nội

6

Hình 1-8 Hệ thống đèn đường thông minh được lắp ráp thử nghiệm tại TP.HCM 7Hình 1-9 Mô hình kiến trúc giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng dựa trênmạng truyền thông LoRa được đề xuất

9

Hình 2-2 Nguyên lý hoạt động của truyền thông không dây 11

Hình 2-11 Kiến trúc mạng một đường trong thực tế 19

Hình 2-13 Kiến trúc mạng hai đường trong thực tế 19

Hình 3-2 Kiến trúc hình sao của hệ thống chiếu sáng sử dụng công nghệ LoRa 22Hình 3-3 Cấu trúc một nút cảm biến gắn trên đèn đường 23

Hình 3-11 Sơ đồ chân của Vi Điều Khiển Atmega328P 28

Hình 3-14 Định dạng bản tin cho Node cảm biến 31

Hình 3-15 Lưu đồ thuật toán cho Node cảm biến 32Hình 3-16 Lưu đồ thuật toán chương trình con “xử lý tín hiệu từ Gateway” 33

Hình 3-23 Các GPIO của giao thức SPI trên Raspberry 39

Hình 3-26 Sơ đồ nối dây giữa Raspberry với Lora Ra 02 41Hình 3-27 Hình ảnh Gateway thực tế đã được thiết kế 41

Hình 3-30 Lưu đồ thuật toán cho chương trình con “xử lý dữ liệu từ Node” 44

Hình 3-33 Giao diện Web Server điều khiển trên máy tính 47Hình 4-1 Hình ảnh Node cảm biến mô phỏng và thực tế 48

Hình 4-5 Thực nghiệm khoảng cách truyền nhận thực tế lần 1 50Hình 4-6 Thực nghiệm truyền nhận khoảng cách thực tế lần 2 50

Hình 4-17 Hướng phát triển hệ thống cảnh báo ô nhiễm không khí 56

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2: Sơ đồ nối dây của Raspberry và Lora Ra-02… 41

LỜI CẢM ƠN

Đối với một sinh viên trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đồ án tốt nghiệp

là một minh chứng cho những kiến thức đã có được sau 5 năm học tập Trongquá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp, ngoài những có gắng của bản thân, em sẽkhông thể hoàn thành tốt được công việc của mình nếu không có sự chỉ bảo và

hướng dẫn tận tình của T.S Đỗ Trọng Hiếu Em xin được gửi lời cảm ơn chân

thành nhất đến thầy

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI NÓI ĐẦU

Internet of Things (vạn vật kết nối) thực sự đang trở thành tương lai của

hệ sinh thái công nghệ trên toàn thế giới, là tấm gương phản ánh sự phát triển củacông nghệ hiện nay, chính vì vậy mà IoT đã và đang được chính phủ đưa vào dự

án định hướng phát triển nhằm xây dựng nền tảng công nghệ và ứng dụng vàothành phố thông minh, nhà máy và công nghiệp thông minh, mạng lưới nănglượng và tiện ích thông minh Khi nói đến thành phố thông minh là nói đến việcquản lý tài nguyên của thành phố bằng cách tích hợp các giải pháp công nghệthông tin, truyền thông và internet vạn vật (IoT) Chiếu sáng thông minh là mộtphần không thể tách rời trong một thành phố thông minh và đây là một xu thếtrong thời đại công nghệ 4.0 Ở nước ta điện năng chiếu sáng chiếm khoảng 35%tổng điện năng tiêu thụ; trong khi trên thế giới tỷ lệ này chỉ chiếm khoảng 17%.Hiện đại hóa hệ thống đèn đường nhằm tiết kiệm điện năng và chi phí, đồng thờivẫn đảm bảo chất lượng chiếu sáng được xem là một giải pháp cấp bách

Nhận thấy tầm quan trọng và xu hướng phát triển này, nhóm đồ án chúng

em đã chọn đề tài “Thiết kế, giám sát đèn chiếu sáng sử dụng mạng cảm biếnkhông dây LoRa” là một phần trong quá trình nghiên cứu và thiết kế hệ thống

Đồ án tập trung thiết kế hệ thống giám sát điều khiển cho hệ thống chiếusáng trên các đoạn đường Nội dung đồ án được viết gồm ba chương, kết luận vàhướng phát triển Có thể chia đồ án thành ba phần chính sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống giám sát và điều khiển đèn chiếu sáng

đô thị

Chương 2: Tổng quan về mạng truyền thông không dây.

Chương 3: Xây dựng mô hình mạng cảm biến.

Chương 4: Kết quả thực nghiệm và hướng phát triển.

Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướngdẫn tận tình của thầy Đỗ Trọng Hiếu

Mặc dùng đã có nhiều cố gắng, nhưng không thể tránh được những sai sóttrong quá trình thực hiện cũng như trình bày Do vậy chúng em mong nhận đượcnhiều nhận xét, đánh giá của các Thầy (Cô) để em hoàn thiện đề tài trong thời

gian sắp tới Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN

ĐÈN CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ1.1 Sự cần thiết của các hệ thống đèn chiếu sáng công cộng

Nếu như trước đây chiếu sáng chỉ đẩy lùi bóng tối thì giờ đây với sự pháttriển vượt bậc của cách mạng khoa học kỹ thuật, đời sống vật chất của con ngườiđược cải thiện đáng kể, chức năng chiếu sáng ngoài việc đảm bảo điều kiện chosinh hoạt con người thì còn phải nâng cao giá trị thẩm mỹ công trình

Hiện nay ở Việt Nam điện năng cho chiếu sáng khoảng 35% tổngđiện năng tiêu thụ Trong đó hệ thống chiếu sáng công cộng đang là lĩnhvực cần phải tiết kiệm năng lượng do thiết kế lắp đặt thiết bị chiếu sángchưa hiệu quả và sử dụng điện trong chiếu sáng còn lãng phí

Theo thông tin từ trung tâm tiết kiệm năng lượng TP.HCM (ECCHCMC), hiện tại các thành phố lớn của Việt Nam chủ yếu dung đèn thủyngân cao áp cho hệ thống chiếu sáng Trong đó đơn của như Hà Nội 52%,Bắc Giang 65%, Hội An 60%,…Loại đèn này tiêu thụ nhiều điện năng,tuổi thọ trung bình chỉ đạt 6.000-18.000 giờ Hệ thống các trạm điều khiểnđèn vẫn chỉ được điều khiển bằng tủ cục bộ và hầu như điều khiển thủcông

Hình 1- 1 Đèn cao áp tiêu tốn nhiều năng lượng

Hiện nay nhà nước luôn kêu gọi tiết kiệm năng lượng điện, trongkhi hệ thống chiếu sáng công cộng lại vô cùng cần thiết với chức năngđảm bảo an toàn giao thông, trật tự an ninh xã hội, làm đẹp cảnh quan đôthị Khi hệ thống chiếu sáng công cộng được đầu tư xây dựng nghiêm túcchính là dấu hiệu để hình thành nên những khu dân cư tập trung và làmtiền đề cho sự phát triển của đô thị mới Thách thức cho các địa phươngliên quan đến mạng lưới công cộng là phải gia tang chất lượng chiếu sángnhưng lại giảm điện năng tiêu thụ Do đó, đây là một bài toán cần lời giảicho chính quyền các thành phố

1.2 Yêu cầu chung đối với hệ thống chiếu sáng đô thị

Yêu cầu chung đối với hệ thống chiếu sáng đô thị hiện nay:

Đảm bảo độ chiếu sáng cho từng vị trí trên đường

Đảm bảo an ninh cho người đi bộ, đi xe đạp, đi xe máy lưu thông trênđường

Làm sáng rõ các biển chỉ dẫn giao thông

Làm đẹp cảnh quan đô thị vào ban đêm

Với sự phát triển về kỹ thuật công nghệ các hệ thống chiếu sáng còn phảiđáp ứng được các mục đích tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và cómột hệ thống giám sát từ xa nhằm giúp tiết kiệm chi phí cũng như nhân

công lao động cho con người

hệ thống các cột đèn trên cả một tuyết đường

Hình 1- 3 Trạm biến áp cho cấp cho tủ điều khiển

Với những hệ thống chiếu sáng cổ điển và việc điều khiển hệ thốnghoàn toàn theo phương thức thủ công sẽ khiến cho hệ thống khá cồngkềnh, chiếm nhiều diện tích để xây dựng trạm biến áp và tủ điều khiển.Việc giám sát và bảo dưỡng luôn được thực hiện theo chu kì với việc đi ràsoát toàn bộ hệ thống để kiểm tra và khắc phục sự cố

Hình 1- 4 Hệ thống chiếu sáng với tủ động lực điều khiển cả hệ thống

1.3.2 Những hệ thống và giải pháp chiếu sáng hiện nay

Theo [1], trong những năm qua, nhu cầu tiêu thụ năng lượng ở nước

ta đang gia tăng mạnh mẽ, đáng chú ý là khu công nghệ xi măng và chiếusáng công cộng Do đó, việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quảđang là một trong những việc làm hết sức cần thiết và cấp bách trong thờiđiểm hiện nay Tại hội thảo tiết kiệm năng lượng gắn với kinh tế xanhtrong ngành công nghiệp chiếu sáng diễn ra sáng 22/4 tại Hà Nội, các đạibiểu đã tập trung thảo luận về các giải pháp tiết kiệm điện năng trongchiếu sáng

Việc thiết kế một hệ thống chiếu sáng ở Việt Nam hiện nay cũngkhông nằm ngoài xu hướng tiết kiệm năng lượng Sau đây là những giảipháp tiết kiệm năng lượng cho các hệ thống chiều sáng và đang được vẫn

hành thực tế hoặc thí điểm ở Việt Nam Các phương án thiết kế tiết kiệmnăng lượng có thể là một hoặc kết hợp các giải pháp dưới đây:

Giải pháp 1: Sử dụng công nghệ chiếu sáng LED thay thế cho những

hệ thống chiếu sáng sử dụng bóng đèn cao áp, sợi đốt, huỳnh quangvới những ưu điểm vượt trội Đèn LED có hiệu suất phát sáng cao hơn

so với sợi đốt lên đến 90% Theo PGS.TS Dương Ngọc Huyền –Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đèn LED và chiếu sáng rắn đangđược xem là lời giải cho chiếu sáng tương lai Xét về ứng dụng, chiếusáng LED có thể thay thế tất cả các nguồn truyền thống trong vòng 10-

15 năm tới Xét về hiệu quả kinh tế, đây là thiết bị phát sáng có hiệusuất cao nhất do con người tạo ra do đó mang lại hiệu quả cao Còn xét

về công nghệ, đèn LED hiệu quả hơn trong việc chuyển điện thành ánhsáng, vì vậy chúng tiết kiệm năng lượng hơn và tỏa ít nhiệt hơn Chúngcũng cho phép người sử dụng bật tắt thường xuyên hơn mà không gây

ra sự suy giảm đáng kể tuổi thọ bóng đèn trong so sánh với đèn huỳnhquang Đặc biệt, một trong những lợi ích năng lượng hiệu quả chínhcủa đèn LED là tỷ lệ chuyển hoá năng lượng thành ánh sáng cao hơnnhiều tỷ lệ chuyển hoá thành nhiệt [1] Đặc biệt đèn có tuổi thọ rất cao

từ 30.000 – 50.000 giờ lớn hơn rất nhiều so với đèn huỳnh quang vàsợi đốt; rất khó bị phá hủy bởi sự va đập, không hại và thân thiện vớimôi trường

Tuy nhiên một nhược điểm không thể tránh khỏi của các loại bóng đènLED đó là phần lớn hiệu suất bóng đèn Led phụ thuộc vào nhiệt độmôi trường xung quanh của môi trường hoạt động Điều này đặc biệtquan trọng khi xem xét ô tô, ngoài trời, y tế, quân sự và các ứng dụng

mà thiết bị phải hoạt động trên một phạm vi rộng lớn của nhiệt độ, vàđược yêu cầu phải có một tỷ lệ thất bại thấp

Giải pháp 2: Sử dụng đèn chiếu sáng công suất: Đèn Metal Halide có

ưu điểm chiếu sáng tốt hơn từ 3-5 lần so với các loại bóng đèn sợi đốtnhờ vào hỗn hợp cụ thể của Metal Halide, chúng có thể tạo ra nhiệt độmàu lên đến 5500K Ánh sáng phát ra có chất lượng cao, sáng hơn sovới các loại đèn bình thường Do đó, bóng đèn này thường được sửdụng chiếu sáng ở các khu vực rộng hoặc sử dụng ở đèn chiếu các loại

xe ô tô, xe máy, các khu vực nhà xưởng…

Tuy nhiên Metal Halide sử dụng công nghệ cũ cho nên không tránhkhỏi những nhược điểm Bóng đèn Metal Halide khởi động lâu hơn sovới các loại bóng đèn khác trên thị trường (từ 15-20 phút) Điều naydẫn đến người dùng phải sử dụng trong thời gian dài và không thể bậttắt theo ý muốn Mặt khác, độ bền của bóng không cao, tuổi thọ củabóng chỉ từ 6000 đến 15000 giờ sử dụng Điều này dẫn đến chi phíthay mới cho người dùng cao.[2]

Giải pháp 3: Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như: mặt trời, gió,

… để cung cấp cho các đèn tiết kiệm năng lượng và đèn LED Năng

lượng tái tạo là năng lượng từ các nguồn tài nguyên được bổ sung liêntục và không thể bị cạn kiệt, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, thủyđiện, gió, Chúng là một nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễmkhông khí, và không đóng góp vào sự nóng lên của khí hậu toàn cầu,hiệu ứng nhà kính Vì các nguồn năng lượng này là tự nhiên nên chiphí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp Tuy nhiên, một hạn chế chung chotất cả các nguồn năng lượng tái tạo là rất khó khăn để sản xuất ra mộtsản lượng điện lớn, đồng thời là công nghệ mới nên chi phí đầu tư banđầu là rất lớn.[3].

● Giải pháp 4: Hệ thống điều khiển bật tắt linh hoạt, có các chế độ hoạt

động điều chỉnh công suất chiếu sáng theo nhu cầu Xây dựng hệthống giám sát sự cố tiết kiệm chi phí vận hành

Dựa trên những giải pháp đã được nêu, Việt Nam cũng như thế giới

đã áp dụng một hoặc kết hợp các giải pháp trên để giải quyết các bài toán

về tiết kiệm năng lượng phục vụ chiếu sáng Dưới đây là những ví dụ thực

tế cho điều đó

a Hệ thống đèn LED chiếu sáng tại thành phố Hồ Chí Minh (giải pháp 1)

Hình 1- 5 Đèn đường LED trong chiếu sáng đô thị tại TP.HCM [4]

Theo [4], Trung tâm tiết kiệm năng lượng TP.HCM thay thế toàn

bộ hệ thống đèn trên bằng đèn LED công suất 65-200W, TP.HCM sẽ cótiềm năng tiết kiệm được 55.315.699kWh/năm, tương đương khoảng 88 tỷđồng/năm, ước tính giảm 31 tấn phát thải CO2 vào môi trường mỗi năm

● Ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệm năng lượng Lượng điệnnăng tiêu thụ của đèn đường LED có thể giảm 60% lượng điệnnăng tiêu thụ so với các loại đèn đường truyền thống

● Nhược điểm: chi phí ban đầu cao, độ chiếu sáng cao gây nhức mắt

b Hệ thống đèn Metal Halide tuyến đường cao tốc tại Châu Âu (giải pháp 1)

Hình 1- 6 Bóng đèn cao áp Metal Halide trên tuyến đường cao tốc tại Châu Âu.[5]

Theo [5], hệ thống đèn đường Metal Halide sản phẩm được thiết kếbởi trường Đại học Công nghệ Delft, Hà Lan Hệ thống sử dụng đèn MetalHalide kết hợp công nghệ cảm biến chuyển động, tự đông giảm cường độánh sáng của đèn đường khi không có người hoặc phương tiện giao thôngqua lại, giúp tiết kiệm đến 20% năng lượng

Khi có người hoặc phương tiện di chuyển vào làn đường, họ sẽđược phát hiện bởi hệ thống cảm biến của chiếc đèn đường gần nhất Sau

đó, toàn bộ hệ thống đèn sẽ được bật lên Ngay khi những phương tiệnnày đi qua, hệ thống đèn sẽ giảm cường độ ánh sáng

Hệ thống đèn đường thông minh đã được lắp đặt thử nghiệm trongmột khuôn viên của trường Đại học Delft và thu được những kết quả rấttích cực Sau đó, hệ thống được triển khai thí điểm tai 4 thành phố ở HàLan và 1 thành phố của Ireland Hiện, nó đã sẵn sàng để được đưa vàothương mại hóa

Hệ thống này không chỉ giúp giảm năng lượng tiêu thụ mà còngiảm phát thải khí CO2 đến 80%, trong khi đồng thời giảm chi phí bảodưỡng và ô nhiễm ánh sáng

Chintan Shah, người thiết kế hệ thống đèn đường này cho biết, cácthành phố nên nhận ra rằng, chỉ sau 3-4 năm, hệ thống đèn đường thôngminh sẽ giúp thu hồi được vốn đầu tư thông qua việc tiết kiệm chi phínăng lượng và chi phí bảo trì

Nhiều quốc gia Châu Âu đang triển khai và xây dựng hệ thống đènđường thông minh của riêng mình Trong đó, Đan Mạch và Phần Lanđang lên kế hoạch lắp đặt hàng chục ngàn đèn đường thông minh trongnăm tới

c Hệ thống pin năng lượng mặt trời đã và đang được sử dụng tại Đại học Bách Khoa Hà Nội (giải pháp 3)

Hình 1- 7 Hệ thống pin năng lượng mặt trời được thí nghiệm và đưa vào sử dụng tại đại

học Bách Khoa Hà Nội [6].

Theo [6], những tấm pin năng lượng mặt trời đã được thí nghiệm

và đưa vào sử dụng tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội Điều này đãgiúp nhà trường giảm chi phí điện năng cho việc chiếu sáng và một số hệthống khác Dự án này cũng đã được triển khai tại các trường đại học khácnhư đại học Bách Khoa TP.HCM và giải quyết được một phần vấn đề vềđiện năng cho các nhà trường

Ví dụ hệ thống pin năng lượng mặt trời trên mái của Đại học Bách Khoa –TP.HCM giai đoạn 1 bao gồm 614 tấm pin năng lượng mặt trời IREX 260 Wp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời của Đại học Bách Khoa – TP.HCM tạo ratổng sản lượng điện trung bình khoảng hơn 233.600 kWh/năm

● Ưu điểm đèn đường LED năng lượng mặt trời:

- Như cái tên, đèn đường LED sử dụng năng lượng mặt trời sử dụng ánhsáng và năng lượng mặt trời biến đổi thành điện năng Sau đó nó sẽchiếu sáng vào buổi tối

- Đây là dòng năng lượng có thể tái tạo được và không gây ô nhiễm môitrường Hiện nay đang là xu hướng phát triển của thế giới

- Việc vận hành chiếc đèn đường LED sử dụng năng lượng mặt trờikhông quá khó khăn Một ưu điểm nổi bật khác nữa của đèn LED là cótuổi thọ khá cao Dẫn đến tiết kiệm được rất nhiều chi phí sửa chữathay thế mỗi năm

● Nhược điểm:

- Nhược điểm lớn nhất của đèn đường LED sử dụng năng lượng mặt trời

là nó phụ thuộc khá nhiều vào thời tiết và khí hậu

- Không phù hợp tại các nơi có ít ánh nắng ánh mặt trời thường không

xuất hiện.

- Giá thành đầu tư ban đầu rất cao.

- Khi xuống cấp, hết hạn thì việc sử lý chất thải của những tấm pin nănglượng này rất độc hại và gây ô nhiễm tới môi trường

d Hệ thống đèn đường thông minh

Hệ thống đèn đường thông minh ‘Made in Vietnam’ giúp điềuchỉnh mức độ sử dụng các bóng đèn tùy thuộc vào nhu cầu, lưu lượngngười trên các tuyến đường, khu vực; có thể bật/tắt, chỉnh độ sáng theothời gian, mật độ người, phương tiện qua lại thông qua bộ cảm biến

Hình 1- 8 Hệ thống đèn đường thông minh được lắp ráp thử nghiệm tại TP.HCM

Do đội ngũ kỹ sư Việt Nam phát triển, thiết kế và sản xuất Hệthống điều khiển đèn đường thông minh được thiết kế nhằm tiết kiệmnăng lượng, bao gồm các bóng đèn chiếu sáng kiểu mới như đèn LED, bộđiều khiển cảm biến gắn trên cột đèn, các bộ phận truyền nhận tín hiệu và

hệ thống trung tâm điều khiển Các bộ phận này được kết nối có dây chophép truyền nhận tín hiệu hai chiều phục vụ chức năng điều khiển, giámsát

Hệ thống đã được thử nghiệm thực tế tại khu công nghệ cao ThànhPhố Hồ Chí Minh (Quận 9) kết quả cho thấy hệ thống đèn đường thôngminh giúp tiết kiệm 30-70% điện năng sử dụng cho chiếu sáng; 80% chiphí bảo trì; tiết kiệm chi phí vận hàng Đồng thời, hệ thống giúp nâng tuổithọ bóng đèn do giảm công suất và thời gian chiếu sáng

1.4 Đề xuất giải pháp thiết kế một hệ thống chiếu sáng tại Việt Nam

Qua việc tìm hiểu và nghiên cứu những ưu nhược điểm của những

hệ thống chiếu sáng đã và đang được triển khai trên thế giới cũng như ViệtNam thì đa số hệ thống chiếu sáng đều sử dụng truyền thông có dây Hệthống này có tín hiệu ổn định tuy nhiên một nhược điểm tồn tại là hệthống điều khiển rất phức tạp, tốn nhiều chi phí lắp đặt và cần phải bảo trìthường xuyên

Bên cạnh đó một số quốc gia cũng đã ứng dụng công nghệ Zigbee vàoviệc điều khiển đèn đường chiếu sáng Mạng Zigbee có chi phí lắp đặt vànăng lượng tiêu thụ thấp Tuy nhiên công nghệ này có vùng phủ sóng hẹp,còn gặp nhiều vấn đề trong truyền tin đi xa.

Để khắc phục những nhược điểm trên và phát triển thế mạnh của côngnghệ đã có, chúng em đề xuất việc sử dụng một mạng cảm biến điều khiểnđèn đường sử dụng công nghệ truyền thông không dây Lora Mạng truyềnthông LoRa với những ưu điểm vượt trội về khả năng tiết kiệm nănglượng, giá thành rẻ, dễ dàng thiết kế và độ bền cao Bên cạnh đó khoảngcách truyền tin đi xa là một lợi thế lớn so với Zigbee và các mạng khôngdây khác Đối với hệ thống sử dụng mạng truyền thông không dây côngnghệ LoRa, ngoài việc triển khai tại các đô thị, vùng đồng bằng, ta còn cóthể lắp đặt tại các vùng có địa hình hiểm trở, nơi mà việc đấu nối dây vềtrung tâm điều khiển còn gặp nhiều khó khăn, tốn kém

1.4.1 Định hướng xây dựng hệ thống

Đề tài đề xuất một hệ thống chiếu sáng tiết kiệm về mặt năng lượng vàtích hợp được những ưu điểm đang được sử dụng ở Việt Nam và trên thếgiới như được trình bày ở mục 3.2 Dưới đây là một phương án xây dựng

hệ thống:

Đề tài đề xuất một hệ thống chiếu sáng sử dụng các phương pháp tiếtkiệm năng lượng như đã trình bài ở mục 1.3.2 nhằm tạo ra một hệ thốngchiếu sáng tiết kiệm điện năng toàn diện và hiệu quả:

● Các cột đèn sử dụng đèn LED thay cho bóng đèn cao áp với mục đíchtiết kiệm năng lượng tiêu thụ

● Xây dựng một mạng cảm biến không dây giám sát, bật tắt các cột đènchiếu sáng từ xa bằng công nghệ truyền thông không dây Hệ thống cókhả năng điều khiển bật/tắt các đèn từ xa, điều khiển trên máy tính,đồng thời pháp hiện khi có sự cố và tiết kiệm chi phí kiểm tra bảodưỡng

● Xây dựng một mô hình mạng cảm biến áp dụng những ưu điểm củacác hệ thống chiếu sáng đã có tại Việt Nam và trên thế giới Đi theo xuthế phát triển của khoa học công nghệ và tiết kiệm năng lượng

1.4.2 Tổng quan về hệ thống chiếu sáng vừa được đề xuất

Hệ thống đề xuất được mô tả như hình sau:

Hình 1- 9 Mô hình kiến trúc giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng dựa trên

mạng truyền thông LoRa được đề xuất

Mô hình thiết kế hệ thống bao gồm ba phần chính:

a Hệ thống điều khiển trung tâm Gateway.

Hệ thống Gateway được đặt tại trung tâm điều khiển, có khả năng:

Năng lượng tiêu thụ thấp

Gửi thông tin điều khiển bật tắt đèn tới các Node thông qua mạng truyềnthông

Nhận dữ liệu phản hồi từ các Node

Đưa dữ liệu lên hệ thống giám sát

b Hệ thống chấp hành điều khiển đèn

Mỗi cột đèn trên một đoạn đường được gắn một Node điều khiển

Node này có khả năng:

Mỗi một Node được gắn một mã quy định về vị trí của đèn

Năng lượng tiêu thụ thấp

Điều khiển bật tắt đèn bằng Rơ-le

Nhận biết sự cố đèn cháy, hỏng thông qua cảm biến quang trở

Sử dụng công nghệ truyền thông LoRa để giao tiếp với khối điều khiểntrung tâm

Nhận thông tin bật, tắt đèn từ hệ thống điều khiển trung tâm, xử lý và thựchiện điều khiển Gửi dữ liệu về hệ thống điều khiển nếu đèn gặp sự cố

cháy, hỏng và vị trí của đèn đang ở đâu.

Việc giám sát và điều khiển các cột đèn trong mạng có thể được thựchiện thông qua gói phần mềm giá sát điều khiển trên máy tính Các nútđược đặt trực tiếp tại mỗi đèn giúp việc điều khiển từng đèn và việc quản

lý sự cố dễ dàng hơn

c Hệ thống quản lý giám sát trên máy tính

Hệ thống này được liên kết với hệ thống điều khiển trung tâm quaInternet Đặc điểm của hệ thống là giao diện trực quan, dễ dàng sử dụng

cho người vận hành điều khiển Hệ thống quản lý hiển thị dữ liệu nhậnđược từ hệ thống diều khiển trung tâm.

Ngoài ra hệ thống sẽ có thêm một ưu điểm vượt trội so với các hệthống trước đây đó là khả năng vận hành chủ động, người quản lý hệthống có thể dễ dàng ngồi tại trung tâm điều khiển và thấy được toàn bộtình trạng hoạt động của hệ thống khi có bất kì sự cố nào liên quan tới hệthống Cách làm này không chỉ giúp người vận hành hệ thống đưa ra chỉthị sửa chữa kịp thời hệ thống chiếu sáng khi có sự cố mà còn tiết kiệmđược chi phí kiểm tra, quản lý và bảo trì

Hệ thống chiếu sáng đề xuất được thiết kế sử dụng mạng cảm biếnkhông dây LoRa Do đó, trong phần tiếp theo của bài sẽ trình bày về mạngcảm biến không dây và công nghệ LoRa

1.5 Kết luận

Chương một đã giới thiệu tổng quan về hệ thống giám sát, điềukhiển đèn chiếu sáng ở trên thế giới và Việt Nam Qua việc phân tíchnhững ưu, nhược điểm của từng hệ thống, chúng em đã đưa ra một đề xuất

“Sử dụng mô hình mạng cảm biến công nghệ Lora vào thiết kế giám sátđèn chiếu sáng tại Việt Nam” Ở chương sau chúng em sẽ trình bày vềmạng truyền thông Lora, phân tích ưu, nhược điểm của mạng Lora so vớinhững hệ thống mạng truyền thông đã và đang được sử dụng hiện nay

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG KHÔNG

DÂY2.1 Mạng truyền thông không dây là gì?

Mạng không dây (Wireless Lan) là mạng sử dụng công nghệ chophép hai hay nhiều thiết bị ( Node ) kết nối với nhau bằng cách sử dụngmột giao thức chuẩn mà không cần những kết nối bằng dây mạng

Hình 2- 10 Mạng truyền thông không dây

Những ví dụ điển hình về mạng không dây là: mạng wifi, mạng 3G,mạng điện thoại di động, mạng bluetooth, mạng nội bộ không dây(WLAN), mạng cảm biến không dây, mạng truyền thông vệ tinh và mạngsóng mặt đất

2.2 Nguyên lý hoạt động của truyền thông không dây

Hình 2- 11 Nguyên lý hoạt động của truyền thông không dây

Mạng WLAN sử dụng sóng điện từ (vô tuyến và tia hồng ngoại) đểtruyền thông tin từ điểm này sang điểm khác mà không dựa vào bất kỳ kếtnối vật lý nào Các sóng vô tuyến thường là các sóng mang vô tuyến bởi

vì chúng thực hiện chức năng phân phát năng lượng đơn giản tới máy thu

ở xa

Dữ liệu truyền được chồng lên trên sóng mang vô tuyến để nó đượcnhận lại đúng ở máy thu Để nhận dữ liệu, máy thu vô tuyến bắt sóng(hoặc chọn) một tần số vô tuyến xác định trong khi loại bỏ tất cả các tínhiệu vô tuyến khác trên các tần số khác

2.3 Đặc điểm của mạng truyền thông không dây

Dưới đây là một vài đặc điểm nổi bật của truyền thông không dây, qua

đó ta thấy được thế mạnh của mạng và dễ dàng ứng dụng vào bất kỳ ứngdụng nào mà ta mong muốn [8]

2.3.1 Hoạt động tin cậy

Trong mạng truyền thông không dây, các Node không dây hoạt độngmột cách độc lập, trao đổi thông tin với nhau và truyền về nút Gatewaybằng tín hiệu không dây Việc sử dụng công nghệ truyền tin không dâygiúp tăng độ tin cậy so với phương thức truyền tin có dây ở đặc điểm:

● Dễ dàng trong việc lắp đặt

● Lắp đặt được ở những khu vực mà việc sử dụng dây khó khăn

● Giảm được rủi ro mất kết nối đường truyền do thiên tai hoặc do động vậtgây ra

Các Node không dây có thể lắp đặt và phân bố một cách dày đặc trongmột khu vực mà ta cần thu nhập thông tin và điều khiển Với sự phân bốnhiều thiết bị trong khoảng không gian, thông tin được truyền về nút chủtheo một được ngắn nhất qua đó giảm thời gian truyền và tăng độ chínhxác cho thông tin truyền về nút chủ Việc phân bố nhiều Node không dâytrong một khu vực cũng làm tăng độ chính các về thông tin giám sát khuvực theo dõi Trong trường hợp có nút nào đó gặp sự cố vì lý do nào đó, bị

hư hỏng hay thông tin gửi về không chính xác thì mạng vẫn hoạt độngbình thường và thông qua các thông tin của Node lân cận mà ta có thể xácđịnh được nguyên do sự cố để thay thế, sửa chữa kịp thời

2.3.2 Phạm vi triển khai mạng truyền thông không dây rộng

Các Node thực hiện nhiệm vụ thu nhập, giám sát, điều khiển và truyềnthông tin qua các Node khác Nhờ đó việc mở rộng mạng hoàn toàn thựchiện được Khi ta muốn mở rộng vùng giám sát và điều khiển thì ta chỉcần lắp thêm thiết bị Các Node sẽ được cấu hình theo ý người dùng và dễdàng sử dụng khi được lắp thêm thiết bị Với số lượng thiết bị trong mạng

lớn và khoảng cách truyền tin giữa các thiết bị trong mạng thì phạm vi

triển khai của mạng có thể lên đến hàng chục, hàng trăm km

2.3.3 Vấn đề tiết kiệm năng lượng cho mạng truyền thông không dây

Các nguồn cung cấp cho các Node thường là pin, ắc quy, pin nănglượng mặt trời,…Tuy nhiên các nguồn năng lượng này tới một thời điểm

sẽ cạn kiệt Do đó vấn đề tiết kiệm năng lượng là vấn đề mà tất cả các kỹ

sư thiết kế cần phải quan tâm về cả phần mềm và phần cứng

2.4 Các ứng dụng của mạng truyền thông không dây

Truyền thông không dây có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, từnhững ứng dụng trong quân đội đến các ứng dụng đó và quan sát môitrường, y tế, công nghiệp, nhà thông minh [9]

Các ứng dụng trong bảo vệ môi trường:

Giám sát mực nước sông hồ, đo tốc độ gió, lượng mưa

Phát hiện ô nhiễm không khí, khí thải độc hại

Phát hiện động đất, hoạt động của núi lửa

Phát hiện và giám sát cháy

rừng Các ứng dụng trong y

tế:

Định vị theo dõi bệnh nhân

Hệ thống báo động khẩn cấp

Thiết bị hỗ trợ theo dõi bệnh gắn trên cơ thể bệnh nhân

Đặc biệt với tình hình dịch bệnh Covid-19 hiện nay thì việc sự dụng mạngtruyền thông không dây kết hợp các máy đo thân nhiệt để phát hiện nhữngngười có thân nhiệt cao sẽ là ứng dụng cấp thiết

Các ứng dụng trong gia đình:

Hệ thống cảnh báo an ninh

Nhà thông minh

Hệ thống điều khiển thiết bị từ

xa Hệ thống giao thông thông

minh:

Giao tiếp giữa biển báo và phương tiện giao thông

Hệ thống dẫn đường

Định vị các phương tiện giao thông

Hệ thống điều khiển đèn đường thông minh

2.5 Các loại mạng truyền thông không dây thường được sử dụng hiện nay

Tùy vào ứng dụng, với mỗi bài toán khác nhau ta có thể sử dụng cáccông nghệ truyền thông không dây sao cho phù hợp Hiện nay có các bộtruyền dẫn không dây như: Lora, Zingbee, Bluetooth, Wifi,…

Hình 2- 12 Công nghệ Bluetooth

Có một số nhược điểm đối với Bluetooth Đầu tiên là nó có thể gâytiêu hao pin cho các thiết bị di động không dây, như điện thoại thôngminh, mặc dù khi công nghệ (và công nghệ pin) đã được cải thiện, vấn đềnày ít gây ảnh hưởng đáng kể hơn trước đây Tiếp đến bluetooth sử dụngtín hiệu yếu nên thường bị nhiễu và hạn chế các thiết bị có thể kết nốitrong môi trường “nhiễu loạn”

Ngoài ra, phạm vi khá hạn chế, thường chỉ mở rộng khoảng 30 feet(hơn 9m) và như với tất cả các công nghệ không dây, các chướng ngại vậtnhư tường, sàn hoặc trần nhà có thể làm giảm phạm vi này hơn nữa [10]

2.5.3 Công nghệ Zigbee

Là công nghệ truyền tin dành cho các ứng dụng công nghiệp, khoahọc Tần số 868MHz 915MHz ở Mỹ và Châu Úc, 2,4GHz ở hầu hết cácquốc gia trên thế giới Với khả năng tiêu thụ năng lượng thấp, giá thành

rẻ, tốc độ cao nên được sử dụng trong nhiều ứng dụng

● Không xuyên tường mạnh được, nếu nhà nhiều phòng thì sẽ bị giảm tínhiệu

● Độ ổn định không bằng thiết bị đi dây Tuy nhiên đây cũng là nhược điểmchung của tất cả các loại sóng khác [12]

2.5.4 Công nghệ LoRa

Là một chuẩn không dây mới trong những năm gần đây, được thiết kế đặcbiệt cho các ứng dụng mạng diện rộng công suất thấp Nó có thể hỗ trợ liênlạc ở khoảng cách lên tới 15 – 20 km, với hàng triệu Node mạng Nó có thểhoạt động trên băng tần không phải cấp phép, với tốc độ thấp từ 0,3kbps đếnkhoảng 30kbps Với đặc tính này, mạng LoRa phù hợp với các thiết bị thôngminh trao đổi dữ liệu ở mức thấp nhưng duy trì trong một thời gian dài [13]

Hình 2- 15 Công nghệ LoRa

Từ các kết quả trên, ta có thêm vài số liệu minh họa để so sánhhiệu năng hoạt động giữa công nghệ LoRa và các công nghệ không dâyphổ biến như sau:

Bảng 1: So sánh các chuẩn giao tiếp không dây

Ứng dụng Thiết bị di

động

Điều khiển,giám sát, thuthập thông tin

Mạng băngthông rộng

Điều khiển,giám sát, thuthập thông tin

Spread Spectrum)

Spectrum Sequence)

Division Multiplexing)

Mỗi công nghệ truyền thông không dây đều có những ưu nhượcđiểm riêng Tuy nhiên với mục tiêu thiết kế bài toán là điều khiển, giámsát việc bật tắt hệ thống chiếu sáng các cột đèn trên đoạn đường dài thì sốlượng đèn là tương đối lớn, cùng với vấn đề năng lượng tiêu thụ cần phảinhỏ, do đó công nghệ LoRa hoàn toàn phù hợp với bài toán này Vậy nênchúng em lựa chọn công nghệ LoRa để truyền nhận không dây trong bàitoán của mình

2.6 Mạng không dây LoRa

Hình 2- 16 Mạng không dây LoRa

2.6.1 LoRa là gì?

LoRa là viết tắt của Long Range được phát triển bởi Semtech, là một

kỹ thuật điều chế có nguồn gốc từ kỹ thuật “Chirp Spread Spectrum”(CSS), trong đó Chirp là viết tắt của “Compressed High Intetsity RadarPulse”, là một kỹ thuật sử dụng rất phổ biến trong sonar và radar Tín hiệuChirp có biên độ không đổi và tần số thay đổi, nếu tần số thay đổi từ tần

số thấp nhất đến tần số cao nhất thì được gọi là up-chirp và thay đổi từ tần

số cao nhất đến thấp nhất được gọi là down-chirp

Dựa trên kỹ thuật này, điều chế LoRa giúp làm tăng phạm vi truyềnthông đáng kể với công suất sử dụng rất thấp Cụ thể một module LoRavới công suất phát 100 mW và một vài tham số cấu hình cơ bản kèm theothì có thể truyền xa đến hơn 3km, còn với công suất phát 1W thì khoảngcách tương ứng là gần 10 km Với ưu điểm này, chúng ta có thể sử dụngLoRa để xây dựng các hệ thống IoT với các Node được đặt ở khoảng cách

xa hàng kilomet, sử dụng nguồn cung cấp dung lượng thấp như pin vớithời gian duy trì lên đến vài năm, giá thành thấp và không cần đến hệthống internet bao phủ

2.6.2 Các thông số của LoRa

Khi truyền đi một gói tin, thì hai thông số chúng ta quan tâm đó làkhoảng cách truyền (range) và tốc độ truyền (data rate) Đối với LoRa thì

2 giá trị trên phụ thuộc vào 3 thông số có thể điều chỉnh được: Băng thông(BW), hệ số trải phổ (SF) và tốc độ mã hóa (CR)

● Band Width – BW: xác định biên độ tần số mà tín hiệu chirp có thể thayđổi Các chip LoRa khác nhau sẽ cho phép tùy biến cấu hình các mứcbăng thông khác nhau, nhưng thông thường sẽ cấu hình ba mức băngthông phổ biến là 125kHz, 250kHz và 500 kHz Băng thông cao sẽ chophép mã hóa tín hiệu nhanh hơn, giúp thời gian truyền dữ liệu nhanh hơnnhưng bù lại khoảng cách truyền cũng sẽ ngắn đi

Hình 2- 17 Thông số của LoRa

● Spreading Factor – SF: xác định số lượng tín hiệu chirp khi mã hóa tín

hiệu đã được điều chế tần số (chipped signal) của dữ liệu, SF là các giá trịnguyên từ 7 đến 12 Ví dụ nếu SF = 12 có nghĩa là 1 mức logic của tínhiệu sẽ được mã hóa bởi 12 xung tín hiệu chirp Giá trị SF càng lớn thìthời gian truyền dữ liệu sẽ lâu hơn nhưng đổi lại tỉ lệ lỗi bit BER sẽ giảm

và khoảng cách truyền cũng sẽ xa hơn

● Coding Rate – CR: là số lượng bit được tự thêm vào trong payload gói tinLoRa để mạch nhận có thể sử dụng để phục hồi lại một số bit dữ liệu đãnhận sai và từ đó phục hồi được nguyên vẹn dữ liệu payload CR là cácgiá trị nguyên từ 1 đến 4 và thường biểu thị ở dạng 4/CR+4 (ví dụ: 4/5,4/6, 4/7, 4/8) Do đó, sử dụng CR càng cao thì khả năng nhận dữ liệu đúngcàng tăng, nhưng bù lại chip LoRa sẽ phải gửi nhiều dữ liệu hơn và làmtăng thời gian truyền

Tóm lại tùy vào mục đích ứng dụng ưu tiên hơn về khoảng cách haytốc độ truyền mà chúng ta có thể cấu hình các tham số BW, SF, CR phùhợp Ví dụ nếu mục đích của ứng dụng là thu thập các giá trị của cảm biếncần truyền ở khoảng cách xa không quá yêu cầu về thời gian, vì vậy sẽkhông yêu cầu băng thông lớn nên chúng ta sẽ cấu hình các hệ số BW

thấp (125 kHz), SF cao (12) và CR có thể tùy chỉnh Chúng ta có thể tínhtoán tốc độ dữ liệu data rate dựa vào các tham số ở đây.

2.6.3 Các tần số của LoRa

Khi nói đến truyền thông không dây, một vấn đề luôn được quan tâmhàng đầu khi sử dụng để nghiên cứu hoặc triển khai thực tế đó là dải ẩn sốhay băng tần hoạt động của công nghệ đang sử dụng Dựa vào mục đích

sử dụng, có thể chia thành 2 loại là băng tần cần được cấp phép (phải trảphí để sử dụng), gọi là licensed band và băng tần không cần cấp phép(miễn phí trong điều kiện ràng buộc nhất định), gọi là unlicensed vàthường được biết đến với tên gọi là dải tần ISM (chuẩn băng tần đượcdành cho vô tuyến ngành công nghiệp, khoa học và y tế)

Sóng LoRa hoạt động trong dải tần ISM nghĩa là chúng ta không cầnphải trả thêm bất kỳ chi phí nào để sử dụng nhưng bù lại sẽ phải tuân thủcác quy định về công suất phát, và dĩ nhiên là dễ chịu ảnh hưởng bởi cácloại nhiễu Các khu vực khác nhau trên thế giới sẽ sử dụng ở các băng tầnkhác nhau: 169 MHz, 433 MHz, 868 MHz (Châu Âu) và 915 (Châu Mỹ)

Ở Việt Nam chúng ta hiện LoRa có thể sử dụng ở băng tần 433 MHz

2.6.4 Các loại module LoRa hiện nay

Để có thể xây dựng ứng dụng với LoRa, hiện nay trên thị trường có rấtnhiều module, kit phát triển để chúng ta có thể sử dụng Các moduletruyền nhận hiện nay bên trong đều tích hợp chip LoRa SX1276/77/78/79của hãng Semtech, trong đó chip SX1278 là phổ biến nhất với các module

sử dụng băng tần 433 MHz và SX1276 thường dùng cho các module hỗtrợ băng tần 868/915 MHz Các chip này hỗ trợ giao tiếp với vi điều khiểntheo chuẩn SPI, sử dụng chuẩn này có thể cấu hình được đầy đủ các thông

số mình nhắc đến bên trên như BW, SF, CR và các thông số khác như thayđổi tham số điều chế, băng tần, data rate, địa chỉ, công suất phát, các chế

độ hoạt động, cấu hình tiết kiệm năng lượng,… nên ứng dụng có độ linhđộng và tùy biến cao Chúng ta có thể tham khảo một vài module giao tiếptheo chuẩn SPI: Heltec WiFi LoRa 32, Dragino LoRa Shield,RFM95/96/97/98W

Hình 2- 18 Module Heltec WiFi LoRa 32 và RFM98W

Ngoài ra còn có các module hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn UART, bêntrong module đã tích hợp sẵn một vi điều khiển trung gian (như STM8,

STM32,…) và một LoRa chip, các module loại này thường sẽ không hỗtrợ lập trình các tham số gốc như BW, SF, CR mà thông qua giao tiếpUART chỉ hỗ trợ cấu hình các tham số cơ bản khác để xây dựng ứng dụngtruyền nhận đơn giản nhất có thể như: băng tần, địa chỉ nguồn, địa chỉđích, công suất phát, data rate, các chế độ hoạt động đã tùy biến,…Module loại này phổ biến nhất là các dòng E32 LoRa của hãng Ebyte như:E32-TTL-100 (433T20DC), E32-TTL-1W (433T30D),… [14].

Hình 2- 19 Module E32-TTL-100 và E32-TTL-1W [14].

2.7 Kiến trúc mạng truyền thông không dây trong hệ thống chiếu sáng

Với bài toàn giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng trong khu

đô thị, với công nghệ LoRa đã tìm hiểu, trong phần này sẽ trình bày tổnghợp một số kiến trúc mạng cảm biến không dây phù hợp cho ứng dụng đãđặt ra

2.7.1 Kiến trúc mạng một đường

Dưới đây là hai hình ảnh mô tả kiến trúc mạng một đường:

Hình 2- 20 Kiến trúc mạng một đường trong thực tế [15]

Hình 2- 21 Mô hình kiến trúc mạng một đường

Các cột đèn trong hệ thống được sắp xếp thành một đoạn đườngthẳng Đây là mô hình mạng truyền thông dạng đường thẳng, mô hình này

là mô hình đơn giản và phổ biến nhất cho một hệ thống chiếu sáng Vậy

mô hình này phù hợp chiếu sáng ở các tuyến đường trong thành phố, khu

đô thị, xung quanh khuôn viên nhà xưởng,…Nhìn vào hình mô hình kiếntrúc mạng một đường thẳng , dữ liệu sẽ được gửi đồng thời đến các đèn

Ví dụ mô hình chiếu sáng có mười đèn, cả mười đèn cùng được đánh 1 địachỉ Khi gói dữ liệu điều khiển từ Gateway gửi đến địa chỉ đó, đồng thời

cả 10 đèn sẽ nhận được gói dữ liệu đó và bộ xử lý trong mỗi đèn sẽ phântích dữ liệu và thực thi dữ liệu đó theo đúng yêu cầu là bật hoặc tắt đèn.Sau khi thực hiện lệnh, các Node sẽ gửi lại cho Gateway gói dữ liệu,Gateway sẽ phân tích gói dữ liệu đó để biết được đèn có bị cháy hay gặp

sự cố hay không và vị trí của đèn gặp sự cố.[15]

2.7.2 Kiến trúc hai đường

Hình 2- 22 Kiến trúc mạng hai đường trong thực tế

Hình 2- 23 Mô hình kiến trúc mạng hai đường

Nhìn hai hình trên ta có thể thấy các cột đèn được sắp xếp hai bênđường Ứng dụng chính của mô hình này chủ yếu là chiếu sáng trên cáctuyến đường lớn, đường cao tốc có nhiều đường cần mật độ chiếu sángcao Nhìn tổng quan ta thấy cấu trúc này là cấu trúc mở rộng của mô hìnhmạng một đường Với mô hình này thì cách thức hoạt động sẽ giống như

mô hình mạng một đường [16]

2.7.3 Kiến trúc mạng ngã tư

Dưới đây là hai hình ảnh minh họa cho kiến trúc mạng ngã tư:

Hình 2- 24 Kiến trúc mạng ngã tư trong thực tế

Hình 2- 25 Mô hình kiến trúc mạng ngã tư

Kiến trúc mạng ngã tư có ứng dụng chính cho các đoạn đường rẽnhánh, các ngã tư trong thành phố Với cấu trúc mạng này, các đèn trêncùng một đường sẽ được gắn chung một địa chỉ, mỗi đường sẽ được quyđịnh bằng một địa chỉ riêng biệt Khi gói dữ liệu điều khiển từ Gatewaygửi đi, gói dữ liệu sẽ chứa địa chỉ của đường cần điều khiển Các Node sẽ

so sánh địa chỉ của bản tin gửi đến và địa chỉ của mình, nếu địa chỉ khácnhau thì các Node sẽ bỏ qua và không phân tích gói dữ liệu đó Node nào

có trùng địa chỉ thì vi xử lý bên trong sẽ nhận và phân tích gói dữ liệu đó,sau đó thực hiện lệnh điểu khiển

2.8 Kết luận

Trong chương 2 chúng em đã giới thiệu tổng quan về mạng truyềnthông không dây hiện nay Qua việc phân tích những ưu, nhược điểm củatừng mạng truyền thông chúng em đã đưa ra phương án lựa chọn mạngtruyền thông phù hợp với bài toán của mình