Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống home automation

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng AWS Amazon Web Services Dịch vụ Clou

NGUYỄN TRƯỜNG SƠN

NGHIÊN CỨU, CÀI ĐẶT VÀ ĐIỀU KHIỂN THỬ NGHIỆM

HỆ THỐNG HOME AUTOMATION

Chuyên ngành: MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS TRẦN HOÀNG HẢI

Hà Nội – Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Trường Sơn

Sinh ngày: 18 tháng 03 năm 1991

Học viên lớp Cao học Truyền thông và mạng máy tính 2016A - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của luận văn mà tôi thực hiện trong thời gian vừa qua là trung thực và không sao chép của ai

Hà Nội, Ngày 28 tháng 8 năm 2017

Tác giả luận văn

Nguyễn Trường Sơn

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin được gửi lời cảm ơn tới Ban Giám Hiệu Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho em được làm luận văn tốt nghiệp này Sau thời gian nghiên cứu và làm việc miệt mài, luận văn tốt nghiệp của em đến nay

cơ bản đã hoàn thành Có được thành quả đó, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân

còn phải kể đến sự giúp đỡ rất lớn từ thầy giáo TS Trần Hoàng Hải, người đã trực

tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp tài liệu, kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian làm luận văn Qua đây em xin được

bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, kính chúc thầy luôn mạnh khoẻ và công tác tốt

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô của Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông đã hết sức nhiệt tình truyền thụ cho chúng em không chỉ những kiến thức chuyên môn mà cả những kinh nghiệm quý báu Em cũng xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, các đồng nghiệp trường Cao đẳng Nghề số 2 – Bộ Quốc phòng đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ em trong việc tìm hiểu, tiếp cận các kiến thức

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè Chính gia đình và bạn bè đã là nguồn động viên hỗ trợ vô cùng to lớn giúp em có thêm động lực và sự khích lệ để hoàn thành luận văn này

Trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù đã cố gắng, tuy nhiên vì thời gian có hạn và trình độ còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong nhận được các góp ý của Hội đồng Khoa học và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo

API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng

AWS Amazon Web Services Dịch vụ Cloud Computing cung cấp

bởi Amazon CoAP Constrained Application Protocol Giao thức ràng buộc ứng dụng

HTTP HyperText Transfer Protoco Giao thức truyền siêu văn bản

IoT Internet Of Things

Thuật ngữ dùng cho các thiết bị hàng ngày có máy tính nhúng, với khả năng đại diện cho chính nó và giao tiếp thông minh với những người khác trong mạng

IrDA Infrared Data Association Giao tiếp dữ liệu hồng ngoại

IM Instant Messaging Dịch vụ tin nhắn nhanh

M2M Mobile to Mobile Thoại với thoại

MQTT Message Queuing Telemetry Transort Giao thức dạng publish/subscribe sử

dụng cho các thiết bị IoT

SOAP Simple Object Access Protocol

Giao thức giao tiếp và mã hóa thành định dạng chung cho các ứng dụng trao đổi với nhau

UWB Utral Wide Band Công nghệ truyền dữ liệu không dây

UDP User Datagram Protocol Giao thức cốt lõi của TCP/IP để

truyền tải gói tin

XML eXtensible Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng để tạo ra

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

Trang Hình 1.1 Sử dụng sóng Radio để điều khiển thiết bị nhà thông minh 12 Bảng 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống Home Automation 13

Hình 2.11 Ứng dụng của DomoticHome trên Android 32 Bảng 2.2 So sánh độ tin cậy giữa Zigbee, Z-Wave và Insteon 33 Bảng 2.3 So sánh độ tin cậy X10, Android@Hmone và DomoticHome 34

Hình 2.13 Các loại dịch vụ Cloud Computing 36

Hình 2.15 Trang chủ Google Apps dành cho doanh nghiệp 40 Hình 2.16 Trang chủ Google Apps dành cho giáo dục 40

Hình 2.18 Hướng dẫn phát triển Google App Engine 42

Hình 2.20 Mô hình phát triển ứng dụng cho Windows Azure 44

Hình 2.22 Trang chủ dịch vụ web Amazon 47

Hình 2.30 Hình ảnh thật của Raspberry Pi model B+ 52

Hình 3.6 Danh sách file trong thư mục target 62

Hình 3.10 Sơ đồ kết nối thiết bị thực tế điều khiển nhà thông minh 64

Hình 3.12 Cấu hình thiết bị trên Arduino IDE 65 Hình 3.13 Sử dụng Server ảo trên website miễn phí 66

Hình 3.15 Lắp đặt các thiết bị lên mô hình 66 Hình 3.16 Điều khiển chức năng mở cửa và điều chỉnh ánh sáng 67

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ 4

MỤC LỤC 6

LỜI MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 10

1 Mục đích nghiên cứu của đề tài 10

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 11

3 Khảo sát sơ bộ về Home Automation 11

3.1 Home Automation là gì? 11

3.2 Lịch sử phát triển hệ thống Home Automation 12

3.3 Ưu điểm của công nghệ nhà thông minh: 13

3.4 Xu hướng phát triển của hệ thống Home Automation 15

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 15

CHƯƠNG 2: IoT FRAMEWORK TRONG HỆ THỐNG 16

HOME AUTOMATION 16

1 Các chuẩn kết nối 16

1.1 IoT là gì? 16

1.2 X10 26

1.3 Insteon 27

1.4 Z-Wave 28

1.5 Android@Home 29

1.6 ZigBee 30

1.7 DomoticHome 32

2 Cloud Computing hỗ trợ triển khai IoT 34

2.1 Các mô hình dịch vụ 35

2.2 Các mô hình triển khai 38

2.3 Một vài dịch vụ Cloud Computing giúp triển khai các dịch vụ IoT và

Home Automation 39

3 Các Open Hardware hỗ trợ IoT 51

3.1 Arduino 51

3.2 Raspberry Pi 51

3.3 Intel Galileo 52

3.4 Intel Edison 53

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 54

CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM TRÊN MÁY ẢO 55

1 Kịch bản thử nghiệm 55

1.1 Các dịch vụ của Amazon Web Service(AWS) 55

1.2 Dịch vụ Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) 56

1.3 Phương án thử nghiệm 58

2 Cài đặt thử nghiệm trên Amazon AWS 60

3 Tiến hành trên thực tế 63

4 Kết luận 68

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 69

KẾT LUẬN CHUNG 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

LỜI MỞ ĐẦU

Ngôi nhà thông minh trong xã hội hiện đại ngày nay là một phần tất yếu nhằm mục đích nâng cao cuộc sống của con người Các thiết bị thông minh, đồ dùng gia dụng trong gia đình đang dần được tương tác với nhau và tương tác với con người một cách rất hiệu quả Tuy nhiên, để đồng bộ hóa và khai thác được các

thiết bị một cách thông minh nhất lại là một vấn đề lớn về nhiều mặt Đề tài Nghiên cứu, cài đặt và điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation này sẽ tập

trung tìm hiểu và nghiên cứu về các công nghệ mới nhất ứng dụng vào nhà thông minh và cài đặt, điều khiển thử nghiệm hệ thống Home Automation mục đích chứng minh và làm rõ hơn về công nghệ nhà thông minh hiện nay và trong tương lai

Công nghệ Internet of Things (IoT) nói chung được tích hợp từ các kỹ thuật điện tử, tin học và viễn thông tiên tiến vào trong mục đích nghiên cứu, giải trí, sản xuất, kinh doanh…phạm vi này ngày càng được mở rộng, để tạo ra các ứng dụng đáp ứng cho các nhu cầu trên ở các lĩnh vực khác nhau Mặc dù khái niệm IoT đã trở nên khá quen thuộc và được ứng dụng khá nhiều trong các lĩnh vực của đời sống con người; tuy nhiên, những công nghệ này chưa được áp dụng một cách rộng rãi ở nước ta, do những điều kiện về kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu sử dụng Song nó vẫn hứa hẹn là một đích đến tiêu biểu cho các nhà nghiên cứu, cho những mục đích phát triển tiềm năng

Với mục đích nghiên cứu, tìm hiểu về công nghệ nhà thông minh, đưa ra được nội dung khái quát nhất về IoT và điện toán đám mây (Cloud Computing), nghiên cứu đánh giá giải pháp của một số hãng phần mềm trên thế giới, qua đó đưa

ra đề xuất áp dụng thử nghiệm dịch vụ trên nền tảng của Amazon để chứng minh các đặc điểm của IoT và Cloud Computing Đề tài sẽ được tác giả chia thành 3 chương:

Chương 1: Giới thiệu

Trong chương này, tác giả sẽ trình bày tổng quan về mục đích và phạm vi nghiên cứu, khảo sát chung về hệ thống Home Automation

Chương 2: IoT Framework trong hệ thống Home Automation

Trong chương này tác giả sẽ tập trung nghiên cứu và trình bày về IoT, các chuẩn kết nối và Cloud Computing hỗ trợ triển khai IoT

Chương 3: Cài đặt thử nghiệm trên máy ảo

Trong chương này, trên cơ sở nghiên cứu cơ bản về IoT và các kết quả tìm hiểu, nghiên cứu của Chương 1 và Chương 2 và xuất phát từ những ý tưởng thực tế, tác giả sẽ xây dựng và cài đặt thử nghiệm một hệ thống IoT đơn giản dựa trên nền tảng Amazon Web Service (AWS) để mô tả những kết quả đã tìm hiểu

Kết luận chung:

Phần cuối cùng là kết luận chung của toàn bộ luận văn, bên cạnh đó tác giả cũng nêu lên một số vấn đề còn tồn tại và những đề xuất góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ mạng và truyền thông vào cuộc sống

Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết, khảo sát sơ bộ để hiểu về Home Automation và

tình hình Home Automation thực tế hiện nay

- Nghiên cứu lý thuyết về Internet of Things, tổng hợp các kiến thức về các chuẩn kết nối, các công nghệ điện toán đám mây, các Open Hardware hỗ trợ IoT để từ đó tiếp tục nghiên cứu và đưa ra kết luận về các mô hình

triển khai hiện nay

- Đưa ra kịch bản thử nghiệm để chứng minh, làm rõ các mô hình đã nêu trên

- Cài đặt, điều khiển thử nghiệm một IoT device thông qua dịch vụ Cloud của Amazon

- Triển khai trên mô hình thực tế

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Nhà thông minh (Smart Home, Smart House, Home Automation) là khái niệm về kiểm soát và tự động hóa việc sử dụng các thiết bị gia đình cũng như các thiết bị điện khác như hệ thống chiếu sáng, hệ thống điều hòa nhiệt độ, hệ thống cảnh báo giám sát… Hệ thống nhà thông minh đã được manh nha từ những năm

1960 và phát triển mạnh mẽ thời gian gần đây Theo nghiên cứu của một công ty công nghệ tại Thụy Điển, đã có 2,9 triệu ngôi nhà sử dụng công nghệ nhà thông minh và con số đó dự kiến tăng lên 31,4 triệu vào năm 2017 [1][2]

Khái niệm Internet of Things (IoT) được gắn kết chặt chẽ cùng Home Automation Các thiết bị trong gia đình được kết nối với nhau qua mạng Internet và được kiểm soát bởi các thiết bị di động thông minh, do đó có thể cung cấp dịch vụ

và đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng mọi nơi trên thế giới, miễn là có Internet Điều đó làm tối ưu hóa được những yếu tố về năng lượng tiêu hao, công năng sử dụng của các thiết bị, từ đó làm giảm ô nhiễm môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống

Các thiết bị IoT cũng có nhược điểm là cách chúng giao tiếp với nhau Do

đó, một hệ thống nhà thông minh lý tưởng là hệ thống mà các thiết bị được sử dụng chung một giao thức truyền thông hơn là sử dụng các giao thức được hỗ trợ trên từng thiết bị Điều đó làm tăng khả năng tương thích giữa các thiết bị trong hệ thống

