Báo cáo thực tập tổng hợp nghiên cứu về internet of things

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài “NGHIÊN CỨU VỀ INTERNET OF THINGS” Giảng viên hướng dẫn PGS TS HOÀNG MẠNH THẮNG Sinh viên thực hiện H[.]

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

ĐỀ TÀI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Họ và tên sinh viên: Hoàng Duy Báo

Khoá: 14 (2011-2015)

Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền thông

Hệ đào tạo: ĐHCQ

1/ Tên đề tài thực tập tốt nghiệp:

Nghiên cứu về internet of things

2/ Nội dung chính của đề tài thực tập tốt nghiệp:

1/ Lịch sử hình thành và phát triển của Internet of Things

2/ Kiến trúc của Internet of Things

3/ Ứng dụng của Internet of Things

4/ Thực tiễn Internet of Things tại Việt Nam

3/ Cơ sở dữ liệu ban đầu

Bài báo cáo thực tập tốt nghiệp được nghiên cứu chủ yếu dựa trên phương pháp dữ

liệu thứ cấp, toàn bộ sách tham khảo, các bài báo, tạp chí đều được khai tận dụng để nghiên cứu cụ thể và chi tiết về Internet of Things, cấu tạo, và ứng dụng của nó

4/ Ngày nộp đồ án: 23/02/2015

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

MỞ ĐẦU

Tuy đã nhe nhóm từ lâu nhưng kỷ nguyên Internet of Things chỉ thực sự được sự đượcbiết đến và bùng nổ mạnh mẽ trong những năm gần đây, sau sự phát triển củasmartphone, tablet và những kết nối không dây

Và ngay sau khi nhận được sự chú ý của cộng đồng, Internet of Things đã cho thấytiềm năng của mình với những số liệu đáng kinh ngạc, theo nhà cung cấp mạng hàngđầu Cisoc dự báo đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, baogồm hàng tỷ thiết bị di động, tivi, máy giặt

Để thấy được sự phát triển của lĩnh vực này, tác giả đã đi sâu nghiên cứu về lịch sửhình thành và phát triển, cũng như cấu trúc, ứng dụng của Internet of Things, và cuốicùng đánh giá cơ hội và thách thức của Internet of Things tại Việt Nam Thứ tự nghiêncứu tương ứng với thứ tự trình bày các đề mục trong bài nghiên cứu

Do thời gian hạn hẹp, cùng với sự hạn chế về tài liệu tham khảo, bài nghiên cứu vẫncòn những thiếu sót, mong nhận được sự đóng góp của độc giả

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết sâu sắc tới PGS.TS Hoàng Mạnh Thắng, người đãtận tình hướng dẫn, giúp đỡ và và đưa ra những lời khuyên hữu ích giúp tôi hoàn thiệnbài nghiên cứu Nếu không có sự tận tình giúp đỡ của thầy, tôi khó lòng hoàn thành bàibáo cáo trong thời gian hạn chế như vậy Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn thầy Tiếp theo tôi cũng xin cảm ơn giáo viên chủ nhiệm Phạm Lê Huyền Nhờ có nhữngthông tin hữu ích, sự dẫn dắt nhiệt tình, toàn thể K15 khoa Điện tử thông tin mới cóthể hoàn thành xuất sắc những yêu cầu được đề ra

Cuối cùng, tôi cũng xin cảm ơn các bạn trong khoa Điện tử thông tin cùng với các thầy

cô giáo bộ môn đã giúp đỡ giải đắp những thắc mắc của tôi để có thể hoàn thiện bàibáo cáo

MỤC LỤC

Chương 1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA INTERNET OF THINGS………

1.1 Lịch sử hình thành và khái niệm………

1.2 Sự phát triển………

1.3 Những yếu tố ngăn cản sự phát triển của Internet of Things………

Chương 2 CẤU TRÚC CỦA INTERNET OF THINGS………

2.1 Cấu hình của Internet of Things………

2.2 kiến trúc cơ bản của Internet of Things………

Chương 3 ỨNG DỤNG CỦA INTERNET OF THINGS……….

