Nghiên cứu giải pháp an ninh cho nhà thông minh

26 HVAC Hệ thống điều hòa không khí 27 ICMP Internet control message protocol là giao thức điều khiển của tầng IP sử dụng để trao đổi các thông tin điều khiển dòng dữ liệu, thông báo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN BÁ LINH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP AN NINH CHO NHÀ THÔNG MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- NGUYỄN BÁ LINH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP AN NINH CHO NHÀ THÔNG MINH

Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Tài Hưng

Hà Nội – 2017

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

LỜI NÓI ĐẦU xi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 1

1.1 Tổng quan về khái niệm tòa nhà thông minh 1

1.2 Hệ thống con xây dựng thông minh 2

1.3 Thiết bị IOT sử dụng trong các tòa nhà thông minh 4

1.4 Chức năng và dịch vụ của nhà thông minh 6

1.4.2 Quản lý năng lượng tái tạo cho nhà thông minh 7

1.4.3 Hệ thống chăm sóc sức khỏe 7

1.4.4 Dịch vụ đa phương tiện tiên tiến 8

1.4.5 Giám sát và an ninh 9

1.5 Home Area Network 9

1.5.1 Kiến trúc mạng truyền thông trong nhà thông minh 9

1.5.2 Yêu cầu với nhà thông minh HAN 13

1.5.1 Truyền thông an toàn 14

1.5.2 Vận hành mạng 16

1.5.3 Tối ưu hóa năng lượng 17

1.6 Mạng dây HAN 17

1.7 Mạng không dây HAN 19

1.7.1 Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 20

1.7.2 Không Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 21

1.8 Mạng không dây phù hợp với yêu cầu Diện tích chức năng 24

1.9 Kết luận chương 25

CHƯƠNG 2 AN NINH TRONG NHÀ THÔNG MINH 27

2.1 Các giai đoạn sử lý của hệ thống IOT 28

2.2 Mối đe dọa của IoT 30

2.2.1 Giai đoạn tấn công 30

2.2.2 Tấn công theo kiến trúc 33

2.2.3 Tấn công dựa trên các thành phần 39

2.3 Kết luận chương 40

CHƯƠNG 3 GIẢI PHÁP AN NINH CHO NHÀ THÔNG MINH 41

3.1 Tấn công và phòng chống Sniffing 41

3.1.1 Sniffing là gì 41

3.1.2 Sniffing thường xảy ra ở đâu 41

3.1.3 Các mối đe dọa về nghe lén 41

3.1.4 Cơ chế hoạt động chung của Sniffing 42

3.1.5 Các phương thức tấn công 43

3.1.6 Biện pháp ngăn chặn Sniffer 51

3.2 Tấn công từ chối dịch vụ 52

3.2.1 Khái niệm dos 52

3.2.3 Mạng Botnet 58

3.2.4 Một số công cụ tấn công 60

3.2.5 Biện pháp đối phó 62

3.2.6 Công cụ bảo vệ DOS/ DDOS 67

3.2.7 Kiểm tra thâm nhập DOS/ DDOS 69

3.3 Bẻ khóa mật khẩu 70

3.3.1 Các loại mật khẩu 70

3.3.2 Các loại tấn công mật khẩu 71

3.4 Đảm bảo an ninh mạng 72

3.4.1 Kiểm soát truy nhập 72

3.4.2 Kiểm soát sự xác thực người dùng (Authentication) 72

3.4.3 Phòng chống những người dùng trong mạng 72

3.4.4 Kiểm soát nội dung thông tin 73

3.4.5 Mã hoá dữ liệu 73

3.5 Kết luận chương 73

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH 74

4.1 Arduino Mega 2560 74

4.2 Mô Hình thiết kế 75

4.2.1 Web Server 77

4.2.2 Mã hóa MD5 78

4.2.3 HTTP và HTTPS 79

4.2.4 Giao thức SSL 81

4.3 Chương trình Demo 83

4.3.1 Demo tấn công khi không sử dụng MD5 và SSL 85

4.3.2 Demo tấn công khi sử dụng MD5 và SSL 89

4.4 Kết luận chương 90

KẾT LUẬN 92

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 API Giao diện lập trình ứng dụng

2 ARP Giao thức để xác định địa chỉ nguồn cho hardware address

3 AV Cổng kết nối hình ảnh cơ bản

4

BAN

Là sự kết nối của nhiều thiết bị điện toán đeo tay, hoặc cấy vào

cơ thể người Thu thập dữ liệu người dùng và chuyển nó tới cơ

10 CSP Dịch vụ điện toán đám mây

11 DC Các trung tâm dữ liệu

18 FHSS Nhảy tần số trải phổ nhanh

19 FTDI Chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý

20 FTP Giao thức truyền tải File

25

HTTPS

Một sự kết hợp giữa giao thức HTTP và giao thức bảo mật SSL hay TLS cho phép trao đổi thông tin một cách bảo mật trên Internet

26 HVAC Hệ thống điều hòa không khí

27

ICMP

( Internet control message protocol ) là giao thức điều khiển của tầng IP sử dụng để trao đổi các thông tin điều khiển dòng dữ liệu, thông báo lỗi và các thông tin trạng thái của bộ giao thức TCP/IP

28 ICQ Chat client được dùng để chat với mọi người

29 IETF Internet Engineering Task Force

30 IoT Internet of Thing ( Công nghệ vạn vật kết nối )

31 IPSO IP cho các đối tượng thông minh

33 IRC Là một dạng liên lạc cấp tốc qua mạng Internet

34 IrDA Hiệp hội Dữ liệu hồng ngoại

35 LAN Mạng truyền thông nội bộ

36 LOIC Là ứng dụng tấn công từ chối dịch vụ

37 LON Mạng điều hành địa phương

Tầng con giao thức truyền dữ liệu - một phần của tầng liên kết

dữ liệu trong mô hình 7 tầng OSI

40 MAN Và mạng lưới khu vực đô thị

44 MoCA Đa phương tiện trên Coax Alliance

45 NWK Liên kết dữ liệu và mạng

48 PIR Cảm biến hồng ngoại thụ động

53 RFC Tổ chức Lực lượng chuyên trách về kỹ thuật liên mạng

54 RFID Kỹ thuật nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến

62 UDP Giao thức cốt lõi của giao thức TCP/IP

63 UHD Truyền hình độ nét cực cao

64 UWB Băng siêu rộng

66 WLAN Mạng nội bộ không dây

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Cho thấy chi tiết các giao thức mạng không dây hỗ trợ trên tiêu

chuẩn IEEE 22

Bảng 2 Tiêu chuẩn mạng không dây Không Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 23

Bảng 3 Tốc độ dữ liệu thông số kỹ thuật theo lĩnh vực ứng dụng 25

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 1: Xây dựng phân loại khái niệm (Vẽ lại từ J.Panetal Truyền thông

Hình 1 2: Nhà thông minh và các hệ thống liên quan (Vẽ lại từ J.Panetal

Hình 3 19: Cấu hình kích hoạt ngắt TCP trên phần mềm IOS Cisco 65

Hình 4 1: Modul Arduino 2560 73

Hình 4 14 : Giao diện bắt gói tin có chứa nội dung đăng nhập 88

Hình 4 16 : Giao diện wireshask khi bắt gói tin chưa thông tin đăng nhập 90

LỜI NÓI ĐẦU

Các khái niệm xây dựng tòa nhà thông minh đã tồn tại trong hơn ba thập kỷ qua và định nghĩa của nó đã phát triển qua thời gian dài với những phát triển mới trong công nghệ Khi định nghĩa được mở rộng và phát triển thay thế cho các tòa nhà thông thường Tuy nhiên với việc áp dụng nhiều công nghệ mới thay thế những công nghệ đã cũ được sử dụng trong các tòa nhà bình thường tòa nhà thông minh đang chứng minh lợi thế của mình nhưng một điều có vẻ hơi trái ngược là số lượng tòa nhà thông minh được xây dựng lại luôn ít hơn nhiều nhà bình thường Điều này đặt ra nhiều thách thức đối với công nghệ nhà thông minh Tương tự như IoT nhà thông minh cũng có nhiều khái niệm được sử dụng và giới thiệu bởi các tổ chức khác nhau bao gồm các nhà sản xuất thiết bị và các viện nghiên cứu trên toàn thế giới

Qua đây Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Tài Hưng Khoa Điện tử viễn thông, Đại học Bách Khoa Hà Nội Đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình tôi thực hiện đề tài Tôi cũng xin gửi lời chân thành cám ơn tới Viện đào tạo sau đại học , Viện điện tử viễn thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 1.1 Tổng quan về khái niệm tòa nhà thông minh

Các khái niệm xây dựng tòa nhà thông minh đã tồn tại trong hơn ba thập kỷ qua và định nghĩa của nó đã phát triển qua thời gian dài với những phát triển mới trong công nghệ Khi định nghĩa được mở rộng và phát triển thay thế cho các tòa nhà thông thường Tuy nhiên với việc áp dụng nhiều công nghệ mới thay thế những công nghệ đã cũ được sử dụng trong các tòa nhà bình thường tòa nhà thông minh đang chứng minh lợi thế của mình nhưng một điều có vẻ hơi trái ngược là số lượng tòa nhà thông minh được xây dựng lại luôn ít hơn nhiều nhà bình thường Điều này đặt ra nhiều thách thức đối với công nghệ nhà thông minh Tương tự như IoT nhà thông minh cũng có nhiều khái niệm được sử dụng và giới thiệu bởi các tổ chức khác nhau bao gồm các nhà sản xuất thiết bị và các viện nghiên cứu trên toàn thế giới

Định nghĩa của viện nghiên cứu Building Efficiency cung cấp cho chúng ta cái nhìn khái quát nhất về tòa nhà thông minh Theo họ Tòa nhà thông minh được xây dựng với chi phí thấp và công nghệ xây dựng thân thiện với môi trường và người dân sinh sống, được áp dụng công nghệ thông tin vào việc điều khiển và giám sát hoạt động của tòa nhà

Định nghĩa nhà thông minh và các mục tiêu chức năng của nó đã tiến hóa liên tục do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, nổi lên từ các hoạt động nghiên cứu trong nhà tự động công nghệ liên quan và phát triển từ nhà mạng Định nghĩa chính sác của nhà thông minh đến nay cũng như IoT vẫn đang là một khái niệm tương đối mở hồ do chưa nhận được sự đồng thuận với một định nghĩa nào giữa nhà khoa học và các nhà phát triển công nghệ Một thông minh được mô tả là "Ngôi nhà được xây dựng thân thiện với môi trường và người dân cư ngụ trong ngôi nhà

và các hệ thống trong ngôi nhà được điều khiển tự động "có khả năng phản ứng với hành vi của người dân và để phục vụ nhiều phòng khác nhau và được chia thành bốn loại nhà thông minh:dựa trên tính năng chăm sóc sức khỏe , đa phương tiện và giải trí , an ninh và năng lượng hiệu qua ( D Zhang và MAA Pedrasa ) Theo dòng phát triển bởi các tác giả trên, Smart Home là nền tảng cho phép việc quản lý và kiểm soát các khu vực khác nhau của một nơi cư trú cung cấp: sự thoải mái và phúc

lợi xã hội, và an toàn, hợp lý quản lý năng lượng hiệu quả có khả năng chăm sóc sức khỏe cho người dân cư trú trong tòa nhà Khía cạnh quan trọng cho nền tảng này là sự dễ dàng cấu hình giá thành rẻ Do đó, nhà thông minh có thể được định nghĩa là một bộ tập trung và tuyên truyền các thông tin và các dịch vụ mà dự định

để trang trải toàn bộ các khu chức năng của một nhà, Chức năng này phải hoạt động không chỉ đối với các yếu tố đặc biệt ở trong nhà mà để cải thiện mức độ thoải mái

và chất lượng cuộc sống mà còn cung cấp một gateway hoặc giao diện với bên ngoài bởi các phương tiện tương tác với mô hình khác như một lưới điện thông minh và thành phố thông minh Có khả năng chia sẻ tất cả các thông tin quản lý với các yếu tố bên ngoài Ngôi nhà thông minh sẽ thay đổi hoàn toàn cách con người tương tác với nhau và cách họ quản lý cuộc sống riêng tư của họ Kết quả là, mọi người sẽ bắt đầu đóng một phần quan trọng trong nỗ lực này bằng cách bổ sung công nghệ để quản lý, do đó sẽ hỗ trợ họ để hạn chế lãng phí năng lượng và cũng để nhận được dịch vụ y tế, tập trung và cung cấp bởi bệnh viện

1.2 Hệ thống con xây dựng thông minh

Hệ thống con tòa nhà thông minh đã tiến hóa theo thời gian sau sự tiến bộ trong công nghệ thông tin và truyền thông và sự phát triển của các khái niệm mới như lưới điện thông minh hệ thống con hiện nay bao gồm ba hệ thống con cơ bản liên quan đến nhau, như mô tả trong hình 1.1:

a Hệ thống tự động hóa tòa nhà (BAS) Điều này đã có một quá trình phát triển lâu dài kể từ đầu những năm 1940, từ kiểm soát tập trung và bảng điều khiển

để giám sát các BAS mở tương thích với internet hay mạng nội bộ BAS đã áp dụng khác nhau thường được sử dụng Internet / truyền thông mạng nội bộ và các công nghệ phần mềm để theo dõi và kiểm soát hệ thống con xây dựng khác nhau như ánh sáng, sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC), an ninh và truy cập, hệ thống báo cháy, và nhiều hơn nữa

b Xây dựng hệ thống quản lý năng lượng và việc tương tác với nguồn năng lượng bên ngoài.(BEMGS) Điều này đã nổi lên từ việc xây dựng hệ thống quản lý năng lượng trong những năm gần đây sau sự chuyển đổi của lưới điện cũ thành một lưới điện thông minh Nó chịu trách nhiệm cho các hoạt động liên quan đến năng lượng bên trong và sự tương tác với lưới điện thông minh bên ngoài

Hình 1 1: Xây dựng phân loại khái niệm (Vẽ lại từ J.Panetal Truyền thông Điều

tra Hướng dẫn, IEEE)

Hình 1 2: Nhà thông minh và các hệ thống liên quan (Vẽ lại từ J.Panetal IEEE.)

c Xây dựng hệ thống quản lý công nghệ thông tin (CNTT) (BMITS) Điều này cho phép xây dựng với các chức năng tốt hơn và hiệu suất cao hơn thông qua việc trao đổi thông tin hai chiều giữa các hệ thống con khác để đạt được các mục tiêu khác nhau Nó cung cấp các phương thức quản lý tốt hơn thông qua hình ảnh và giọng nói, do đó làm tăng nhận thức và sự tham gia của người quản lý tòa nhà và cư dân trong về việc kiểm soát các hoạt động của BAS BMITS cũng tương tác với

BEMGS bằng cách thu thập dữ liệu tiêu thụ năng lượng và mô hình hóa, phân tích mức tiêu thụ năng lượng để có những cảnh báo sớm tới người quản lý Các kết quả

có thể được sử dụng để trong xây dựng chính sách hoặc thích ứng hệ thống năng lượng bên trong tòa nhà với lưới điện thông minh Những chính sách này được thực hiện bởi BAS và quản lý tòa nhà

1.3 Thiết bị IOT sử dụng trong các tòa nhà thông minh

Các thiết bị IOT sử dụng trong một môi trường xây dựng thông minh có thể được phân loại thành ba loại:

Các thiết bị điều khiểm kiểm soát, được sử dụng trong tòa nhà thông minh cho mục đích giám sát và kiểm soát tòa nhà;

Các thiết bị không dây di động, thường được sử dụng bởi các cá nhân, chẳng hạn như điện thoại thông minh, thiết bị kỹ thuật số, máy tính xách tay, các thiết bị Smart healtcare, máy ảnh kỹ thuật số, máy chơi game ,và

Thiết bị gia dụng thông minh, thường cố định và chủ yếu nằm trong không gian của mỗi căn hộ trong tòa nhà, chẳng hạn như TV, máy giặt, tủ lạnh, và như vậy Các thiết bị xây dựng IOT chính được sử dụng trong các tòa nhà thông minh bao gồm:

- Công tơ điện thông minh Về cơ bản thì nó là một thiết bị điện tử được sử dụng để ghi lại mức tiêu thụ năng lượng điện trong tòa nhà trong một khoảng thời gian nhất định nó thực hiện việc báo cáo tình hình tiêu thụ nặng lượng với một hệ thống quản trị thông qua nhiều phương thức giao tiếp vd Cáp quang, cá đồng, mạng không dây vv… Mặc dù thuật ngữ đo lường thông minh còn được áp dụng trong nhiều loại tài nguyên khác được sử dụng trong tòa nhà như nước sinh hoạt, khí đốt,

vv

- Mạng nội bộ không dây ( WLAN ) thường được sue dụng để cung cấp các truy cập không dây cho những người trong tòa nhà ( Hệ thống này bao gồm một số các điểm truy cập không dây được phân bố hợp lý khắp tòa nhà )

- Radio Frequency Identification (RFID) là một thiết bị không dây tầm ngắn

đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều năm RFID được xem là một trong những công nghệ cho IOT vì nó có cho phép tích hợp trong nhiều dịch vụ khác nhau của IoT Một hệ thống RFID điển hình bao gồm hai thành phần một đầu đọc thẻ và thẻ

hoạt động trong một tần số nhất định Hệ thống RFID trong các tòa nhà thường được sử dụng trong các hệ thống kiểm soát truy cập và quản lý cung cấp dịch vụ vv

- Hệ thống giám sát gồm các camera thông minh được sử dụng để kiểm soát

an ninh và kiểm soát truy nhập trong tòa nhà với công nghệ ngày càng phát triển các thiết bị ghi hình giám sát ngày càng được tích hợp nhiều ứng dụng phù hợp với một hệ thống IoT đang ngày càng phát triển ví dụ như hệ thống camera tích hợp hệ thống loa cảnh báo hệ thống camera nhiệt tích hợp cảnh báo cháy vv

- Các thiết bị cảm biến khác như cảm biến chuyển động Carbon dioxide (CO2) cảm biến, sen-sor hồng ngoại thụ động (PIR), cảm biến siêu âm, cảm biến cửa từ, và như vậy Các cảm biến CO 2 đo nồng độ carbon dioxide trong không khí

và thường được sử dụng để giám sát chất lượng không khí trong nhà Tuy nhiên, CO2 cảm biến cũng có thể là sử dụng để thu thập một số thông tin môi trường ở các khu vực nhất định dựa trên nồng độ CO2 tập trung ở khu vực đó Các biện pháp cảm biến PIR hồng ngoại (IR) ánh sáng tỏa ra từ các đối tượng trong đường dây trực tiếp của tầm nhìn Thông thường, một con người phát ra năng lượng nhiệt vô hình đối với mắt người, nhưng có thể được phát hiện bởi cảm biến PIR Tuy nhiên, các đường dây trực tiếp của thị giác và chuyển động liên tục yêu cầu là những hạn chế của các cảm biến PIR, và do đó, nó sẽ không thể phát hiện người ngồi văn phòng phẩm Các cảm biến siêu âm, trên Mặt khác, không yêu cầu này Các cảm biến siêu âm là một hoạt động sen-sor mà truyền và nhận tia siêu âm phản xạ từ đối tượng và chướng ngại vật

Hình 1 3: Ví dụ về các thiết bị IOT sử dụng trong các tòa nhà thông minh 1.4 Chức năng và dịch vụ của nhà thông minh

Các nhà thông minh đã được quan tâm đến bởi các nghiên cứu trong suốt 30 năm qua Một số chủ đề nghiên cứu này đã phân nhánh ra thành một loạt các ứng dụng Theo đó, các ngôi nhà thông minh sẽ cho phép quản lý và kiểm soát các khu vực khác nhau của ngôi nhà Dựa vào chức năng và dịch vụ đặc biệt có thể phân thành bốn loại đó là sử dụng và quản lý năng lượng hiệu quả, Chăm sóc sức khỏe, giải trí và An ninh

3.4.1 Quản lý năng lượng

Hơn một nửa số năng lượng tiêu thụ trong gia đình là điện Nhiệm vụ trọng tâm của quản lý năng lượng là giảm chi phí cho việc sử dụng năng lượng trong hộ gia đình mà không ảnh hưởng tới sức khỏe của người sử dụng Các chức năng của quản lý năng lượng trong nhà thông minh là Kiểm soát bật/tắt các thiết bị gia dụng Thu thập thông tin năng lượng tiêu thụ điện từ các máy đo và thu thập dữ liệu điện năng tiêu thụ từ các thiết bị khác nhau được sử dụng trong ngôi nhà từ đó tạo ra một bảng điều khiển và giảm sát cung cấp những thông tin phản hồi về tình trạng sử dụng năng lượng trong ngôi nhà Cung cấp biện pháp kiểm soát các thiết bị tiêu thụ

điện và cung cấp một điều khiển các thiết bị tiêu thụ điện Đang nổi lên xu hướng phát triển và mô hình áp dụng trong môi trường nhà thông minh thường dựa trên các thiết bị thông minh và thiết bị thường chẳng hạn như thiết bị đo thông minh có thể quản lý và giám sát thông qua mạng lưới tiêu thụ điện năng trong nhà Smarthome cho phép cá phẩn tử trong mạng tự động làm việc với nhau và làm cho nguồn lực của

1.4.2 Quản lý năng lượng tái tạo cho nhà thông minh

Các khái niệm phổ biến của quản lý năng lượng tái tạo của nhà thông minh có thể bao gồm việc sử dụng năng lượng mặt trời, gió và / hoặc các nguồn năng lượng tái tạo khác với một cơ chế tiêu thụ điện năng thông minh cho các thiết bị điện được đặt bên trong nhà và một lưới điện thông minh hợp tác để đảm bảo mối liên kết giữa chúng Với việc sử dụng công nghệ đo và hiển thị tiên tiến trong một ngôi nhà thông minh được thiết lập, người dùng hoặc chính hệ thống có khả năng làm giảm mức tiêu thụ năng lượng hoặc kiểm soát nguồn tiêu thụ điện năng của các thiết bị gia dụng những vẫn cung cấp cho người sử dụng sự thoải mái nhất trong một bài báo có đề xuất một hệ thống quản lý năng lượng bao gồm các nguồn năng lượng tái tạo cho việc sử dụng hiệu quả năng lượng được tạo ra bởi một nhà thông minh và các điện năng tiêu thụ của các thiết bị điện của ngôi nhà với một mô tả tổng thể hệ thống, từ phần mềm giao thức phần cứng sử dụng được trình bày A Tascikaraoglu điều tra một nhà thông minh thử nghiệm với một số các nguồn năng lượng tái tạo và hệ thống lưu trữ về nhiều khía cạnh như kiểm soát các thiết bị, quản

lý năng lượng và dòng điện trong nhà Ngoài ra, nghiên cứu này còn chỉ ra của một trong những thách thức đầu tiên để đánh giá sự đóng góp của sức mạnh từ các nguồn năng lượng tái tạo vào hiệu suất của khái niệm nhà thông minh Hiện tại thiết kế, thực hiện và kiểm tra các hệ thống nhúng tích hợp năng lượng mặt trời và lưu trữ nguồn năng lượng để sử dụng cho một ngôi nhà thông minh đang là một yêu cầu đặt ra với các nhà khoa học

1.4.3 Hệ thống chăm sóc sức khỏe

Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong nhà của chúng ta sẽ dẫn đến nhiều

cơ hội trong tương lai gần việc phát triển dịch vụ chăm sóc sức khỏe tại nhà sẽ là một phần không thể thiếu của nhà thông minh Một trong những vấn đề quan trọng

nhất là theo dõi sức khỏe và giám sát về thể chất của một người, như là một hệ quả của một dân số đang lão hóa nhu cầu quan trọng là Chăm sóc người già ngày càng tăng Các ngôi nhà thông minh cung cấp dịch vụ y tế Đã được nghiên cứu rộng rãi bởi nhiều tác giả Công nghệ chăm sóc sức khỏe thông minh gồm các thiết bị đơn giản (glucometers trong máu, Oximeters, máy đo huyết áp, vv) mà cung cấp kết quả đầu ra tiêu chuẩn cho sinh lý cụ thể, Các ứng dụng thông minh hoặc các phần mềm

có khả năng phân tích và đưa ra những cảnh báo sớm Cảm biến thường được tích hợp trên các thiết bị thông minh như (thiết bị chơi game, điện thoại thông minh và tấm lót), hoặc có thể mang trực tiếp trên người (ví dụ, đồng hồ vòng cổ vv…) và thiết bị xử lý (ví dụ, máy tính, máy tính bảng) Các giải pháp đề xuất có thể được áp dụng cho giải pháp chăm sóc sức khỏe riêng hoặc được tích hợp vào nhà thông minh Mỗi loại có những thách thức khác nhau Các bệnh nhân sử dụng các thành phần (ví dụ, các bộ cảm biến), có thể là vô hình và hữu hình Cho dù ở nhà,nơi làm việc (văn phòng của bác sĩ, bệnh viện), Vì việc thiết lập hệ thống công nghệ thông tin phục vụ cho công tác y tế chưa nhiều thông tin cá nhân, và vì vậy, vấn đề này phải đối mặt với nhiều khó khăn và các mối đe dọa an ninh thông tin Bảo vệ và truyền tải dữ liệu trong mạng phải đảm bảo chất lượng dữ liệu và tính toàn vẹn

1.4.4 Dịch vụ đa phương tiện tiên tiến

Các phương tiện giải trí truyền thống trong nhà đã được phát triển trong những năm qua và các hình thức mới của việc giải trí là rất phổ biến, mãi mãi thay đổi cách chúng ta thư giãn Việc áp dụng các phương thức giải trí vào ngôi nhà thông minh cho thấy tiềm năng phát triển rất lớn Home Area Media Networks (HAMNs)

là sự xuất hiện đã làm cho chất lượng đa phương tiện vượt ra ngoài các định dạng

độ nét cao (HD) của các thiết bị truyền thông Các định dạng lớn hơn nhiều được truyền tải trên các mạng cho độ trễ thấp, hiệu suất cao và QoS nghiêm ngặt (QoS)

Để có thể đáp ứng điều này, kiến trúc mạng mới được phát triển là mạng High-Definition Ultra-High-Definition (UHD) là Thế hệ tiếp theo của phương tiện truyền thông kỹ thuật số ví dụ., (HD) như 4 K và 8 K (4096 × 2160) và mười sáu (7680 × 4320) Nội dung UHD đòi hỏi băng thông cao giải pháp cho điều này được tìm thấy trong các mạng quang học

sở hạ tầng nhà thông minh N Komninos et al phân loại các rủi ro chính của sự tương tác giữa các thực thể trong một ngôi nhà thông minh và các môi trường điện toán lưới thông minh và đề xuất biện pháp đối phó an ninh đầy hứa hẹn cho các mục tiêu an ninh cụ thể

1.5 Home Area Network

1.5.1 Kiến trúc mạng truyền thông trong nhà thông minh

Một ngôi nhà thông minh có thể hoạt động một cách tương tác và độc lập đến một mức độ nhất định Những khả năng bổ sung sau đó có thể được sử dụng để cải thiện chất lượng cuộc sống trong các hộ gia đình trong nhiều khía cạnh, chẳng hạn như tự động hóa các nhiệm vụ thường xuyên, cung cấp các dịch vụ y tế, hợp lý hoá năng lượng tiêu thụ và tăng cường an ninh Kể từ khi thông số kỹ thuật nhà thông minh kết nối và công nghệ truyền thông tương đối mới và đang phát triển, hầu hết các giao thức truyền thông có sẵn được phát triển trước sự ra đời của nhà thông minh Do đó, nghiên cứu đánh giá là rất quan trọng để xác định xem các giao thức này còn phù hợp với yêu cầu truyền thông trong nhà thông minh nữa không Trong bối cảnh này, các mạng cục bộ phát triển và phù hợp hơn với các công nghệ tự động hóa tiên tiến và chức năng quản lý năng lượng được thêm vào các thiết bị gia dụng

Về cơ bản, HAN được xây dựng là một bước cơ bản để cho phép trao đổi thông tin

và khả năng tương tác giữa một số đồ dùng gia đình thông minh kết nối với các thiết bị hoặc các mạng khác thông qua nhiều giao thức khác nhau Chẳng hạn như Bluetooth, ZigBee, WiFi, Z-Wave, vv Về cơ bản các mạng không dây cục bộ dựa trên các tiêu chuẩn giống như mạng Local Area Network (LAN) và Body Area Network (BAN) hay Personal Area Network (PAN), được sử dụng để mô tả một

mạng với quy mô nhỏ hơn từ 12 đến 100 mét Thông thường Cơ sở hạ tầng truyền thông PAN và BAN chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng cho phép người dùng có di chuyển, và không đòi hỏi chuyên môn cao để quản lý các hoạt động mạng, chẳng hạn như thêm hoặc loại bỏ các thành phần Mặc dù một số dịch vụ như giám sát của một tính năng nhất định liên quan đến các vấn đề sức khỏe và thực hiện bởi nhà thông minh có thể được bao gồm trong phạm vi của truyền thông BAN PAN có thể thực hiện yêu cầu nhiều hơn vì nó bao gồm các thiết bị đeo trên người và di động có khả năng tương tác với các khu vực gần nhất và có khả năng giao tiếp với môi trường rộng hơn qua nền tảng mạng không dây có diện tích lớn hơn Mạng cảm biến không dây (WSN) là các bộ cảm biến kết nối các nút trong mạng mesh với nhu cầu năng lượng rất thấp Tích hợp cảm biến, thông tin liên lạc,

và tính toán khả năng để theo dõi và xử lý dữ liệu của các cảm biến, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, và ánh sáng, cho phép xử lý dữ liệu phức tạp Mặc dù loại như của mạng bao gồm một loạt các chức năng, điều này là không đủ Ngoài ra, không có tính năng tương tác nào mà có thể cho phép giao tiếp với nhau Do đó, một mạng lưới rộng lớn hơn (cơ sở hạ tầng không dây toàn cầu) là hội tụ cho các giao tiếp có tính phức tạp cụ thể như hạn chế thời gian hoặc lưu lượng dữ liệu quan trọng của ưu tiên cao Hình 1.4 cho thấy các khuôn khổ chung của các nhà thông minh tích hợp các lĩnh vực ứng dụng chính như xác định dưới đây, có nghĩa là an ninh, y tế, vui chơi giải trí, hiệu quả năng lượng, và tất cả các liên quan dịch vụ này được kết nối với một cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc

Hình 1 4 : Thiết bị nhà thông minh truy cập

thông qua khuôn khổ mạng lưới toàn cầu

Có tính đến các mục đích khác nhau của mỗi lĩnh vực, một mạng lưới toàn cầu

là cần thiết cho một tích hợp cấu trúc cao hơn của truyền thông mà bao gồm một số nhà mạng chuyên dụng Các khả năng tương tác giữa các ứng dụng khác nhau dựa

trên một gateway hoạt động như giao thức truyền thông phiên dịch Nó thực sự là một tập hợp dữ liệu mà xử lý lưu lượng dữ liệu đến từ nhà mạng khác nhau, độc lập với các phương tiện truyền vật lý, tức là, có dây hoặc không dây Mặt khác, các cổng kết nối cơ sở hạ tầng thông tin dữ liệu của nhà thông minh với thế giới bên ngoài Các kết nối có thể được chuyển đến một mạng điện thoại di động hoặc thông qua cơ sở hạ tầng mạng dây Ở cấp độ cao, dữ liệu được chuyển tiếp đến một hệ thống đám mây, nơi nó được phân loại, tổ chức và lưu trữ cho các mục đích khác nhau Đổi lại, được tiếp cận với các thực cụ thể như một lưới điện thông minh, thành phố thông minh , và mạng lưới y tế thông minh, mà sẽ làm cho việc chia sẻ tất cả các thông tin quản lý với các yếu tố bên ngoài

1.5.1.1 Home Gateway với M2M giao diện như Enabler cho nhà thông minh

Máy-tới-máy (M2M) đề cập đến công nghệ có thể cho phép cả hai hệ thống không dây và có dây có thể tương tác với các thiết bị khác có cùng tính chất và một nơi có thiết bị tạo ra các sự kiện Trong số một loạt các ứng dụng có thể ở sự phát triển sớm của M2M, nhà thông minh có tiềm năng thị trường cao nhất với lý do là

nó có liên quan mật thiết đến đời sống con người Cùng với sự phát triển của công nghệ M2M, mạng không dây (WN) đang trong quá trình được áp dụng cho các hệ thống nhà thông minh, do đó, cho phép một khả năng lớn hơn cho các thiết bị và nhiều hơn nữa chức năng đáng tin cậy và phong phú hơn về hệ thống nhà thông minh Mạng không dây M2M có thể giúp tăng hiệu quả sản xuất của máy và nâng cao sự an toàn và độ tin cậy của hệ thống phức tạp Các vấn đề liên quan chính trong các mạng lưới dịch vụ M2M đến từ các phân mảnh dọc và phức tạp của thị trường M2M Sự phức tạp này là do kết quả của số lượng các phương tiện kết nối, thiết bị nhúng và nền tảng dịch vụ, đặc biệt là tính không đồng nhất của nó

1.5.1.2 HAN hướng đám mây

Điện toán đám mây vừa nổi lên như là một mô hình mới của máy tính phổ biến và là một trong những cải tiến đáng kể trọng trong công nghệ máy tính và ngành công nghiệp trong những năm gần đây Sự phát triển của điện toán đám mây

mở rộng công suất tính toán máy tính và sự tiện lợi cho người sử dụng Mặc dù công nghệ nhà tự động hóa đã được thương mại Có rất nhiều lợi ích của việc truyền thông hai chiều của nhà thông minh HAN với một đám mây Do đó, các thực thể có

thể thực hiện quá trình tối ưu hóa của họ bằng cách đảm bảo thông tin chính xác về người dùng Một tính năng quan trọng là người dùng cuối có thể truy cập từ xa với một điện thoại thông minh, dữ liệu về tiêu thụ điện hoặc thậm chí thiết lập các thông số HAN trong thời gian thực Hơn nữa, phần tài nguyên tính toán của HAN trong một môi trường là những hệ thống có thể đã làm giảm khả năng lưu trữ và khả năng tính toán và trong trường hợp dữ liệu được lưu trữ trong một cơ sở dữ liệu địa phương hoặc một máy tính cá nhân (PC), nguy cơ mất dữ liệu hoặc nó bị hỏng do các bên thứ ba

1.5.1.3 HAN dựa trên nền tảng IP

Bất kể những nghi ngờ ban đầu được đưa ra bởi nhiều nhà nghiên cứu về sự phù hợp của kiến trúc Internet cho các mạng không dây, ngày nay việc triển khai Ipv6 trong HAN đạt được hiệu năng cao Ngoài ra, IPv6 đưa ra các giải pháp chuẩn cho mạng trạng thái, cấu hình tự động, và có đủ không gian địa chỉ lớn cần thiết cho các mạng như vậy Đồng thời, Internet Engineering Task Force (IETF) đã được đưa

ra các khuyến nghị chuẩn hóa cho giao tiếp giữa các thiết bị và mạng cảm biến với Internet Ngoài ra, việc sử dụng IP cho các thiết bị này đã được thông qua bởi liên minh IPSO (IP for Smart Objects)

1.5.2 Yêu cầu với nhà thông minh HAN

Các yêu cầu về thông tin liên lạc liên quan đến HAN được định nghĩa bởi các dịch vụ và ứng dụng chạy trong các hộ gia đình Theo điều kiện này, HAN phải cung cấp truyền thông đáng tin cậy giữa các thiết bị, ứng dụng và từ các thiết bị chức năng với các thiết bị khác nhau cho HAN Truyền thông có thể được nhìn nhận từ quan điểm chung và riêng Vì vậy, nó là quan trọng để xác định những gì là cần thiết để đảm bảo việc trao đổi thông tin hiệu quả trong một khu vực chức năng Tuy nhiên, kể từ khi chúng ta có nhiều hơn một chức năng trong không gian vật lý của một nhà thông minh, chúng ta được yêu cầu phải tìm một cách để chúng cùng tồn tại trong một cơ sở hạ tầng của truyền thông bên trong cùng một ngôi nhà Nó

có thể không được thuận lợi và kinh tế để có những yêu cầu truyền thông giống hệt nhau cho tất cả thiết bị nhà thông minh; Ví dụ, một thiết bị theo dõi nhiệt độ chỉ cần tốc độ thấp của cơ sở hạ tầng truyền thông, trong khi giao nhận dạng khuôn mặt lại đòi hỏi cơ sở hạ tầng có tốc độ truyền thông cao Tiếp theo, tổ chức và phân loại

trong bốn phần chính về đặc điểm và yêu cầu cho HAN được thực hiện, như thể hiện trong hình 1.5

Hình 1 5 : Việc phân loại các đặc điểm chính và yêu cầu cho HAN

1.5.1 Truyền thông an toàn

Mạng dữ liệu gia đình đang ngày càng tiếp xúc với nhiều cuộc tấn công từ bên ngoài môi trường internet Đồng thời , gần các mạng cục bộ bên trong hoặc bên ngoài của ngôi nhà có thể được sử dụng để có được quyền truy cập vào các thông tin nhạy cảm như dữ liệu đo đạc hoặc thay các thông tin nhậy cảm gây nguy hại cho người sử dụng Điều này có nghĩa rằng HAN có để xác thực tất cả các thiết bị, bảo

vệ tính toàn vẹn và riêng tư của dữ liệu (ví dụ, bằng cách mã hóa) và cung cấp bảo

vệ chống lại các cuộc tấn công replay; các cuộc tấn công như vậy là một mối quan tâm cụ thể trong HAN được sử dụng để hỗ trợ một ứng dụng bảo mật liên quan (người dân và tài sản) Đây là trường hợp của HAN không dây được thiết kế cho các thiết bị di động được sử dụng, ví dụ, để theo dõi trạng sức khỏe của bệnh nhân vv Đối với các mạng dựa trên cáp vật lý, các thiết bị Ethernet cho phép có đủ tài nguyên phần cứng để đảm bảo các vấn đề an ninh Mặc dù có những hạn chế về kỹ thuật và năng lượng các dịch vụ bảo mật tiên tiến được cung cấp bởi các công nghệ HAN không dây và các nhà khai thác nền tảng này Phần mềm cấp cao hơn không

cần phải thực hiện các biện pháp an ninh nếu cùng được cung cấp bởi giao thức truyền thông

An ninh là một trong những đặc điểm quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống nào Các nhà nghiên cứu có quan điểm khác nhau liên quan đến bảo mật và nó có thể được định nghĩa theo nhiều cách, ví dụ, Ủy ban Thương mai Hoa Kỳ coi an ninh

là một điều kiện mà kết quả từ việc tạo ra và duy trì bảo vệ đảm bảo tình trạng bất khả xâm phạm từ hành động thù địch hoặc ảnh hưởng Nói chung, an ninh là một khái niệm tương tự như sự đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống Vì vậy, ý định của nó là để bảo vệ HAN trước các cuộc tấn công như: sửa đổi dữ liệu, tấn công mạo danh, nghe trộm và phát lại Bảo vệ yêu cầu là:

Tính toàn ven của dữ liệu : Nó xác nhận nếu một tin nhắn đang được gửi đến

người nhận còn nguyên vẹn Điều quan trọng là điều này được thực hiện một cách hiệu quả và chính xác Nếu điều này không xảy ra các thiết bị nhận không thể sử dụng, bị hư hỏng hoặc thậm chí là một thông điệp có thể được gửi đến người nhận sai bởi nguồn tin Làm sai lệch nội dung, bao gồm địa chỉ của người gửi, đã được phát hiện Những người gửi tin nhắn phải có khả năng chứng minh rằng một thông

điệp cụ thể đã được gửi đi và nếu người nhận đã thực sự nhận được tin nhắn

Xác thực : Xác thực được biết đến do ba khía cạnh chính của nó xác thực

thực thể giúp xác minh tính xác thực của người dùng hợp pháp xác thực nguồn gốc

dữ liệu xác minh nguồn gốc của tin nhắn xác thực vị trí đảm bảo tính trung thực của địa điểm Yêu cầu này được sử dụng bởi một nút để xác định một nút khác hoặc

để xác minh nguồn gốc của dữ liệu trong mạng

Bảo mật : Nội dung thông điệp phải được bảo mật, có nghĩa là chỉ có các đối

tác truyền thông có thể hiểu được nó Các thông điệp của người gửi và nhận nên không thể đọc bởi những người khác, và các bên thứ ba, chẳng hạn như các nhà khai thác mạng, nên không Hơn nữa, các đối tác truyền thông tiềm năng hoặc các bên thứ ba không thể có khả năng để xác định vị trí các trạm HAN hoặc người dùng của họ Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng mã hóa mật mã Như thông tin truyền tải trong mạng gia đình, dữ liệu phải được đảm bảo để ngăn chặn truy cập không được ủy quyền từ các hacker Trong ý nghĩa này, mã hóa dữ liệu cho phép

một mức độ bảo vệ bằng cách che các thông tin mà khi nhận được thông tin muốn

hiểu được thông điệp phải sử dụng một khóa được cấp phép để giải mã

Chứng chỉ an ninh : HAN hoạt động truyền thông phải hỗ trợ chứng nhận

bảo mật thiết bị Mỗi mô hình thiết bị phải được bảo mật xác nhận được công nhận

của một cơ quan độc lập

1.5.2 Vận hành mạng

Khả năng tương tác : Khả năng tương tác của các cơ sở hạ tầng ảnh hưởng

đến tính hiệu quả và hiệu suất tổng thể của hệ thống Nhà thông minh có các tiêu chuẩn tương thích cho các mục đích truyền thông khác nhau Để tích hợp các công nghệ khác nhau và giao thức truyền thông, giúp nâng cao hiệu xuất sử lý của thiết bị

và mạng Giúp các thiết bị và các hệ thống mạng sử dụng các công nghệ khác nhau

có thể làm việc với nhau

Triển khai mạng Ad Hoc : Vì nó là quan trọng cho các thiết bị mạng khác

nhau sẽ được triển khai trong một chế độ phi cấu trúc và truyền tải trong môi trường ngôi nhà, một số ứng dụng không dây HAN thiếu các yêu cầu để xác định trước vị trí các trạm cá nhân Các nút phải thực hiện nhiều bước cài đặt và cấu hình tự động Những bước cần kết hợp thành lập các thông tin liên lạc với gần cảm biến nút và tìm ra vị trí của mình để bắt đầu nhiệm vụ cảm biến của họ Thông tin có sẵn trực tiếp ảnh hưởng đến sự thay đổi của các phương thức hoạt động của các nút cảm

biến

Tự quản lý : Ứng dụng mạng cảm biến khác nhau được lập trình để hoạt động

không có hỗ trợ cơ sở hạ tầng hoặc triển vọng của bảo dưỡng và sửa chữa Do đó,

để tự cấu hình, hoạt động và cộng tác với những người khác, để thích ứng với những hư hỏng những thay đổi trong môi trường hoặc các kích thích môi trường, đó

là một yêu cầu của các nút cảm biến để có thể tự quản lý, điều đó có nghĩa là hoàn

toàn độc lập với sự can thiệp của con người

Bảo trì : Bảo trì là một yêu cầu mà chủ yếu phản ánh sự bền bỉ và đáng tin

cậy HAN Các môi trường có thể thay đổi, có thể là năng lượng pin đã bị hết Như vậy, Các đơn vị HAN phải theo dõi tình trạng của mình để thay đổi các thông số hoạt động, chẳng hạn như cung cấp chất lượng thấp hơn khi nguồn năng lượng trở nên khan hiếm Để sửa chữa một cách nhanh chóng và hiệu quả các thiết bị khác

nhau và các thành phần giao tiếp, HAN phải được thiết kế cho mục đích bảo trì dễ

dàng

1.5.3 Tối ưu hóa năng lượng

Yêu cầu điện năng : Yếu tố năng lượng trong các thiết bị cầm tay không dây

luôn luôn là một trong những điểm quan trọng nhất Kết thúc Trong thập kỷ qua, sự phát triển đáng kể đã đạt được trong lĩnh vực này; Tuy nhiên, một sự phát triển theo hướng sử dụng năng lượng hiệu quả hơn phải tiếp tục, đặc biệt là trong việc giám sát các cảm biến, thiết bị dùng nguồn pin, điều khiển từ xa và thiết bị di động cầm tay để kéo dài độ bền của những thiết bị này bằng cách tiết kiệm càng nhiều năng lượng càng tốt

Hiệu quả : Việc sử dụng phổ tần số có thể tốn kém vì vậy một kết quả có hiệu

quả với giá thành thấp nhất

1.6 Mạng dây HAN

Hiện nay, có rất nhiều cơ sở hạ tầng truyền dẫn truyền thống và phi truyền thống như đường dây điện thoại, dây điện, cáp xoắn đôi không, cáp đồng trục, và sợi quang học Với sức mạnh của công nghệ truyền thông có thể truyền tải trong hạ tầng mạng truyền tải năng lượng bên trong ngôi nhà có tên HomePlug Nó sử dụng

hạ tang truyền tải điện năng đã có sẵn trong tòa nhà để giao tiếp; nó được sử dụng chủ yếu cho truyền thông ứng dụng yêu cầu tốc độ cao (ví dụ, đa luồng kết nối mạng giải trí)

Ethernet là một họ các công nghệ mạng máy tính cho các mạng LAN và mạng lưới khu vực đô thị (MAN) Nó là một công nghệ phổ biến và áp dụng rộng rãi mà cung cấp một phạm vi rộng lớn với tốc độ dữ liệu (10 Mbps-1 Gbps) hoặc sợi quang học (tốc độ tới 10 Gbps) Công nghệ này sử dụng một giao diện chia sẻ hiện diện trong các phần khác nhau của các thiết bị gia dụng, chẳng hạn như máy in, máy tính xách tay, máy chơi game, máy chủ, và audio-video (AV) thiết bị Ethernet có thể không phải là lựa chọn tốt nhất để kết nối tất cả các thiết bị và các thiết bị trong HAN (đặc biệt là các thiết bị) yêu cầu năng lượng và chi phí cao, nhưng có lẽ là vấn

đề quan trọng nhất là với các nhu cầu cho hệ thống dây điện riêng biệt trở lại một điểm trung tâm

X10 là một chuẩn công nghiệp quốc tế mở mà sử dụng đường dây cáp điện cho báo hiệu và kiểm soát của các thiết bị nhà trong đó các tín hiệu bao gồm tần số

vô tuyến ngắn (RF) Tuy nhiên, nó gặp một số vấn đề như không tương thích với hệ thống dây điện và cài đặt thiết bị, tính năng hạn chế, sự can thiệp, sự suy giảm quá mức của tín hiệu giữa hai live dây dẫn, tốc độ chậm, thiếu mã hóa, và mất mát thường xuyên của các lệnh

Insteon nó định nghĩa một vùng mạng lưới gồm RF và dòng điện liên kết và

nó giải quyết hạn chế X10 trong khi duy trì khả năng tương thích ngược với X10 Insteon là một giải pháp đặc biệt phát triển cho nhà tự động hóa và các thiết bị của

nó có thể chỉ là power-line hoặc chỉ RF, hoặc có thể hỗ trợ cả hai hình thức truyền thông Tất cả các thiết bị Insteon là ngang hàng, có nghĩa rằng mỗi thiết bị có thể truyền tải, nhận, và lặp lại bất kỳ thông điệp của giao thức Insteon, mà không đòi hỏi một phần mềm định tuyến hoặc điều khiển

Mạng điều hành địa phương (LON, LonWorks) là một cảm biến / công nghệ mạng điều khiển chúng được kết hợp trên một dây trong giới hạn của một ứng dụng Nó là một kiến trúc linh hoạt từ các thiết bị thông minh của nó thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh trong một mạng cảm biến không dây và cũng để tương tác với các đối tượng khác như một mạng lưới kiểm soát LON là một trong những giải pháp trong việc xây dựng tự động hóa và mạng gia đình Nó bao gồm tất

cả các hệ thống con xây dựng tự động hóa cơ bản: sưởi ấm điều hòa không khí và thông gió, an ninh, chiếu sáng, phát hiện cháy, giám sát năng lượng, và kiểm soát truy cập, điều khiển van cứu hỏa, phát hiện khí ga, phát hiện khói nền tảng LON cũng được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn, thiết bị bột giấy và giấy, máy móc dệt may, ô tô, hóa dầu, thực phẩm và đồ uống, xử lý nước thải vv… Hầu hết các thiết bị trong tòa nhà LON dựa trên hệ thống tự động được kết nối bằng dây, nhưng truyền dẫn không dây cũng được sử dụng trong các trường hợp như truyền thông tòa nhà tới tòa nhà (building to building), giám sát môi trường của khu vực cụ thể của tòa nhà hoặc của vật liệu được lưu trữ trong một tòa nhà Với điều này, công nghệ mạng hệ thống có thể được phát triển với kiến trúc peer-to-peer trong hệ thống đồng bộ rộng lớn bao gồm nhiều node mạng LON cũng sử dụng nhiều phương tiện truyền thông bao gồm cả truyền thông không dây, hỗ trợ các nút chạy bằng năng

lượng pin, với nguồn năng lượng thấp chỉ được dùng để gửi hoặc nhận các thông điệp

Tất cả các công nghệ được mô tả trước đó hỗ trợ các giao thức IP có nghĩa là chúng ta có thể dễ dàng tích hợp với mạng thông minh dựa trên IP

Một tổ chức phi lợi nhuận toàn cầu,HomeGrid Mục tiêu chính của G.hn là để hợp nhất các kết nối của các phương tiện thiết bị truyền thông và nội dung kỹ thuật

số bằng cách cung cấp một mạng lưới nhà có dây qua cáp đồng trục, điện thoại, và

dữ liệu cấp mạng cáp, cùng với hệ thống dây điện đường dây điện dân cư để cung cấp dữ liệu lên đến 1 Gb/s ITU G.hn cung cấp kết nối an toàn giữa các thiết bị hỗ trợ IP và cung cấp lợi thế như tự cài đặt bởi người tiêu dùng, khả năng kết nối với bất cứ phòng nào bất kể hệ thống dây điện loại, tự quản lý, tích hợp thông tin chẩn đoán, và nhiều nhà cung cấp thiết bị Nó giải quyết mối quan tâm cụ thể và đáp ứng một số yêu cầu của các nhà sản xuất điện tử, dịch vụ nhà cung cấp, và người tiêu dùng

Đa phương tiện trên Coax Alliance (MoCA) là một liên minh tiêu chuẩn công nghiệp phát triển công nghệ cho các nhà kết nối chạy qua cáp đồng trục hiện tại nhà cung cấp hiệu suất chất lượng cao và độ tin cậy cho các Mạng trong nhà Có hai phiên bản của các đặc điểm kỹ thuật hiện đang có sẵn, MoCA 1.1 và MoCA 2.0 đó

là những tiêu chuẩn được triển khai đối với đa số các nhà cung cấp dịch vụ ở Bắc

Mỹ Nó cũng đã được thông qua trong các phần khác của thế giới MoCA phép mạnh mẽ cao, độ trễ thấp, và truyền thông an toàn tại thông lượng ròng hơn 400/800 Mb/s và lỗi 1 gói 100 triệu Packet Error Rate sử dụng chính của nó là để phân phối nội dung video độ nét cao, bao gồm các ứng dụng như multiroom DVR Các Meter-Bus (M-Bus) giao diện đã được phát triển để đọc từ xa năng lượng tiêu thụ trong gia đình như nước hoặc gas và nó cũng có thể sử dụng cho hệ thống bảo mật, hay điều khiển hệ thống sưởi và hệ thống chiếu sáng M-Bus là một công nghệ truyền thông quan trọng cho việc đọc từ xa các chỉ số đo lường ở Châu Âu, và tiêu chuẩn hóa như EN13757-x M-Bus bao gồm một bộ điều khiển (master, MUC), một client và một cáp hai dây được kết nối vật lý thông qua cáp đôi xoắn

1.7 Mạng không dây HAN

1.7.1 Dựa trên tiêu chuẩn IEEE

Các tiêu chuẩn IEEE bao gồm một họ các chuẩn mạng mà bao gồm các điều khiển truy cập phương tiện truyền thông (MAC) và thông số kỹ thuật PHY cho việc thực hiện các mạng không dây

IEEE 802.11 loạt chuẩn PHY và MAC lớp cho mạng không dây cục bộ (WLAN) bằng cách sử dụng các băng tần tần số 2,4 và 5,8 GHz Phạm vi này của tiêu chuẩn và diễn biến thêm cung cấp cơ sở cho các sản phẩm mạng không dây sử dụng công nghệ Wi-Fi WiFi là một Công nghệ không dây phổ biến dựa trên IP được sử dụng trong các mạng gia đình, điện thoại di động, và khác các thiết bị điện

tử Nó này cung cấp tính di động, linh hoạt, và kết nối với chi phí thấp so với công nghệ có dây mà làm cho nó thích hợp ở mức độ phân phối mà các yêu cầu hiệu suất

và tốc độ dữ liệu là ít nghiêm ngặt và chi phí của công nghệ là quan trọng hơn Hơn nữa, an toàn dữ liệu tiên tiến và QoS có thể ngoài ra có thể sử dụng công nghệ này IEEE 802.15.4 là một tiêu chuẩn không dây công suất thấp, tốc độ dữ liệu thấp truyền thông không dây giữa các thiết bị nhỏ Tiêu chuẩn này chỉ định nghĩa PHY lớp (MAC), hiện đang là các tiêu chuẩn áp dụng rộng rãi nhất cho WSN cho điện năng tiêu thụ thấp, tốc độ dữ liệu thấp (250 kb / s ở 2,4 GHz), độ phức tạp thấp, và phạm vi truyền dẫn ngắn IEEE 802.15.4, có một số tiêu chuẩn như ZigBee, MiWi, 6LoWPAN, WirelessHART và ISA100.11a Ngoài ra, các giao thức lớp cao hơn xác định các khung ứng dụng đề nghị, hồ sơ thiết bị, lớp mạng, và các dịch vụ an ninh giữa các chức năng khác

Bluetooth được thiết kế cho các ứng dụng mà chủ yếu được dựa trên thiết bị ngoại vi máy tính, chẳng hạn như bàn phím và chuột không dây Bluetooth hoặc IEEE 802.15.1 là một tiêu chuẩn dự định được một cách an toàn và cách kết nối rẻ tiền và truyền dữ liệu giữa các thiết bị hỗ trợ, tạo ra một PAN Hiện tại, nhiều phiên bản của Bluetooth có sẵn như Bluetooth Low Energy (BLE), mà là một công nghệ không dây tầm ngắn truyền nhắm mục tiêu độ phức tạp thấp, chi phí thấp, thông tin liên lạc trong BAN không dây bằng cách sử dụng băng tần số vô tuyến 2,4-2,485 GHz

1.7.2 Không Dựa trên tiêu chuẩn IEEE

Có một số giao thức mà không dựa trên bất kỳ loại chuẩn PHY hoặc các lớp MAC Đấy là SimpliciTI, Z-Wave, EnOcean, và Insteon, trong số những người khác Để so sánh, chúng được hiển thị chi tiết trong Bảng 1.2

1.7.2.1 Insteon

Nó là thương hiệu đã đăng ký cho một công nghệ kết nối mạng tự động hóa nhà cho phép ánh sang, đèn, nhiệt, cảm biến chuyển động, và các thiết bị khác để tương thích truyền thông qua đường dây điện, tần số vô tuyến (RF), hoặc cả hai

1.7.2.3 SimpliciTI

SimpliciTI là một mã nguồn mở công suất thấp giao thức mạng RF đơn giản được phát triển bởi Texas Instruments, Inc và nhắm vào mạng RF nhỏ mạng lưới như vậy thường sử dụng các thiết bị chạy nguồn pin nên yêu cầu tuổi thọ pin dài, tốc độ dữ liệu thấp và nhiệm vụ chu kỳ thấp và có một số hạn chế về các nút giao tiếp trực tiếp với nhau hoặc thông qua một điểm truy cập hoặc mở rộng phạm vi Điểm truy cập và mở rộng phạm vi không bắt buộc nhưng cung cấp thêm chức năng như lưu trữ và chuyển tiếp tin nhắn Với SimpliciTI, các yêu cầu tài nguyên MCU

là tối thiểu mà kết quả trong hệ thống có chi phí thấp

Bảng 1.1 cho thấy chi tiết các giao thức mạng không dây

hỗ trợ trên tiêu chuẩn IEEE

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn mạng không dây Không Dựa trên tiêu chuẩn IEEE

1.7.2.4 EnOcean

Tiêu chuẩn này có hiệu quả khai thác về lỗ áp dụng kích thích cơ học nhẹ và các tiềm năng khác từ tuyệt (chuyển động, áp suất, ánh sáng và nhiệt độ) sử dụng các nguyên tắc của việc khai thác năng lượng cho mạng cảm biến tự cấp nguồn không dây, thiết bị truyền động, và máy phát Để chuyển đổi biến động năng lượng thành năng lượng điện sử dụng, điện từ, Piezo-máy phát điện, các tế bào năng lượng

mặt trời, cặp nhiệt điện, và chuyển đổi năng lượng khác được sử dụng Phạm vi truyền tải khoảng 30 m bên trong tòa nhà, công nghệ này cho phép kết nối không dây với cổng hệ thống tự động hóa chung

1.7.2.5 Wavenis

Phát triển bởi Hệ thống Coronis là một giao thức ngăn xếp không dây để điều khiển và giám sát các ứng dụng trong một số môi trường, liên quan đến cả nhà và xây dựng tự động hóa Wavenis hiện đang được thông qua và do Wavenis chuẩn mở Alliance (Wavenis-OSA) quản lý Nó phác họa ra chức năng của cơ thể, liên kết, và lớp mạng lưới Việc truy cập vào các dịch vụ Wavenis có thể được làm từ lớp cao cấp thông qua một giao diện lập trình ứng dụng (API) Wavenis chạy chủ yếu ở 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz và băng tần và một số thiết bị còn hoạt động ở băng tần 2,4 GHz Tốc độ dữ liệu tối đa và tối thiểu được trình bày bởi Wavenis là 100 kb / s

và 4,8 kb / s, tương ứng, nhưng 19,2 kb / s là giá trị phổ biến nhất Wavenis bao trùm Gaussian tần số chuyển keying (GFSK) điều chế kết hợp với nhảy tần số trải phổ nhanh (FHSS) đã được sử dụng hơn 50 kênh truyền hình băng thông kHz Nó delimits những hoạt động tại những PHY, liên kết dữ liệu và mạng (NWK) lớp, thực hiện thông qua độc quyền API

1.8 Mạng không dây phù hợp với yêu cầu Diện tích chức năng

Nhà thông minh có điều kiện tiên quyết của nó về băng thông, các dịch vụ phụ trợ như truyền tải dữ liệu an toàn, xác thực dữ liệu Một tiêu chí đầu tiên để xem xét

là để theo dõi các yêu cầu tốc độ dữ liệu như là một chức năng của các ứng dụng như mô tả trong Hình 1.6 Ngoài ra, nhu cầu băng thông giữa mức tối thiểu và tối

đa có thể tham khảo ở Bảng 1.3

Bảng 1 3 Tốc độ dữ liệu thông số kỹ thuật theo lĩnh vực ứng dụng.

Hình 1 6: Công nghệ truyền thông không dây cho các ứng dụng nhà thông minh,

so với tốc độ dữ liệu

1.9 Kết luận chương

Định nghĩa chính sác của nhà thông minh đến nay cũng như IoT vẫn đang là một khái niệm tương đối mở hồ do chưa nhận được sự đồng thuận với một định nghĩa nào giữa nhà khoa học và các nhà phát triển công nghệ Một thông minh được mô tả là "Ngôi nhà được xây dựng thân thiện với môi trường và người dân cư

ngụ trong ngôi nhà và các hệ thống trong ngôi nhà được điều khiển tự động "có khả năng phản ứng với hành vi của người dân và để phục vụ nhiều phòng khác nhau và được chia thành bốn loại nhà thông minh:dựa trên tính năng chăm sóc sức khỏe , đa phương tiện và giải trí , an ninh và năng lượng hiệu qua ( D Zhang và MAA Pedrasa ) Trong chương 1 tập chung nghiên cứu các khái niệm sự hình thành khái niệm nhà thông minh Các mô hình chức năng đang được ứng dụng trong nhà thông minh Thêm vào đó đã làm rõ các công nghệ được sử dụng trong nhà thông minh và xây dựng mô hình tổng quan của nhà thông minh.