Trong phần này, tác giả muốn giới thiệu một số nội dung chính về thực trạng Home Automation

1 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích nghiên cứu của đề tài là phát triển khái niệm về Home Automation dựa trên nguyên mẫu các khái niệm sẵn có của một hệ thống điều khiển thông minh cho phép điều khiển các thiết bị gia dụng hiện có Khái niệm này nhằm mục đích

tăng sự tiện lợi của việc kiểm soát các thiết bị gia đình cho nhiều đối tượng và được

sử dụng một cách tiện lợi, cài đặt dễ dàng

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài mong muốn nghiên cứu, phát triển khái niệm về Home Automation với việc sử dụng các công nghệ hiện có

Để kiểm soát hệ thống tác giả sẽ xây dựng một ứng dụng để điều khiển, tác giả tập trung nghiên cứu về các chức năng tự động hóa đơn giản có thể mang lại lới ích cho người sử dụng Một số vấn đề như khả năng về trí tuệ nhân tạo (AI) hay các vấn đề về an ninh cũng sẽ được đề cập đến một cách sơ lược

3 Khảo sát sơ bộ về Home Automation

3.1 Home Automation là gì?

Có rất nhiều khái niệm, định nghĩa về nhà thông minh:

 Hiệp hội công nghệ viễn thông TTA (Telecommunication Technology

Association) đã được định nghĩa là "Nhà thông minh cung cấp dịch vụ thực

tế với con người làm trung tâm các dịch vụ, nơi các thiết bị được kết nối mạng và tương tác với con người một cách tự nhiên " [3]

 Hiệp hội nhà thông minh Hàn Quốc KASH (Korea Association of Smart

Home) định nghĩa: "Nhà thông minh là môi trường sống thông minh của con

người, cho phép người dùng tận hưởng sự tiện lợi và cuộc sống an toàn bằng cách hội tụ công nghệ thông tin vào môi trường cư trú" [3]

 Wikipedia định nghĩa: “Nhà thông minh là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử này giao tiếp với chủ nhân nhà thông qua bảng điện tử đặt trong nhà, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng hoặc một giao diện web.”

Nói tóm lại: Nhà thông minh là ngôi nhà được lắp đặt các thiết bị tự động

hóa hiện đại nhằm mục đích chính là phục vụ đời sống con người và giúp cho người

ở có thể quản lý, giám sát ngôi nhà một cách dễ dàng

Hình 1.1 Sử dụng sóng Radio để điều khiển thiết bị nhà thông minh

3.2 Lịch sử phát triển hệ thống Home Automation

Home Automation đã xuất hiện từ năm 1960 và phát triển mạnh mẽ ở cuối thế kỷ XX và đầu thể kỷ XXI

Năm Tác giả Đóng góp

1975 Pico Electronics Sáng chế công nghệ truyền thông trên đường

dây điện X10

1978 Pico Electronics Sản phẩm X10 đầu tiên được ra mắt công chúng

1983 Masashi Murata et.al Đề xuất của Nhật Bản về một giao thức chuẩn

hóa được gọi là HBS

1983 Christos Douligeris

et.al

Đề xuất của Hoa Kỳ về một tiêu chuẩn được gọi

là CEBUS

1984 David MacFadyen Giới thiệu khái niệm Nhà thông minh

1985 Masahiro Inoue et

al

Hệ thống đầu tiên phát triển dựa trên HBS

1986 Ryuji Hamabe et al Nhật Bản gia hạn đề xuất cho HBS

1988 Christos Douligeris et

al

Xuất bản tiêu chuẩn dự thảo CEBus

1989 IEC and ISO Tổ chức của một ủy ban hỗn hợp gọi là HES

2002 Europeans Quyết định tạo một giao thức chuẩn

2004 A Alheraish Đề xuất của một hệ thống dựa trên M2M thông

2006 Arduino Phát triển Arduino

2009 Mattia Lipreri Giới thiệu DomoticHome

2011 Google Giới thiệu về Android@home

Bảng 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống Home Automation

3.3 Ưu điểm của công nghệ nhà thông minh:

- Thứ nhất: Tăng tính tiện nghi cho ngôi nhà:

Hệ thống nhà thông minh cũng giống như một hệ thống giải trí đáp ứng đầy

đủ nhu cầu tiện nghi của chúng ta, đem đến những trải nghiệm thú vị và mới lạ Không những vậy, hệ thống này còn làm tăng tính thẩm mỹ, mang lại cho ngôi nhà một không gian hoàn hảo và mang tính hữu dụng cao

Có thể hình dung ngôi nhà thông minh như một người quản gia cần mẫn, chu đáo, tin cậy chăm lo cho ngôi nhà của ta đến từng suy nghĩ

- Thứ hai: Tăng cường an ninh cho ngôi nhà:

Với công nghệ thông minh, ta không phải bận tâm đến ngôi nhà mỗi khi đi vắng mà hoàn toàn có thể theo dõi toàn bộ hoạt động của ngôi nhà, ngôi nhà có thể

tự động xử lý các tình huống xảy ra, thông báo với chúng ta qua hệ thống thư điện

tử, tin nhắn hay cuộc gọi Nếu có kẻ xấu xâm nhập vào ngôi nhà hệ thống có thể phát cảnh báo hoặc thậm chí tự động xua đuổi

- Thứ ba: Tiết kiệm năng lượng:

Năng lượng hiện nay là vấn đề cấp thiết trên toàn cầu, chính vì vậy, tiết kiệm năng lượng luôn là mục đích hướng tới của mỗi sản phẩm công nghệ hiện đại Ta sẽ tiết kiệm được tối đa chi phí cho năng lượng của ngôi nhà mà vẫn có một cuộc sống tiện nghi, thoải mái Bởi lúc này, khi sử dụng công nghệ nhà thông minh là ta đã sử dụng nguồn điện và các năng lượng khác một cách hiệu quả Các công nghệ nhà thông minh hiện đại quản lý năng lượng dựa trên các cảm biến hiện diện và thời gian thực làm tăng hiệu quả sử dụng của năng lượng lên rất nhiều so với quản lý thông thường Công nghệ nhà thông minh có được tính hiệu quả như vậy cũng là nhờ hệ thống sử dụng các thông số cảm biến ngoài trời một cách tối đa, đồng thời là

sự phối hợp hoạt động các hệ thống một cách hoàn hảo dễ sử dụng

- Thứ tư: Nâng cao tuổi thọ các sản phẩm:

Song song với việc tiết kiệm năng lượng, việc sử dụng các thiết bị hợp lý cũng giúp nâng cao tuổi thọ của chúng lên nhiều lần Các thiết bị, đồ dùng được bố trí hợp lý, sử dụng đúng mục đích và đúng thời điểm thì công năng sử dụng cũng được nâng cao lên nhiều lần

3.4 Xu hướng phát triển của hệ thống Home Automation

Cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội là sự nâng cao đời sống hàng ngày,

ta có thể thấy rõ công nghệ nhà thông minh luôn gây được sự chú ý của người dân Việt Nam Thực tế là ngôi nhà thông minh đang được ứng dụng vào rất nhiều công

sở, trung tâm thương mại, khách sạn, nhà hàng… ở Việt Nam Bên cạnh sự ứng dụng vào thực tế đó trên thị trường hiện nay cũng có rất nhiều công ty cạnh tranh nhau về các sản phẩm và giải pháp nhà thông minh Đó là một thị trường hết sức tiềm năng trong tương lai

Câu nói nổi tiếng của kiến trúc sư Le Corbusier: “Nhà là cái máy để ở” dường như ngày càng được ứng nghiệm chính xác trong cuộc sống Cỗ máy đó ngày càng không chỉ tối ưu về công năng sử dụng mà nó còn được cải thiện rất nhiều về công nghệ cũng như tính thẩm mỹ khiến cho “cái máy để ở” của chúng ta ngày một hoàn thiện hơn

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương 1, tác giả đã đề cập đến một số vấn đề cơ bản của đề tài như sau:

- Giới thiệu về đề tài và ý tưởng thiết kế đề tài

- Mục đích và phạm vi nghiên cứu đề tài

- Kết quả khảo sát thực tế về Nhà thông minh tại Việt Nam và trên thế giới hiện nay

Đây là những kiến thức cơ sở ban đầu làm nền tảng cho các nội dung nghiên cứu và triển khai hệ thống ở các chương sau

CHƯƠNG 2: IoT FRAMEWORK TRONG HỆ THỐNG

Hình 2.1 IoT – mạng lưới vạn vật kết nối

Có rất nhiều định nghĩa về IoT bởi những tổ chức uy tín:

 ITU (International Telecommunication Union - Liên minh Viễn thông Quốc tế): IoT là một mạng lưới các đối tượng liên kết với nhau trên toàn thế giới

có thể định vị, dựa trên các giao thức truyền thông tiêu chuẩn [3]

 KCC (Korea Communications Commission - Ủy ban Truyền thông Hàn Quốc): IoT là công nghệ truyền thông kết nối Internet thông minh thu thập

và xử lý thông tin mà không cần sự can thiệp của con người

 Wikipedia định nghĩa: Mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT - Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà 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 Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó [6]

Hiểu một cách đơn giản: IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau Việc

kết nối có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại…

Cisco dự báo: Đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, thậm chí con số này còn gia tăng nhiều hơn nữa IoT sẽ là mạng khổng lồ kết nối tất

cả mọi thứ, bao gồm cả con người và sẽ tồn tại các mối quan hệ giữa người và người, người và thiết bị, thiết bị và thiết bị

Hình 2.2 Phạm vi của IoT

Đặc tính cơ bản:

 Tính kết nối liên thông (interconnectivity): với IoT, bất cứ điều gì cũng có

thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể

 Những dịch vụ liên quan đến “Things”: hệ thống IoT có khả năng cung cấp

các dịch vụ liên quan đến “Things”, chẳng hạn như bảo vệ sự riêng tư và nhất quán giữa Physical Thing và Virtual Thing Để cung cấp được dịch vụ này, cả công nghệ phần cứng và công nghệ thông tin (phần mềm) sẽ phải thay đổi

 Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó có

phần cứng khác nhau và network khác nhau Các thiết bị giữa các network có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các network

 Thay đổi linh hoạt: Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ: ngủ và

thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị thay đổi và tốc độ thay đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi

 Quy mô lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp

với nhau Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện nay Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được truyền bởi con người

Yêu cầu ở mức cao đối với một hệ thống IoT:

Một hệ thống IoT phải thoả mãn các yêu cầu sau:

 Kết nối dựa trên sự nhận diện: Nghĩa là các “Things” phải có ID riêng biệt

Hệ thống IoT cần hỗ trợ các kết nối giữa các “Things” và kết nối được thiết lập dựa trên định danh (ID) của Things

 Khả năng cộng tác: hệ thống IoT khả năng tương tác qua lại giữa các

network và Things

 Khả năng tự quản của network: Bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự chữa

bệnh, tự tối ưu hóa và tự có cơ chế bảo vệ Điều này cần thiết để network có

thể thích ứng với các domains ứng dụng khác nhau, môi trường truyền thông khác nhau, và nhiều loại thiết bị khác nhau

 Dịch vụ thoả thuận: dịch vụ này để có thể được cung cấp bằng cách thu thập,

giao tiếp và xử lý tự động các dữ liệu giữa các “Things” dựa trên các quy tắc (rules) được thiết lập bởi người vận hành hoặc tùy chỉnh bởi các người dùng

 Các khả năng dựa vào vị trí (location-based capabilities): Thông tin liên lạc

và các dịch vụ liên quan sẽ phụ thuộc vào thông tin vị trí của Things và người sử dụng Hệ thống IoT có thể biết và theo dõi vị trí một cách tự động Các dịch vụ dựa trên vị trí có thể bị hạn chế bởi luật pháp hay quy định và phải tuân thủ các yêu cầu an ninh

 Bảo mật: Trong IoT, nhiều “Things” được kết nối với nhau, chính điều này

làm tăng mối nguy trong bảo mật, chẳng hạn như bí mật thông tin bị tiết lộ, xác thực sai, hay dữ liệu bị thay đổi hay làm giả

 Bảo vệ tính riêng tư: tất cả các “Things” đều có chủ sở hữu và người sử dụng

của nó Dữ liệu thu thập được từ các “Things” có thể chứa thông tin cá nhân liên quan chủ sở hữu hoặc người sử dụng nó Các hệ thống IoT cần bảo vệ sự riêng tư trong quá trình truyền dữ liệu, tập hợp, lưu trữ, khai thác và xử lý Bảo vệ sự riêng tư không nên thiết lập một rào cản đối với xác thực nguồn

dữ liệu

 Plug and play: các Things phải được plug-and-play một cách dễ dàng và tiện

dụng

 Khả năng quản lý: hệ thống IoT cần phải hỗ trợ tính năng quản lý các

“Things” để đảm bảo network hoạt động bình thường Ứng dụng IoT thường làm việc tự động mà không cần sự tham gia người, nhưng toàn bộ quá trình hoạt động của họ nên được quản lý bởi các bên liên quan

Mô hình của một hệ thống IoT:

Bất kỳ một hệ thống IoT nào cũng được xây dựng lên từ sự kết hợp của 4 layer sau:

Hình 2.3 Mô hình IoT

 Lớp ứng dụng (Application Layer): Lớp ứng dụng cũng tương tự như trong

mô hình OSI 7 lớp, lớp này tương tác trực tiếp với người dùng để cung cấp một chức năng hay một dịch vụ cụ thể của một hệ thống IoT

 Lớp Hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng (Service Support and Application Support Layer): Nhóm dịch vụ chung: Các dịch vụ hỗ trợ chung, phổ biến

mà hầu hết các ứng dụng IoT đều cần, ví dụ xử lý dữ liệu hoặc lưu trữ dữ liệu; Nhóm dịch vụ cụ thể, riêng biệt: Những ứng dụng IoT khác nhau sẽ có nhóm dịch vụ hỗ trợ khác nhau và đặc thù Trong thực tế, nhóm dịch vụ cụ thể riêng biệt là tính toán độ tăng trưởng của cây mà đưa ra quyết định tưới nước hoặc bón phân

 Lớp mạng (Network Layer): Lớp mạng có 2 chức năng: Chứng năng

Networking: cung cấp chức năng điều khiển các kết nối kết nối mạng, chẳng hạn như tiếp cận được nguồn tài nguyên thông tin và chuyển tài nguyên đó đến nơi cần thiết, hay chứng thực, ủy quyền…; Chức năng Transporting: tập trung vào việc cung cấp kết nối cho việc truyền thông tin của dịch vụ/ ứng dụng IoT

 Lớp thiết bị (Device Layer): Lớp thiết bị hỗ trợ 2 chức năng sau: Có nhiều

chuẩn giao tiếp: các Things khác nhau có các kiểu kết nối khác nhau, nên Gateway phải hỗ trợ đa dạng từ có dây đến không dây; Chức năng chuyển đổi giao thức: khi truyền thông ở lớp Device, nhiều Device khác nhau sử dụng giao thức khác nhau hoặc khi truyền thông giữa các Device và Network

sử dụng giao thức khác nhau

Cơ sở kỹ thuật của IoT:

Giao thức chính: Trong IoT, các thiết bị phải giao tiếp được với nhau (D2D)

Dữ liệu sau đó phải được thu thập và gửi tới máy chủ (D2S) Máy chủ cũng có thể chia sẻ dữ liệu với nhau (S2S), có thể cung cấp lại cho các thiết bị, để phân tích chương trình hoặc cho người dùng Các giao thức có thể dùng trong IoT là:

 MQTT (Message Queue Telemetry Tránport): Một giao thức cho việc thu

thập dữ liệu và giao tiếp cho các máy chủ (D2S) Mục đích là đo đạc hoặc giám sát từ xa, thu thập dữ liệu từ nhiều thiết bị và vận chuyển dữ liệu đó đến máy trạm với ít xung đột nhất MQTT nhắm đến các mạng lớn của thiết bị nhỏ mà cần phải được theo dõi hoặc kiểm soát từ các đám mây MQTT hoạt động đơn giản, cung cấp nhiều lựa chọn điều khiển và QoS MQTT không có yêu cầu quá khắt khe về thời gian, tuy nhiên hiệu quả của nó là rấ lớn, đáp ứng tính thời gian thực với đơn vị tính bằng giây Các giao thức hoạt động trên nền tảng TCP, cung cấp các đáp ứng đơn giản, đáng tin cậy

Hình 2.4 Ví dụ về MQTT

 XMPP (Extensible Messaging & Presence Protocol): giao thức tốt nhất

để kết nối các thiết bị với mọi người, một trường hợp đặc biệt của mô hình D2S kể từ khi người được kết nối với các máy chủ XMPP được phát triển cho các tin nhắn tức thời (IM) để kết nối mọi người với những người khác thông qua tin nhắn văn bản

XMPP sử dụng định dạng văn bản XML, tương tự như MQYY chạy thì XMPP chạy trên nền tảng TCP, hoặc có thể qua HTTP trên TCP Sức mạng chính của nó là một chương trình name@domain.comaddressing

trong mạng Internet

Hình 2.5 Ví dụ về XMPP

 DDS: Giao thức tốc độ cao cho việc tích hợp máy tính thông minh (D2D)

 AMQP: Hệ thống hàng đợi được thiết kế để kết nối các máy chủ với nhau (S2S)

Năng lực về truyền thông (Communication Capabilities):

Địa chỉ IP được coi là yếu tố quan trọng trong IoT, khi mà mỗi thiết bị được gán một địa chỉ IP riêng biệt (tính định danh) Do đó khả năng cấp phát địa chỉ Ip sẽ quyết định đến tương lai của IoT Hệ thống địa chỉ Ipv4 được tạo ra với mục đích đánh cho mỗi máy tính kết nối vào mạng Internet một con số riêng biệt giúp cho thông tin có thể tìm tới đúng nơi cần đến ngay khi nó được chuyển đi từ bất cứ địa điểm nào Theo thiết kế, Ipv4 có thể cung cấp 2^32 (khoảng 4,2 tỷ) địa chỉ IP Tuy nhiên, sự bùng nổ của Internet đã khiến cho số lượng địa chỉ IP tự do càng ngày càng khan hiếm Sự ra đời của Ipv6 là một giải pháp khắc phục cho sự cạn kiệt của

Ipv4 Độ dài của bit là 128 Sự gia tăng mạnh mẽ của Ipv6 trong không gian địa chỉ

là một yếu tố quan trọng trong sự phát triển của Internet of Things

Công suất thiết bị (Device Power):

Các tiêu chí hình thức chính của thiết bị khi triển khai một ứng dụng IoT là giải pháp giá thành thấp, mỏng, nhẹ… và như vậy phần năng lượng nuôi thiết bị cũng sẽ trở nên nhỏ gọn lại, năng lượng tích trữ cũng sẽ trở nên ít đi Do đó đòi hỏi thiết bị phải tiêu tốn một công suất cực nhỏ (Ultra Low Power) để sử dụng nguồn năng lượng có hạn đó Bên cạnh đó yêu cầu có những giao thức truyền thông không dây gọn nhẹ, đơn giản hơn đòi hỏi ít công suất hơn (Low Energy Wireless Technologies) như ZigBee, BLE (Bluetooth low energy), ANT/ANT+…

Web, Video, Email

WAN, Voice/Data

Cost, Convenience

Speed, Flexibility Reach, Quality

Bảng 2.1 So sánh các chuẩn truyền thông không dây

Công nghệ cảm biến (Sensor Technology):

Trong IoT, cảm biến đóng vai trò then chốt, nó đo đạt cảm nhận giá trị từ môi trường xung quanh rồi gửi đến bộ vi xử lý sau đó được gửi lên mạng Có thể nhắc đến một số loại như: cảm biến cảnh báo cháy, cảnh báo đột đất, cảm biến nhiệt

độ, cảm biết độ ẩm, độ khói, độ bụi… Để giúp cho thiết bị kéo dài được thời gian sống hơn thì đòi hỏi cảm biến cũng phải tiêu hao một lượng năng lượng cực kỳ thấp Bên cạnh đó độ chính xác và thời gian đáp ứng của cảm biến cũng phải nhanh

và đồng thời giá thành cũng phải hợp lý

Thời gian đáp ứng:

Thời gian đáp ứng phải đảm bảo tính thời gian thực, sao cho hàng ngàn các node mạng có thể truy cập vào hệ thống mà không xảy ra hiện tượng nghẽn mạng Với các ứng dụng D2D, thời gian đáp ứng trong khoảng 10us đến 10ms, trong khi ứng dụng D2S, thời gian này là 10ms đến 1s Với các ứng dụng S2S, không có yêu cầu khắt khe về thời gian đáp ứng, tuy nhiên thông thường sẽ yêu cầu từ 3 đến 5s

Một số ứng dụng của IoT:

 Ứng dụng trong lĩnh vực vận tải: Điển hình nhất trong lĩnh vực này là gắn

chip lấy tọa độ GPS lên xe nhằm kiểm soát lộ trình, tốc độ, thời gian đi đến

của các xe nhằm kiểm soát và điều chuyển được hệ thống xe tốt hơn

 Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp: Quá trình sinh trưởng và phát triển

của cây trồng trải qua nhiều giai đoạn từ khi gieo hạt đến khi thu hoạch Ở mỗi giai đoạn cần có sự chăm sóc khác nhau về chất dinh dưỡng cũng như chế độ tưới tiêu phù hợp Người nông dân sẽ kiểm soát và vận hành tất cả

qua máy tính kết nối mạng

 Ứng dụng trong nhà thông minh: Trong căn hộ thông minh, tất cả các thiết

bị từ rèm cửa, điều hòa, dàn âm thanh, hệ thống ánh sáng, hệ thống an ninh, thiết bị nhà tắm… đều được kết nối với nhau và hoạt động hoàn toàn tự động

theo kịch bản lập trình sẵn, đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng

Kịch bản ví dụ: Buổi sáng sớm, rèm cửa sẽ tự động chuyển tới vị trí thích hợp để đón ánh nắng sớm, bình nước nóng tự động bật để chủ nhà sử dụng,

hệ thống đèn tự động giảm dần để đón ánh nắng tự nhiên Sau khi ra khỏi nhà, cửa và hệ thống an ninh tự động chuyển sang chế độ đi vắng, các thiết

bị điện được tắt tối đa nhằm tiết kiệm năng lượng Đến giờ chủ nhà chuẩn bị

về, hệ thống sẽ chuyển sang chế độ chờ, các thiết bị như bình nước nóng, bóng đèn, máy sưởi được kích hoạt sẵn sàng Riêng hệ thống an ninh luôn hoạt đôngh 24/24 và sẽ thông báo những cảnh báo đến cho chủ nhà bất cứ lúc nào

1.2 X10

X10 Power Line Carrier [15] được thiết kế và đề xuất vào cuối những năm

1970 bởi một công ty có tên là PICO electronics Nó được thiết kế để tận dụng các đường dây điện trong gia đình để truyền tải dữ liệu Mạng X10 bao gồm một số loại thiết bị:

 Máy phát: Thiết bị điều khiển truyền tin gốc - bộ phận cắm, điện thoại, bộ điều khiển máy tính…

 Người nhận: Thiết bị nhận tin nhắn và hành động phù hợp (Thiết bị chuyển mạch ánh sáng, cửa ra vào…)

 Transceivers: Các thiết bị nhận các tin nhắn RF và truyền lại nó trên đường dây điện

Các module X10 giao tiếp với nhau qua mạng điện trong nhà Nhà thông minh X10 được điều khiển hoàn toàn bằng mã lệnh truyền trên cáp cấp nguồn điện đến từng thiết bị, theo nguyên tắc đặt mã là một chữ cái từ A đến Z và một số từ 1 đến 16 Người dùng có thể thiết lập 256 mã lệnh dựa vào lượng ký tự và chữ số Mỗi mã lệnh có thể gán cho một hoặc nhiều thiết bị với các lệnh điều khiển khác nhau (Bật – tắt…) Dần dần, công nghệ X10 đã được cải tiến để sử dụng sóng radio nhiều hơn và cho phép điều khiển ngôi nhà thông qua Internet Mỗi mạng X10 giới hạn cho 256 thiết bị

Ưu điểm: Ưu điểm lớn nhất của X10 là giá thành phù hợp

Nhược điểm:

 Nhiễu tín hiệu: Vì tín hiệu được truyền trên mạng lưới điện dùng chung nên rất khó kiểm soát nếu các nhà gần nhau đều dùng thiết bị X10 Ngoài ra bản thân tín hiệu điện cũng gây nhiễu cho tín hiệu điều khiển

 Không có tín hiệu phản hồi: Thiết bị X10 không có tín hiệu báo trạng thái, có một số thiết bị có khả năng báo trạng thái nhưng chi phí rất cao

Hình 2.6 Bộ thiết bị tự động hóa gia đình MAX X10

1.3 Insteon

Insteon là một công nghệ tự động hóa nhà do SmartLabs phát triển Insteon

sử dụng cả tần số vô tuyến (RF) và các đường dây điện đã có sẵn Dải RF của hệ thống hoạt động ở tần số 904 MHz Tốc độ dữ liệu chỉ là 13.165 bit/giây và duy trì được 2.880 bit/giây

Tất cả các thiết bị Insteon hoạt động như bộ lặp Điều này có nghĩa là họ có thể đóng vai trò của người gửi, relayer hoặc người nhận

Hình 2.7 Thiết bị sử dụng công nghệ Insteon

Thiết lập thiết bị Insteon tương đối dễ dàng Các thiết bị sẽ được tự động kết nối với mạng Insteon ngay khi chúng được bật lên, số lượng thiết bị tối đa có thể lên tới 1024 Insteon có khả năng truyền các thông điệp giống như X10, vì vậy, nếu

ta đã có X10 thiết lập tại gia đình thì sẽ không phải loại bỏ các thiết bị X10 trước đó

vì chúng tương thích và có thể được kết hợp vào mạng Insteon

1.4 Z-Wave

Công nghệ Wave [16] được phát triển bởi một công ty có tên là Zensys Wave là chuẩn truyền thông không dây trong khoảng cách ngắn và tiêu thụ rất ít năng lượng Dung lượng truyền tải với tốc độ 100kbit/s – một tốc độ quá đủ cho nhu cầu giao tiếp giữa các thiết bị trong hệ thống IoT Chuẩn kết nối Z-Wave hoạt động với tần số 2.4GHz, cùng với thiết kế với mức tiêu thụ năng lượng rất ít nên có thể sử dụng với các loại PIN di động Dải tần của Z-Wave dao động trong khoảng 900MHz tùy theo quy định của từng khu vực khác nhau

Z-Sóng Z bao gồm bốn lớp và phương tiện RF được kiểm soát bởi lớp MAC

 Lớp ứng dụng - Kiểm soát việc giải mã và thực hiện các lệnh trong mạng Wave

Z- Routing Layer - Kiểm soát việc định tuyến các gói trong mạng Z-Wave

 Chuyển lớp - Kiểm soát việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị - bao gồm truyền lại, xác nhận và kiểm tra tổng kiểm tra

 Mac Layer - Kiểm soát việc sử dụng các phương tiện tần số vô tuyến

Số thiết bị được hỗ trợ tối đa là 232

Ưu điểm: Tiêu thụ năng lượng cực ít và tính mở (open platform) cực cao

Hiện nay Z-Wave đượng ứng dụng chủ yếu trong ứng dụng SmartHome Đặc biệt, mỗi thiết bị Z-Wave trong hệ thống là một thiết bị có thể vừa thu và vừa phát sóng nên tính ổn định của hệ thống được nâng cao

Hình 2.8 Bộ điều khiển thông minh Z-Wave

1.5 Android@Home

Android@Home đã được Google công bố vào tháng 5 năm 2011 Google chọn sử dụng băng tần 900MHz, giao thức của Android@Home dựa trên công nghệ 6LowPAN (cho phép các gói tin IPv6 được thực hiện trên các mạng không dây công suất thấp, đặc biệt là IEEE 802.15.4.) 6LoWPAN hoạt động trong dải tần số 915mHZ, có phạm vi 10-100 mét và bước nhảy là 255, do đó chắc chắn rằng một thông điệp sẽ đạt đến nút dự định

Hiện nay, với việc phát hành các bảng Arduino Google cho phép kết nối các thiết bị ngoại vi và các phụ kiện tương thích với hệ thống Android@Home Do đó,

cả hai nền tảng mở: Android và Arduino cùng có thể tham gia để hỗ trợ và mở rộng giao thức Android@Home

Hình 2.9 Android@Home

1.6 ZigBee

ZigBee là một giao thức được xây dựng theo chuẩn IEE 802.15.4 Giao thức này được tạo ra nhằm phục vụ cho những ứng dụng yêu cầu giá thành và công suất thấp nhưng phải có khả năng linh động trong phạm vi rộng Về bản chất, ZigBee cũng là một chuẩn giao tiếp không dây như những chuẩn không dây khác: UWB, Wi-Fi, IrDA, 3G, Bluetooth… nhưng nó mang những đặc tính kỹ thuật và đặc tính vật lý riêng và do đó sẽ chỉ phù hợp với những mảng ứng dụng nhất định

Ưu điểm: Giá thành thấp, tiêu thụ công suất nhỏ Kiến trúc mạng linh hoạt

Số lượng các nút lớn

Nhược điểm: Lỗi ở một điểm chính có thể gây ra lỗi hệ thống Tốc độ

truyền thấp, chưa có đầy đủ các thiết bị để phát triển

Tín hiệu truyền trong giao thức ZigBee thực chất là tín hiệu radio ZigBee được hỗ trợ trong các dải tần số sau:

 Dải 868,3 Mhz: Chỉ một kênh tín hiệu Trong dải tần này tốc độ truyền là 20kb/s

 Dải 902 Mhz – 928 Mhz: Có 10 kênh tín hiệu từ 1 – 10 với tốc độ truyền thường là 40kb/s

 Dải 2,4 Hhz – 2,835 Ghz: Có 16 kênh tín hiệu từ 11-26 với tốc độ truyền

250 kb/s

Trong nhiều ứng dụng, giao thức ZigBee hay được dùng ở dải tần 2,4 Ghz – 2,835 Ghz Đây là dải tần phổ biến và được hỗ trợ bởi nhiều thiết bị

Hình 2.10 Kiến trúc ZigBee

ZigBee được xây dựng trên hai lớp của MAC và lớp vật lý PHY Lớp MAC

và lớp PHY được định nghĩa theo chuẩn IEEE 802.15.4 dành có các ứng dụng WPAN tốc độ thấp ZigBee sau đó thêm vào 4 lớp chính: Lớp mạng, lớp ứng dụng, lớp các đối tượng thiết bị ZigBee (ZDO) và lớp các đối tượng người dùng cho phép

tùy biến, linh động trong chuẩn đó Bên cạnh việc tích hợp thêm hai lớp mức cao hơn trên các lớp nền, một sự tích hợp rất quan trọng nữa là thêm vào các ZDO Các ZDO chịu trách nhiệm cho nhiều tác vụ, trong đó bao gồm: định nghĩa vai trò của các thiết bị, tổ chức và yêu cầu để truy nhập vào mạng, bảo mật cho thiết bị…

1.7 DomoticHome

Hệ thống DomoticHome hoạt động dưới băng tần Wi-Fi, 2401MHz đến 2495MHz Phạm vi phụ thuộc vào khả năng của router và thiết bị Android (khoảng

20 mét) Hệ thống dựa trên bảng Arduino được mở rộng với một Module Ethernet

để kết nối nó với mạng nội bộ DomoticHome.net là một trang web nơi người ta có thể tạo mã Arduino để giao tiếp với các thiết bị khác nhau và ứng dụng điện thoại Android

Hệ thống hỗ trợ tối đa 14 thiết bị (vì bảng Arduino chỉ có 14 chân)

Hình 2.11 Ứng dụng của DomoticHome trên Android

Đánh giá độ tin cậy của các giao thức:

Đây là một trong những yếu tố quan trọng khi mua một thiết bị mới, điều đó cũng được áp dụng cho các hệ thống nhà thông minh Các thiết bị được quản lý bởi

hệ thống nhà thông minh yêu cầu độ tin cậy cao từ các thiết bị và từ bộ điều khiển

One/two-way

Bảng 2.2 So sánh độ tin cậy giữa Zigbee, Z-Wave và Insteon

Modules 4.99 – 30.99 NaN 60

One/two-way

Bảng 2.3 So sánh độ tin cậy giữa X10, Android@Hmone và DomoticHome

2 Cloud Computing hỗ trợ triển khai IoT

[7][8] Cloud Computing là gì?: “Điện toán đám mây là mô hình điện toán

cho phép truy cập qua mạng để lựa chọn và sử dụng tài nguyên tính toán (Ví dụ: mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng và dịch vụ) theo nhu cầu một cách thuận tiện và nhanh chóng, đồng thời cho phép kết thúc sử dụng dịch vụ, giải phóng tài nguyên

dễ dàng, giảm thiểu các giao tiếp với nhà cung cấp.” - Theo NIST

Đặc điểm của Cloud Computing: Hệ thống Cloud Computing có quy mô

lớn, tập trung bởi các hãng công nghệ nổi tiếng trên thế giới Bên cạnh đó khả năng

ảo hóa cũng được tối ưu, người dùng chỉ cần gửi request và nhận kết quả mà không quan tâm đến việc tính toán diễn ra tại đâu Độ tin cậy và tính bảo mật của Cloud Computing cũng rất cao, Cloud thường lưu dữ liệu thành nhiều bản và ứng dụng nhiều cơ chế để đảm bảo hệ thống vẫn an toàn khi bất kỳ server nào bị hỏng

Tính chất cơ bản của Cloud Computing: Tự phục vụ theo nhu cầu, truy

xuất diện rộng, dùng chung tài nguyên, khả năng “co giãn” (Rapid Elasticity) và điều tiết dịch vụ (Measured Service)

Lợi ích của việc sử dụng Cloud Computing:

 Tính linh động: Người dùng có thể lựa chọn các dịch vụ phù hợp với nhu cầu của mình, cũng như bỏ những thành phần mà mình không mong muốn

 Chi phí: Giảm được chi phí tối đa mua và bảo dưỡng máy chủ

 Tính độc lập, hiệu quả: Người dùng có thể truy cập dữ liệu tại bất kỳ đâu

 Độ tin cậy, tính bảo mật: Dữ liệu được lưu trữ một cách phân tán và tập trung

dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau khi cần khai thác giúp tăng cường khả năng bảo vệ dữ liệu của người dùng

Xu hướng phát triển Cloud Computing: Cloud Computing ra đời vào giữa

năm 2007 và phát triển vô cùng mạnh mẽ trong thời điểm hiện nay Đây là một yếu

tố rất quan trọng trong công cuộc cách mạng công nghiệp 4.0

Smart Home Hub

Non IoT Device

IoT Home Application

Non IoT Device

Non IoT Device

Hình 2.12 IoT trong Home Automation

2.1 Các mô hình dịch vụ

Theo NIST, mô hình dịch vụ Cloud Computing được chia làm 3 loại: