Báo cáo chuyên đề kỹ thuật viễn thông đề tài tìm hiểu về an ninh bảo mật trong smart home

Từ đó giúp bạn kiểm soát và điều khiển các thiết bị thông minh trong nhà từ xa một cách tự động và đồng bộ một cách đơn giản và dễ dàng.. - Các thiết bị nhà thông minh hoạt động chủ yếu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU VỀ AN NINH BẢO MẬT TRONG

SMART HOME

Phạm Phan Tấn Minh

Võ Thiện Long Hoàng Bá Nghĩa

Đà Nẵng, 6/2022

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: THIẾT BỊ THÔNG MINH TRONG SMARTHOME 1

1.1 Giới thiệu chương 1

1.2 Một số thiết bị thông minh trong smarthome 1

1.2.1 Trợ lý ảo 1

1.2.2 Đèn thông minh 1

1.2.3 Robot hút bụi 2

1.2.4 Máy lọc không khí 3

1.2.5 Smartphone 3

1.3 Kết luận chương 4

CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ AN NINH THÔNG MINH TRONG SMARTHOME 5

2.1 Giới thiệu chương 5

2.2 Một số thiết bị an ninh thông minh trong smarthome 5

2.2.1 Cảm biến tiếp xúc 5

2.2.2 Cảm biến chuyển động 5

2.2.3 Cảm biến vỡ kính 6

2.2.4 Cảm biến môi trường 6

2.2.5 Camera 7

2.3 Cách vận hành cơ bản của một hệ thống an ninh thông minh 7

2.4 Kết luận chương 8

2.4.1 Ưu điểm của các thiết bị an ninh thông minh 8

2.4.2 Nhược điểm của các thiết bị an ninh thông minh 8

CHƯƠNG 3: CÁCH MỘT HỆ THỐNG BẢO MẬT TRONG SMARTHOME HOẠT ĐỘNG 9

3.1 Hệ thống nhà thông minh đi dây 9

3.1.1 Tổng quan về hệ thống nhà thông minh đi dây 9

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 10

3.1.3 Đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống 11

3.1.4 Kết luận chung về hệ thống 12

3.2 Hệ thống nhà thông minh không dây 12

3.2.1 Tổng quan về nhà thông minh không dây 12

3.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 12

3.2.3 Ưu điểm và hạn chế của 2 cách trên 14

3.3 Kết luận chung về hệ thống 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

CHƯƠNG 1: THIẾT BỊ THÔNG MINH TRONG SMARTHOME 1.1 Giới thiệu chương

- Thiết bị nhà thông minh là các thiết bị mà bạn có thể điều khiển thông qua môi trường internet, có khả năng tự động xử lý và thông báo cho người sử dụng Được điều khiển bằng nhiều phương thức như giọng nói, remote, smartphone

Từ đó giúp bạn kiểm soát và điều khiển các thiết bị thông minh trong nhà từ xa một cách tự động và đồng bộ một cách đơn giản và dễ dàng

- Trong thời đại công nghệ 4.0 ngày càng hiện đại và phát triển như hiện nay, việc sử dụng các thiết bị thông minh trong ngôi nhà sẽ giúp nâng cao chất lượng sống, mang đến sự tiện nghi và những điều thú vị mới mẻ cho cuộc sống hằng ngày của chúng ta

1.2 Một số thiết bị thông minh trong smarthome

1.2.1 Trợ lý ảo

- Với trợ lý ảo, ta có thể tiến hành thực hiện các lệnh điều khiển khác nhau.

- Nó có thể thay ta quản lý và điểu khiển các thiết bị trong nhà thông qua những

thiết lập trước đó của người dùng hoặc ra lệnh trực tiếp để đáp ứng yêu cầu

- Ra lệnh bằng giọng nói để thực hiện yêu cầu như: bật/tắt đèn, mở nhạc, tình

hình thời tiết, …

- Tích hợp trợ lý ảo trên các loa thông minh để phát thông báo cũng như là phản

hồi các thông tin

1.2.2 Đèn thông minh

- Khi phát hiện chuyển động, các đèn thông minh này sẽ tự động bật sáng lên.

- Giúp hạn chế các tình trạng mò mẫm trong tối để tìm công tắc đèn, mà nhiều

khi gây ra các phiền toái cho thành viên gia đình

- Ngoài ra còn có thể thay đổi màu sắc, độ sáng để phù hợp với các vị trí khác

nha trong nhà, như: phòng ngủ, nhà bếp, cầu thang, …

1.2.3 Robot hút bụi

- Một ngôi nhà thông minh sẽ không hoàn chỉnh nếu nó không thể tự làm sạch

chính nó Máy hút bụi thông minh hoặc robot hút bụi là một lựa chọn hoàn hảo

- Thực sự hữu ích và giúp tiết kiệm hiệu quả thời gian dọn dẹp ngôi nhà của

mình

1.2.4 Máy lọc không khí

- Sự ô nhiễm không khí ngày càng nhiều, nên với máy lọc không khí thông

minh sẽ giúp cho không gian trong ngôi nhà được trở nên sạch sẽ an toàn hơn

- Công nghệ Ion âm giúp tiêu diệt vi khuẩn, loại bỏ bụi, tính năng tạo ẩm, hút

ẩm,…

1.2.5 Smartphone

- Không chỉ đơn thuần là điện thoại để nghe gọi hay nhắn tin, mà ngày nay điện

thoại thông minh còn đóng vai trò là thiết bị giám sát, điều khiển những thiết

bị thông minh khác

- Thiết bị thông minh đều được kết nối internet, và ta có thể điều khiển chúng

qua các công tắc hoặc thông qua các ứng dụng trên smartphone Mọi thao tác quản lý đều đơn giản và dễ dàng tương úng với các lứa tuổi

- Đây được xem là thiết bị thông minh hữu dụng nhất, dễ dàng mang theo bên

mình đến bất cứ đâu

1.3 Kết luận chương

- Ngoài các thiết bị thông minh kể trên, còn có nhiều thiết bị khác cũng mang lại

những tiện ích cho ngôi nhà

- Các thiết bị nhà thông minh hoạt động chủ yếu bằng cách tương tác với các

thông số của môi trường thông qua các cảm biến thông minh (cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt, cảm biến khói, CO2, cảm biến mực nước) giúp người sử dụng có thể giám sát và điều khiển từ xa đem lại sự an toàn, tiện lợi, linh hoạt, tiết kiệm cho người sử dụng

- Dễ dàng sử dụng và điều khiển mà không tốn nhiều thời gian, công sức Bạn

có thể kiểm tra và điều khiển hoạt động của thiết bị thông minh ở bất kì đâu thông qua chiếc smartphone được kết nối Internet

- Trên thị trường đã có nhiều nhà sản xuất thiết bị thông minh, nên việc chọn

mua khá dễ dàng cho các hộ gia đình

CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ AN NINH THÔNG MINH TRONG SMARTHOME 2.1 Giới thiệu chương

- Công nghệ Internet kết nối vạn vật – IoT và Trí tuệ nhân tạo – AI ngày càng phát triển vượt bậc tạo ra những thiết bị thông minh thực thụ, ứng dụng cho không gian rộng lớn như nhà ở

- Gần như tất cả các thiết bị an ninh hiện nay đều là thiết bị không dây

- Đây là các thiết bị cần thiết để mọi người trong gia đình sống trong một môi trường an toàn trong thời đại số ngày nay

2.2 Một số thiết bị an ninh thông minh trong smarthome

2.2.1 Cảm biến tiếp xúc

- Đây là những thiết bị nhỏ, bằng nhựa, chạy bằng pin bao gồm một cảm biến và

một nam châm

- Đặt cảm biến trên một phần của cửa ra vào hoặc cửa sổ và đặt nam châm vào

phần kia

- Khi cửa ra vào hoặc cửa sổ mở ra, điểm tiếp xúc giữa chúng bị đứt và một tín

hiệu được gửi đến trung tâm

2.2.2 Cảm biến chuyển động

- Thường được đặt trên cao để bao phủ những khu vực mọi người phải di chuyển

qua khi họ ở trong nhà của mình

- Chúng chủ yếu sử dụng công nghệ sóng hồng ngoại phát hiện chuyển động

bằng cách cảm nhận nhiệt cơ thể

2.2.3 Cảm biến vỡ kính

- Một cảm biến vỡ kính lắng nghe âm thanh của kính vỡ.

- Vì cảm biến tiếp xúc có thể bị bỏ qua nếu trộm phá vỡ cửa sổ và sau đó trèo

qua để xâm nhập vào nhà, nên cảm biến chống vỡ kính là một biện pháp phụ tốt cho cửa sổ và cửa kính trượt

2.2.4 Cảm biến môi trường

- Rò rỉ khí gas, cháy nổ hay chập điện luôn là những nguy cơ tiềm ẩn luôn rình rập vị trí bên trong của mọi nhà

- Thiết bị sẽ cảnh báo lập tức ngay khi có những sự cố diễn ra trong nhà.

- Ngoài ra, ta có thể lắp thêm các thiết bị thông minh để tự động tắt điện, ngắt

khí gas, … nếu lúc đó ta không có ở nhà

2.2.5 Camera

- Là tiện ích phổ biến nhất.

- Nó có thể quan sát phát hiện chuyển động, nhận diện khuôn mặt.

- Ghi lại diễn biến của sự việc, giúp ích cho việc xem lại tình huống đã xảy ra.

2.3 Cách vận hành cơ bản của một hệ thống an ninh thông minh

- Các thiết bị có thể hoạt động bằng pin hoặc dùng điện trực tiếp trong nhà.

- Sau khi phát hiện được các mối nguy, thiết bị sẽ phát còi báo động, gửi thông

báo đến Smartphone của gia chủ

- Chúng được lắp đặt ở các vị trí trong nhà, nơi mà mang lại hiệu quả sử dụng

tốt

2.4 Kết luận chương

2.4.1 Ưu điểm của các thiết bị an ninh thông minh

- Việc trang bị các thiết bị giám sát an ninh không phải là một việc làm xa xỉ

- Dễ dàng chọn mua và lắp đặt tại nhà, cũng như việc sử dụng rất đơn giản

- Độ hiệu quả mang lại rất cao

2.4.2 Nhược điểm của các thiết bị an ninh thông minh

- Bên cạnh đó, các thiết bị an ninh giá rẻ trên thị trường hiện có rất nhiều nhưng cũng tiềm ẩn nguy cơ mang đến rắc rối cho chủ nhà như phát hiện, cảnh báo nhầm, gây bất tiện khi nhà có khách, có người lớn tuổi sinh hoạt không theo giờ giấc thông thường,

- Cần có nguồn phát điện dự phòng (Ví dụ: Bộ lưu điện UPS) để tránh sự gián

đoạn trong việc duy trì hoạt động của các thiết bị

CHƯƠNG 3: CÁCH MỘT HỆ THỐNG BẢO MẬT TRONG SMARTHOME

HOẠT ĐỘNG 3.1 Hệ thống nhà thông minh đi dây

3.1.1 Tổng quan về hệ thống nhà thông minh đi dây

- Hiện nay có khoảng gần 200 tiêu chuẩn và hàng nghìn nhà sản xuất thiết bị điều khiển toà nhà Tuy nhiên, các tổ chức tiêu chuẩn Mỹ ANSI hay NEMA chưa từng đưa ra bất kỳ khuyến cáo hay tiêu chuẩn nào về smartbuilding, ngoại trừ về KNX

- Tại châu Âu và đặc biệt châu Á - nơi được coi là tương lai của Trái đất trong những thế kỷ tới, tiêu chuẩn KNX đã chiếm lĩnh những thị trường lớn nhất như Trung quốc, Trung cận đông và Nga (hai phần ba nước Nga nằm ở châu Á)

- KNX là tiêu chuẩn smarthome được xây dựng từ năm 1990 tại Châu Âu Khi

mà người ta còn đang ngỡ ngàng với máy tính cá nhân thì ở Châu Âu đã có tiêu chuẩn về nhà và tòa nhà thông minh Tiêu chuẩn này độc lập với phần cứng và phần mềm, nghĩa là cho dù công nghệ có phát triển đến đâu thì tiêu chuẩn là không thay đổi Nó đảm bảo rằng các thiết bị KNX từ năm 1990 vẫn có thể giao tiếp và làm việc cùng với thiết bị KNX mới sản xuất ngày hôm qua và không có gì lỗi thời cả Để làm được điều đó, KNX quy định chuẩn giao tiếp giữa các thiết bị thông qua các telegram, chỉ cần tuân thủ tiêu chuẩn, các thiết

bị của các hãng khác nhau có thể giao tiếp và điều khiển trên cùng một hệ thống

- Nhờ tính ưu việt và sự nhất quán, tiêu chuẩn KNX hiện nay đã trở nên phổ biến nhất thế giới và được công nhận là tiêu chuẩn nhà thông minh trên toàn cầu Tiêu chuẩn KNX được quản lý bởi KNX Association, trụ sở tại Brussels, Bỉ