3.1 Xây dựng và tự động hóa nhà cửa………

3.2 Thành phố………

3.2.Môi trường………

3.4 Năng lượng………

3.5 Nông nghiệp………

3.6 Công nghiệp………

3.7 Hệ thống y tế………

Chương 4 THỰC TIỄN INTERNET OF THINGS TẠI VIỆT NAM………

4.1 Cơ hội………

4.2 Thách thức………

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH

Hình 1: Ước tính IOT đến năm 2020………

Hình 2: Cấu phần của IoT………

Hình 3: Ultra-nhỏ gọn hiệu suất cao e-la bàn: gia tốc 3D và mô-đun từ kế 3D… Hình 4: Cảm biến áp suất MEMS: 2.5 X 2.5 mm………

Hình 5: Analogue MEMS Microphone………

Hình 6: Layered Architecture của BlueNRG – Bluetooth………

Hình 7: Ứng dụng của IOT………

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

Bluetooth………BLE

Local area network……….LAN

Internet of things………IOT

Information Communication Technology……… ICT

System on Chip……… SOC

CHƯƠNG 1:LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA

INTERNET OF THINGS

1.1 Lịch sử hình thành và khái niệm

Internet of Things (IoT) đã xuất hiện ngay khi có sự ra đời Internet, khi các nhà

phát minh mong muốn kết nối tất cả mọi thứ qua một mạng lưới đồng nhất để cóthể điều khiển chúng phục vụ cho mục đích của con người

Theo những tư liệu về IoT, có thể xem chiếc máy bán nước giải khát tự động tạitrường Đại học Mỹ Carnegie Melon vào đầu những năm 1980 như là một thiết bịđầu tiên mở màn cho xu hướng này Chiếc máy được lập trình để có thể kết nốivới người điều khiển qua Internet, nhằm kiểm tra tình trạng của máy và bổ sungnước khi cần thiết mà không cần sự tiếp xúc kiểm tra trực tiếp

Sau đó, khái niệm Internet of Things chỉ thực sự được đưa ra vào năm 1999, khi

mà người ta bắt đầu nhận thấy tiềm năng của xu hướng này, bên cạnh việc mạngInternet cũng như nhiều rào cản về mặt khoa học công nghệ đã dần được khaiphá

SAP AG nhà sản xuất hàng đầu các gói phần mềm cho doanh nghiệp định nghĩa IOT nghĩa là: 

“Một thế giới mà các thiết bị thông minh có thể giao tiếp được với nhau thông qua một mạng thông tin đã được thiết lập trước đó và các thiết bị đó trở thành 1

bộ phận trong các hoạt động của hệ thống Hệ thống cơ sở hạ tầng mạng là yếu

tố phải có sẵn để có thể liên kết với các thiết bị thông minh để có thể điều khiển

và giám sát các thiết bị trong hệ thống”

Trong khi đó, CASAGRAS đưa ra 1 định nghĩa khác về IOT vào năm 2009 như sau:

“Một cơ sở hạ tầng mạng lưới liên kết các thành phần thiết bị thông qua việc khai thác thu thập dữ liệu và khả năng thông tin liên lạc giữa các thiết bị với nhau.Cơ sở hạ tầng mạng này là hệ thống mạng Internet hiện có, các thiết bị cùng với sự phát triển trong tương lai của hệ thống Nó sẽ cung cấp cho các thiết

bị khả năng kết nối, truyền thông và cảm biến làm cơ sở cụ thể cho sự phát triển

hệ thống và các ứng dụng cụ thể Những điều này sẽ được đặc trưng bởi các yếu

tố như sự độc lập trong việc thu thập dữ liệu, sự trao đổi thông tin giữa các thiết

bị, khả năng kết nối mạng và khả năng tương tác giữa thiết bị với thiết bị, với thiết bị với hệ thống và ngược lại"

Theo định nghĩa từ Wikipedia:

“Internet of Things (IoT) là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet”

Qua những cách định nghĩa trên, có thể hiểu Internet of Things là khi tất cả mọithứ đều được kết nối với nhau qua mạng Internet với những đặc điểm

- Có thể kết nối ở mọi lúc , mọi nơi

1.2 Sự phát triển của IOT

IOTcó thể thay đổi hoàn toàn cách sống của con người trong tương lai Khi mọivật đã được Internet hóa người dùng có thể điều khiển chúng từ bất kỳ nơi nào,không bị giới hạn về mặt không gian và thời gian chỉ cần một thiết bị thông minh

có kết nối Internet IOT đang là chìa khóa của thành công trong tương lai

Theo ước đoán của các nhà nghiên cứu thị trường thì đến năm 2020, toàn thế giới

sẽ có 34 tỷ thiết bị kết nối Internet - tức là trung bình mỗi người sẽ sở hữu hơn 4thiết bị có thể online Các thiết bị này chắc chắn sẽ tạo nên một cuộc cách mạng

trong cuộc sống con người, đó gọi là cuộc cách mạng Internet of Things.

Hình1 Ước tính IOT đến năm 2020

IOT đến năm 2020

+ 4 tỷ người kết nối với nhau

+ 4 ngàn tỷ USD doanh thu

Để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau, chúng sẽ cần một hoặc nhiều giao thức(protocols), có thể xem là một thứ ngôn ngữ chuyên biệt để giải quyết một tác

vụ nào đó

Những giao thức như thế này hoạt động tốt bởi các máy chủ web, mail và FTP thường không phải giao tiếp với nhau nhiều, khi cần, một phần mềm phiên dịchđơn giản sẽ đứng ra làm trung gian để hai bên hiểu nhau Còn với các thiết bị IoT, chúng phải đảm đương rất nhiều thứ, phải giao tiếp với nhiều loại máy móc thiết bị khác nhau Tuy nhiên, hiện vẫn chưa có nhiều sự đồng thuận về những giao thức để IoT trao đổi dữ liệu Nói cách khác, tình huống này gọi là

"giao tiếp thất bại", một bên nói nhưng bên kia không nghe

Hàng rào subnetwork

Như đã nói ở trên, thay vì giao tiếp trực tiếp với nhau, các thiết bị IoT hiện nay chủ yếu kết nối đến một máy chủ trung tâm do hãng sản xuất một nhà phát triển

nào đó quản lí.Những thiết bị vẫn hoàn toàn nói được với nhau thông qua chức năng phiên dịch của máy chủ rồi Thế nhưng mọi chuyện không đơn giản như thế, cứ mỗi một mạng lưới như thế tạo thành một subnetwork riêng, tuy nhiên máy móc nằm trong subnetwork này không thể giao tiếp tốt với subnetwork khác.

Một trong những vấn đề nói trên chỉ đơn giản là vấn đề về kiến trúc mạng, về kết nối mà các thiết bị sẽ liên lạc với nhau (Wifi, Bluetooth, NFC, ) Những điều này tương đối dễ khắc phục với công nghệ không dây ngày nay Tuy nhiênvới những vấn đề về giao thức thì phức tạp hơn rất nhiều, nó chính là vật cản lớn và trực tiếp trên còn đường phát triển của Internet of Things

Chi phí

Cách duy nhất để những thiết bị IoT có thể thật sự giao tiếp đó là khi có nguồn kinh tế để mạnh khiến các nhà sản xuất đồng ý chia sẻ quyền điều khiển cũng như dữ liệu mà các thiết bị của họ thu thập được Ví dụ : một công ty thu gom rác muốn kiểm tra xem các thùng rác có đầy hay chưa Khi đó, họ phải gặp nhà sản xuất thùng rác, đảm bảo rằng họ có thể truy cập vào hệ thống quản lí của từng thùng một Điều đó khiến chi phí bị đội lên, và công ty thu gom rác có thể đơn giản chọn giải pháp cho một người chạy xe kiểm tra từng thùng một

Trên đây là toàn bộ những rào cản tác động trực tiếp đến sự phát triển củaInternet of Things Với những yếu tố cụ thể, IoT càng khó thể hiện sức mạnhcủa mình Ở chương 1, sơ lược về lịch sử, sức mạnh, cũng như những tác độngngăn cản sự phát triển của IoT được khai thác triệt để.Với chương tiếp theo, cấutrúc của IoT sẽ được làm rõ

CHƯƠNG II CẤU TRÚC CỦA INTERNET OF THINGS

2.1 Cấu phần của Internet of Things

Kiến 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 2 Cấu phần của IoTKiến trúc IoT được đại diện cơ bản bởi 4 phần:

- Vạn vật ( Things )

- Trạm kết nối ( Gateways )

- Hệ tầng mạng và điện toán đám mây ( Network and Cloud )

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

• Vạn vật (Things): Ngày nay có rất nhiều vật dụng đang hiện hữu trên thị trường gia

dụng và công nghệ Chẳng hạn như xe hơi, thiết bị cảm biến, thiết bị đeo và điện thoại

di động đang được kết nối trực tiếp thông qua băng tầng mạng không dây và truy cập

vào Internet Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được sàng lọc, kết nối và quản

lý dữ liệu một cách cục bộ, còn các thiết bị chưa thông minh thì có thể kết nối đượcthông 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 không được thiết kế để có thể kết nối với Internet và không thể chia sẻ dữliệu với điện toán đám mây Để khắc phục vấn đề này, các trạm kết nối sẽ đóng vai trò

là một trung gian trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đámmây một cách bảo 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 mạngnày bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp vànhiều thiết bị khác có thể kiểm soát lưu lượng dữ liệu lưu thông và cũng đượckết nối đến mạng lưới viễn thông và cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấpdịch vụ

 Trung tâm dữ liệu - hạ tầng điện toán đám mây: Các trung tâm dữ liệu và hạtầng điện toán đám mây bao gồm một hệ thống lớn các máy chủ, hệ thống lưutrữ và mạng ảo hóa được kết nối

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

Intel đã kết hợp những phần mềm quản lý API hàng đầu (Application ProgmramingInterface) là Mashery và Aepona để giúp đưa các sản phẩm và giải pháp IoT ra thịtrường một cách chóng và tận dụng được hết giá trị của việc phân tích các dữ liệu từ

hệ thống và tài sản đang có sẵn

2.2 Kiến trúc điển hình của Internet of Things

Một kiến trúc diển hình của IoT bao gồm hệ thống cơ bản, công nghệ không dây, hệthống điều khiển, cổng internet, cảm biến thông minh, gia tốc, Gyroscope, CompassMagnetic, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, MEMS Microphone,Bluetooth và tín hiệu nhiệt và quản lý pin

 Hệ thống cơ bản

Hệ thống cơ bản đề cập đến các thiết bị cổ điển , thực hiện nhiệm vụ được xác địnhnhư đồ gia dụng, điện chiếu sáng, đo năng lượng, truyền hình,vv…

 Công nghệ không dây

Công nghệ không dây kết nối hệ thống cơ sở để các thiết bị khác, mạng nội bộ hoặcđám mây. Công nghệ không dây cho phép giám sát và kiểm soát các hệ thống cơ bản

từ xa. Công nghệ không dây khác nhau phổ biến là Bluetooth, Bluetooth Smart,Zigbee, subGhz, Wi-Fi, vv…

 Hệ thống điều khiển

Thiết bị hệ thống điều khiển được sử dụng để giám sát các hệ thống cơ bản bằng cách

sử dụng công nghệ không dây. Hệ thống điều khiển hoặc có thể là một thiết bị chuyêndụng như điều khiển từ xa hoặc điện thoại thông minh và máy tính bảng. Điện thoạithông minh và máy tính bảng rất dễ dàng để tích hợp các thiết bị IOT

 Cổng Internet

Gateway là cửa sổ của hệ thống IOT nội bộ với thế giới bên ngoài. Nó hoặc có thể làmột cửa ngõ nhà chuyên dụng hoặc một điện thoại thông minh. Các công nghệ khácnhau được sử dụng như là cửa ngõ là GSM, GPRS, cáp quang hoặc đường dây internetkhác

 Cảm biến thông minh.

Cảm biến thông minh đã nổi lên như là một trình điều khiển rất quan trọng đối với sựphát triển của hệ thống IOT. Cảm biến thong minh đã làm cho nó có thể để theo dõichuyển động, môi trường và các thông số khác từ xa và chuyển giao cho các hệ thốngđiều khiển hoặc cổng thông qua công nghệ không dây. Nó đã làm thay đổi cuộc sốngcủa con người và thực hiện các thiết bị hiện có thông minh hơn

Cảm biến thông minh được sử dụng rộng rãi trong hệ thống IOT điển hình Một số cáccảm biến phổ biến nhất được đề cập dưới đây:

 Gia tốc

Cũng được gọi là một g-sensor, gia tốc có thể được sử dụng để phát hiện gia tốc tuyến

tính, độ rung, độ nghiêng, phát hiện rơi tự do Accelerometer được sử dụng để thựchiện các tính năng như san lấp mặt bằng ngang, chống trộm, cảnh báo rung động,pedometer, giám sát từ xa của người lớn và trẻ em , vv…

Hình 3 Ultra-nhỏ gọn hiệu suất cao e-la bàn: gia tốc 3D và mô-đun từ kế 3D

 Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất có thể phát hiện áp suất khí quyển của trái đất. Tính năng này có thểđược sử dụng để thực hiện các thước đo và đo độ cao. Cảm biến áp suất LPS25H từSTMicroelectronics là rất chính xác rằng nó thậm chí có thể được sử dụng để nói vớicác sàn xây dựng chính xác. Tính năng này có thể được sử dụng để thực hiện chuyểnhướng trong nhà, thực tế tăng cường và 3D GPS

Hình 4 Cảm biến áp suất MEMS: 2.5 X 2.5 mm

Hình 5 Analogue MEMS Microphone