Hệ sinh thái thiết bị của KNX hiện nay vô cùng lớn mà không có tiêu chuẩn nào có thể so sánh được: 458 hãng sản xuất thiết bị theo tiêu chuẩn KNX với hàng vạn sản phẩm đa dạng Có thể kể đến các hãng điển hình như: ABB, Siemens, Schneider, GreenControls, Panasonic, Daikin, theben … Như thế có nghĩa là người sử dụng sẽ có nhiều lựa chọn thiết bị trên cùng một nền tảng tiêu chuẩn và không phải băn khoăn về việc các thiết bị có giao tiếp được với nhau không

- Xung quanh mỗi ngôi nhà, hệ thống KNX giúp cuộc sống trở nên đơn giản hơn bằng cách tăng khả năng tự động hóa của các thiết bị và cung cấp kiểm soát dễ dàng cho người dùng Đối với nhà thông minh, KNX có thể quản lý các chức năng như đèn, rèm, hệ thống an ninh, thiết bị nhà thông minh

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

- Thành phần quan trọng nhất của hệ thống là Bus coupling unit,

BCU hay Bộ kết nối hệ thống Bus Tất cả các thiết bị, thành

phần và chức năng sẽ được kết nối với nhau thông qua dây cáp

này

- Mỗi thiết bị bus có một bộ phận thông minh, gọi là BCU Các

tính năng được thiết lập bởi các bộ điều khiển ứng dụng, sẽ

được kết nối với BCU, như: nút ấn, relays, bộ điều chỉnh công

suất đèn, …

- Bus KNX được định tuyến song song với nguồn điện cung cấp

cho tất cả các thiết bị và hệ thống trên mạng liên kết gồm có:

Các bộ cảm thu thập thông tin và gửi tới hệ thống KNX thông

qua bus Thiết bị truyền động nhận các thông tin từ hệ thống

KNX để chuyển đổi thành hành động Bộ điều khiển Các thiết

bị và thành phần hệ thống

- Các thiết bị trong hệ thống được kết nối song song trên cặp

dây cáp tín hiệu Dữ liệu đươc truyền trên đôi dây đỏ và đen

- Ở thời điểm hiện tại, nhiều bộ truyền động cũng bao gồm chức năng của bộ điều khiển và các bộ cảm biến Điều đó giúp cho hệ thống KNX của tòa nhà hoặc nhà thông minh trở nên gọn gàng hơn đáng kể

- Mỗi hệ thống KNX đều có thành phần giao diện hệ thống bao gồm phần mềm ứng dụng và phần mềm vận hành Người dùng có thể truy cập hệ thống KNX qua mạng Internet và điều khiển thông qua máy tính, máy tính bảng, màn hình cảm ứng hoặc điện thoại thông minh

3.1.3 Đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống



 Ưu điểm

- Nhanh & ổn định: đây là một trong những tiêu chí đầu tiên để đánh giá chất lượng ngôi nhà Với hệ thống có dây, tất cả tín hiệu nối trực tiếp qua dây LAN

Vì vậy sự ổn định là điều chắc chắn

- Đảm bảo kết nối cho công trình lớn: Đối với công trình lớn hay tòa nhà, hệ thống có dây dường như là lựa chọn duy nhất để thực hiện giải pháp thông minh Vì hệ thống không dây có thể kéo dây Lan dài đến bất cứ nơi đâu Trong khi đó hệ thống không dây sử dụng sóng Nhưng độ phủ của bất kỳ loại sóng nào cũng có giới hạn

- Khả năng tải mạnh mẽ: Khả năng tải ý nói đến việc có thể chịu tải được bao nhiêu thiết bị trong cùng 1 thời điểm Một hệ thống tải mạnh mẽ sẽ cho phép hoạt động nhiều thiết bị một lúc Trong khi đó, hệ thống yếu có thể bị chập điện

và ngừng hoạt động

- Tránh rủi ro chập điện: Cũng liên quan đến khả năng về tải phía trên Do mạch

có dây tín hiệu đi mạnh mẽ, ổn định Nên cũng tránh được khả năng chập điện, treo hệ thống

 Nhược điểm

- Cần phải đục tường đi dây: đối với công trình mới xây dựng thì đục tường đi dây mạng không thành vấn đề nhưng với công trình đã hoàn thiện là một “trăn trở” lớn cho chủ nhà nếu muốn sử dụng hệ điện thông minh này

- Thi công đòi hỏi kỹ thuật cao & thời gian: Việc thi công hệ thống có dây phải tốn thời gian lắp đặt đi dây dài hơn Ngoài ra, kỹ thuật thi công cũng đòi hỏi đơn vị có chuyên môn và kinh nghiệm cao cũng như khả năng quản lý, làm việc với các bên thi công trình

- Giá thành cao hơn hệ không dây: Do phải cần lượng dây nhiều và tủ điện trung tâm cũng được thiết kế toàn diện hơn nên giá tiền cho hệ thống smart home có dây sẽ tương đối cao

3.1.4 Kết luận chung về hệ thống

Như vậy chúng ta đã có cái nhìn tổng quan về hệ thống nhà thông minh đi dây dựa trên tiêu chuẩn KNX, hiểu được nguyên lý hoạt động cũng như ưu nhược điểm của hệ thống này Tiêu chuẩn đường truyền KNX được thiết kế rất linh hoạt Về cơ bản bạn có thể lắp đặt các đường truyền với mọi loại công trình xây dựng và trong các điều kiện môi trường khác nhau: trong nhà, ngoài trời, ẩm, ướt…

3.2 Hệ thống nhà thông minh không dây

3.2.1 Tổng quan về nhà thông minh không dây

Hệ thống nhà thông minh không dây là hệ thông hoạt động dựa trên tiêu chuẩn giao thức liên lạc vô tuyến Các thiết bị trong nhà thông minh không dây sẽ được vận hành và điều khiển bởi các giao thức liên lạc vô tuyến như wifi, Z-wave, Zigbee,…

Vì vậy trong hệ thống nhà thông minh không dây ta có thể điều khiển ngôi nhà của mình thông qua thiết bị điện tử thông minh có ứng dụng điều khiển riêng Khi đó, mặc

dù ta đang ở xa nhà nhưng vẫn có thể quan sát, mở cửa, hay làm việc với các thiệt bị thông minh trong nhà chúng ta một cách thuận lợi

3.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Các thiết bị thông minh trong nhà thông minh không dây được điều khiển bởi 2 cách thức Cách thức đầu tiên đó là cách thức điều khiển không cục bộ, hay còn được gọi là hệ thống làm việc đựa trên đam mây xử lý Các thức thứ hai đó là cách thức điều khiển cục bộ, hay còn được gọi là hệ thống làm việc dựa trên bộ xử lý trung tâm

- Cách thức đầu tiên, cách thức hoạt động không có thiết bị cục bộ hay hệ thống hoạt động dựa trên đám mây xử lý (sử dụng wifi) Được miêu tả ở hình dưới:

Theo cách thức hoạt động này, các thiết bị an ninh sẽ được kết nối đến đám mây thông qua mạng internet, và đám mây bao gồm có đám mây xử lý và đám mây của thiết bị Lấy ví dụ giả sử ta muốn quan sát hoạt đông trong nhà thông qua camera khi ta đang không ở nhà bằng chiếc điện thoại thông minh có cài đặt ứng dụng dành cho nhà thông minh Thì khi ta click vào ứng dụng camera và muốn theo dõi hoạt động thì điên thoại của ta sẽ gửi tín hiệu đến đám mây chung Và từ đám mấy đó tín hiệu sẽ được nhận dạng rồi chuyển xuống đám mây con hay con gọi là đám mây của thiết bị, đám mây con sẽ xử lý lệnh và gửi yêu cầu đến camera của ta thông qua internet Sau đó camera thông minh ở trong nhà sẽ bắt đầu truyền dữ liệu trong thời gian thực đên đám mây con sau đó từ đám mây con lại truyền về cho chiếc điện thoại của ta Khi đó trên điện thoại của ta sẽ hiển thị lên hình ảnh trong nhà trong thời gian thực Về cơ bản đó là cách thức hoạt động của hệ thống thông minh không giây không

có bộ quản lý cục bộ

- Cách thức thứ hai, cách thức quản lý có thiết bị cục bộ (sử dụng sóng Z-wave

và Zigbee) hay còn gọi là hệ thống làm việc dựa trên bộ xử lý trung tâm Được miêu tả ở hình dưới: