Smart Home và các lợi ích đem lại

Bài viết dựa trên những cơ sở khoa học và lí thuyết về Smart Home (ngôi nhà thông minh), giới thiệu các lợi ích về việc ứng dụng công nghệ này vào trong thực tiễn từ nhiều phương diện như điều khiển, phần mềm, phần cứng, tiện ích, bảo mật, năng lượng, trải nghiệm người dùng, chi phí...

SMART HOME VÀ CÁC LỢI ÍCH ĐEM LẠI

Trần Huy Vũ

Trung tâm Sản xuất thiết bị đo điện tử Điện lực miền Trung – CPC EMEC

Tóm tắt:Bài báo dựa trên những cơ sở khoa học và lí thuyết về Smart Home (ngôi nhà thông minh), giới thiệu các lợi ích về việc ứng dụng công nghệ này vào trong thực tiễn

từ nhiều phương diện như điều khiển, phần mềm, phần cứng, tiện ích, bảo mật, năng lượng, trải nghiệm người dùng, chi phí Bài báo sử dụng nền tảng chính là công nghệ

tự động hóa ngôi nhà (Home Automation), giới thiệu giao thức và các phương diện kỹ thuật khi ứng dụng Smart Home cho các công trình nhà ở, nhà làm việc hiện đại

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Smart Home với nền tảng chính là công nghệ tự động hóa ngôi nhà, là hình thức kiến trúc nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hóa hoàn toàn hoặc bán tự động nhằm thay thế con người trong việc thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển Công nghệ ngôi nhà thông minh có ý nghĩa trong việc giúp cuộc sống ngày một tiện nghi hơn, giải phóng sức lao động của con người bằng sự trợ giúp của công nghệ hiện đại Ngoài ra, Smart Home còn góp phần tiết kiệm điện năng, chỉ sử dụng điện năng vào những mục đích cần thiết, phục vụ trực tiếp đến đời sống con người, kiểm soát và loại trừ tất cả điện năng lãng phí không mang lại lợi ích cho đời sống Không chỉ đơn thuần là sự kiểm soát các thiết bị, hệ thống Smart Home có thể cho phép ngôi nhà có khả năng học thói quen của chủ nhà và điều chỉnh các hoạt động của các thành phần trong hệ thống cho phù hợp với chủ nhà Với những đặc tính ưu việt, công nghệ ngôi nhà thông minh đang dần là xu hướng khi quan tâm đến thiết kế và xây dựng nội thất, quản lý hoạt động bên trong của ngôi nhà trong giai đoạn cách mạng công nghệ 4.0

2 TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu về công nghệ ngôi nhà thông minh

Hệ thống nhà thông minh là một hệ thống tự động hóa tiên tiến, phức tạp giúp con người có thể quản lý và kiểm soát các chức năng của tòa nhà Ví dụ một tòa nhà thông minh có thể kiểm soát ánh sáng, nhiệt độ, thiết bị đa phương tiện, thiết bị an toàn, hoạt động của cửa đi, cửa sổ cũng như nhiều chức năng khác Nhà thông minh sử dụng công nghệ “tự động hóa tòa nhà – Home Automation” để cung cấp cho chủ nhà những phản hồi mang tính thông minh và các thông tin được kiểm soát theo nhiều hướng Ví dụ, tủ lạnh có thể tự liệt kê các thực phẩm thiết yếu cho sức khỏe, sử dụng hết lượng thực phẩm Một ngôi nhà thông minh thậm chí có thể giúp con người chăm sóc thú cưng và tưới nước cho cây trồng

Ngày nay, với việc công nghệ Internet of Things (IoT) được đề cập rất nhiều và là một xu thế phát triển tất yếu và bùng nổ trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, các dòng thiết bị trong nhà ngày càng trở nên thông minh hơn do được trang bị khả năng tính toán, khả năng cảm biến môi trường và khả năng kết nối mạng Các thiết bị khi được áp dụng công nghệ IoT thường được gọi là thiết bị thông minh

2.2 Các chức năng của hệ thống điều khiển giám sát thông minh

2.2.1 Hệ thống chiếu sáng và điều khiển rèm cửa tự động

Công nghệ thông minh cho phép tự động điều khiển hệ thống chiếu sáng theo kịch bản và theo nhóm Với chỉ một nút nhấn trên keypad, một thao tác chạm nhẹ lên Touchpanel, Ipad, Smartphone, toàn bộ hệ thống đèn, rèm hoạt động theo kịch bản đã được đặt sẵn trước đó Điều này giúp làm giảm một lượng lớn công tắc đảo chiều và dây dẫn Công nghệ này cho phép điều khiển chiếu sáng bằng cảm biến phát hiện chuyển động bằng việc thu nhận sự thay đổi của tia hồng ngoại phát ra từ người chuyển động làm tác nhân kích hoạt hệ thống đèn và hoạt động theo chuyển động đó Các chương trình điều khiển theo thời gian, sự kiện, mùa… được nạp vào bộ điều khiển trung tâm thông qua các phần mềm lập trình Bộ điều khiển sẽ thực hiện công tác điều khiển theo chương trình này

2.2.2 Hệ thống điều hòa không khí

Hệ thống điều hoà không khí được tích hợp vào hệ thống nhà tự động thông qua các cảm biến nhiệt độ Các cảm biến nhiệt độ được tích hợp để kiểm soát hệ thống điều hoà không khí theo nhiệt độ đặt trước và theo lịch trình đã được lập trình Kết hợp với các cảm biến gắn tại các cửa, hệ thống điều hòa tự động tắt khi thời gian cửa bị mở vượt quá thời gian đã được cài đặt trước

2.2.3 Hệ thống âm thanh giải trí đa vùng

Với hệ thống âm thanh đa vùng, người dùng đươc nghe nhạc ở bất cứ đâu trong nhà với các nguồn nhạc tùy ý được chọn khác nhau Người dùng có thể chọn nguồn âm thanh cho từng khu vực từ các nguồn âm thanh khác nhau như DVD, Ipod, laptop,

2.2.4 Hệ thống an ninh

Hệ thống an ninh tích hợp khả năng kết nối với hệ thống thoại, mạng di động GSM, Internet và khả năng tương tác cảnh báo, xua đuổi kẻ đột nhập tại chỗ như: hú còi, hú chuông, điều khiển hệ thống chiếu sáng, điều khiển hệ thống âm thanh, ghi hình

kẻ đột nhập hoặc cung cấp kết nối sóng di động GSM Hệ thống tự động quay số đến rất nhiều số điện thoại đặt trước và thông báo chính xác tình trạng xảy ra của căn hộ

2.2.5 Hệ thống kiểm soát môi trường

Hệ thống kiểm soát môi trường nhà thông minh bao gồm: cảm biến điện tử, trung tâm kiểm soát và hệ thống hiển thị Hệ thống kiểm soát môi trường có những chức năng chính như đo đạc các chỉ số môi trường và tự động hóa hệ thống

3 CÁC XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN SMARTHOME TRÊN THẾ GIỚI

Tất cả các hãng công nghệ lớn như Goolge, Amazon, Apple và Samsung đều đang tìm cách chiếm lĩnh thị trường Smart Home này Đối với những hãng công nghệ lớn thì việc chiếm lĩnh và làm chủ hệ sinh thái của một xu hướng mới là vô cùng quan trọng; việc này có ý nghĩa sống còn với họ Tuy nhiên, mỗi hãng có những động thái và chiến lược khác nhau

3.1 Google

Google đầu tư rất nhiều vào các công nghệ liên quan đến lĩnh vực IoT nói chung

và Smart Home nói riêng: Google beacon platform, Brillo & Weave, OnHub Router, Google Cloud IoT, Tuy vậy để đi vào hộ tiêu dùng thì một chiến lược chính của Google là mua lại công ty Nest trong năm 2014 Nest đến giờ có ba sản phẩm chính khá thành công trên thị trường đó là: hệ thống điều hòa thông minh, hệ thống báo cháy, và camera giám sát gia đình Chiến lược của Google là bán sản phẩm tốt, người dùng nhận thấy lợi ích của sản phẩm rõ ràng, sau khi người dùng mua thiết bị này về thì Google biến nó thành bộ điều khiển trung tâm có thể kết nối và tương tác với các thiết bị thông minh khác trong nhà Google thực hiện việc này qua chương trình Works with Nest, các sản phẩm của bên thứ ba khi có nhãn “Works with Nest” sẽ tương thích với hệ thống Nest của Google Ví dụ, đèn thông minh Belkin Wemo khi dùng chung với sản phẩm của Nest sẽ tự động tắt đèn khi hệ thống thấy không có người ở nhà (các sản phẩm của Nest có cảm biến để biết được có người trong nhà hay không)

3.2 Amazon

Tương tự như Google (Nest), tức là bán một sản phẩm thông minh trong nhà rất hấp dẫn (killer product) để người dùng mua, sau đó biến thiết bị này thành một bộ điều khiển (Hub) cho các thiết bị thông minh khác Sản phẩm chiếm lĩnh thị trường Smart Home của Amazon là chiếc loa thông minh điều khiển bằng giọng nói (handsfree speaker), Amazon Echo Điểm thú vị của chiếc loa này là không có phím điều khiển, mà người dùng giao tiếp với loa qua giọng nói; Amazon Echo hiểu được ngôn ngữ tự nhiên với độ chính xác rất cao Ngoài việc chơi nhạc, Amazon Echo có thể trả lời người dùng các câu hỏi về thời tiết, đọc chuyện, mua hàng (tích hợp với hệ thống thương mại của Amazon), Hệ thống nhận dạng tiếng nói và ngôn ngữ tự nhiên của Amazon được người dùng phản hồi tốt, luôn đạt 4 5 sao Tuy không có con số chính thức, nhưng ước tính Amazon bán được khoảng 3 triệu sản phẩm cho tới nay

Cũng giống như chiến lược của Google, một khi người dùng đặt Amazon Echo trong nhà thì chính thiết bị này sẽ hoạt động như một bộ điều khiển trung tâm (Hub) để tương tác với các thiết bị thông minh khác trong gia đình Amazon mở ra bộ API để lập trình viên (developers) và các nhà phát triển thiết bị khác (OEM) tích hợp vào Echo; Amazon gọi một tính năng tích hợp mới này là “skill”, cho tới nay đã có tới 950 skills

được tích hợp vào Amazon Echo Sản phẩm Amazon Echo này thành công đến mức Google vừa phải nhanh chóng công bố một sản phẩm tương tự gọi là Google Home để cạnh tranh

4 NHỮNG LỢI ÍCH MANG LẠI TỪ HỆ THỐNG SMARTHOME

4.1 Sức khỏe

Đó là lợi ích về an toàn điện với thiết bị tự ngắt khi có sự cố Ngoài ra, bằng liên kết với cảm biến nhiệt độ để phát hiện các bất thường khi xảy ra cháy, hệ thống sẽ tự ngừng cung cấp điện cho mọi thiết bị, đồng thời sẽ báo hiệu ngay lập tức cho người dùng về những rủi ro có thể xảy ra

4.2 An ninh

An ninh nằm ở hệ thống cửa tự động được điều khiển tại bất cứ vị trí nào, hệ thống gửi các tín hiệu khẩn cấp khi căn nhà có dấu hiệu bị xâm nhập Các camera an ninh sẽ gia tăng độ an toàn cho các hộ gia đình bằng cách ghi nhận lại các hình ảnh khi phát hiện có chuyển động hoặc tự động ghi hình tại một thời điểm nhất định nào đó trong ngày Nhờ đó, bố mẹ có thể giám sát các hoạt động hằng ngày của con cái khi ở nhà

4.3 Tiết kiệm thời gian

Với hệ thống nhà thông minh tự động, con người sẽ không bao giờ còn phải lo lắng việc chạy về nhà để mở cửa cho con khi đi học về hay để điều chỉnh các vật dụng gia đình Con người sẽ tiết kiệm được các khoảng thời gian quý báu và dành hiệu năng tốt hơn cho công việc

4.4 Tiết kiệm chi phí

Việc sử dụng công nghệ thông minh giúp tự động ngắt các thiết bị điện khi không hoạt động hoặc điều chỉnh nhiệt độ điều hoà, giúp tiết kiệm nguồn năng lượng quốc gia

và giảm chi phí trong việc sử dụng điện

5 MỘT SỐ GIAO THỨC ỨNG DỤNG TRONG SMART HOME NÓI RIÊNG VÀ IOT NÓI CHUNG

Hiện nay có nhiều công nghệ giao tiếp được biết đến như Wifi, Bluetooth, Zigbee

và mạng di động 2G/3G/4G trong các ứng dụng tự động hóa tòa nhà, lắp đặt nhà thông minh Đặc biệt với giải pháp nhà thông minh không dây thì các giao thức giao tiếp không dây này lại vô cùng quan trọng Tùy thuộc vào các ứng dụng và các yếu tố như phạm vi giao tiếp, khối lượng dữ liệu truyền, yêu cầu tính bảo mật, năng lượng cho

hệ thống pin, sẽ quyết định lựa chọn một hoặc nhiều phương thức truyền thông phù

hợp Trong phần tham luận này, bài viết sẽ tập trung vào một số giao thức nổi bật là ZigBee, MQTT, AWS IoT và giới thiệu tổng quan các giao thức còn lại

5.1 ZigBee

ZigBee, giống như Bluetooth, là một loại truyền thông trong khoảng cách ngắn, hiện được sử dụng với số lượng lớn và thường được sử dụng trong công nghiệp Điển hình, Zigbee Pro và Zigbee remote control (RF4CE) được thiết kế trên nền tảng giao thức IEEE802.15.4  là một chuẩn giao thức truyền thông vật lý trong công nghiệp hoạt động ở 2,4 Ghz, thường được sử dụng trong các ứng dụng khoảng cách ngắn và dữ liệu truyền tin ít nhưng thường xuyên, được đánh giá phù hợp với các ứng dụng trong Smart Home hoặc trong một khu vực đô thị/khu chung cư

ZigBee/RF4CE có một lợi thế đáng kể trong các hệ thống phức tạp, yêu cầu các điều kiện như tiêu thụ công suất thấp, tính bảo mật cao, khả năng mở rộng số lượng các node cao Phiên bản mới nhất của Zigbee là 3.0, trong đó điểm nổi bật là sự hợp nhất của các tiêu chuẩn Zigbee khác nhau thành một tiêu chuẩn duy nhất Ví dụ, sản phẩm và kit phát triển của Zigbee của TI là CC2538SF53RTQT Zigbee SystemOnChip T và CC2538 Zigbee Development Kit

 Tiêu chuẩn: ZigBee 3.0 based on IEEE802.15.4

 Tần số: 2,4 GHz

 Khoảng cách: 10 100 m

 Tốc độ: 250 kbps

5.1.1 Kiến trúc mạng ZigBee

Kiến trúc mạng ZigBee chia làm 3 phần chính:

 Ứng dụng

 ZigBee stack

 Radio

Mạng ZigBee được chia thành các lớp, mỗi lớp không biết gì về lớp trên nó Lớp trên được xem như một “master” mà gửi yêu cầu cho “slave” bên dưới làm Kiến trúc mạng ZigBee không giống mô hình mạng OSI 7layer, nhưng có vài thành phần giống gồm PHY (physical), MAC (link layer), NWK (network) Các lớp 47 (Transport, Session, Presentation và Application) được chuyển qua các lớp APS (Application support) và ZDO (ZigBee Device Object) trong mô hình ZigBee Hai lớp thấp nhất, MAC và PHY được định nghĩa bởi đặc tả IEEE 802.15.4 Lớp PHY không giải mã bất

cứ tín hiệu nào Lớp MAC cung cấp khái niệm của một network, gồm một PAN ID và kết nối thông qua các beacon requests và response

Hình 1: Kiến trúc mạng ZigBee

 Lớp PHY: Trong mạng ZigBee, lớp giao thức thấp nhất là lớp vật lý IEEE

802.15.4, hay PHY Lớp này là gần nhất với phần cứng và điều khiển, giao tiếp trực tiếp với radio transceiver Lớp PHY chịu trách nhiệm cho việc kích hoạt radio truyền và nhận packet PHY cũng lựa chọn tần số kênh và đảm bảo kênh hiện không được dùng bởi các thiết bị khác trên mạng khác

 Lớp MAC: Medium Access Control (MAC) layer cung cấp giao diện giữa PHY

layer và NWK layer MAC có trách nhiệm sinh ra các beacon và đồng bộ thiết bị với các beacon (trong mạng beaconenabled) MAC layer cũng cung cấp dịch vụ kết hợp và không kết hợp

 Lớp NWK có trách nhiệm cho hình thành mạng mesh, gồm broadcasting các

packets qua mạng, xác định các đường đi cho các unicasting packets và đảm bảo các gói tin được gửi một cách tin cậy từ một node đến node khác Lớp network cũng có một tập các lệnh cho mục đích bảo mật, gồm bảo mật tham gia và tái tham gia mạng Tất cả các mạng ZigBee được bảo mật ở lớp NWK

 Lớp APS có trách nhiệm cho ứng dụng Nó hoạt động như một bộ lọc cho ứng

dụng chạy phía trên nó các endpoints đơn giản là logic trong các ứng dụng này Nó hiểu những gì các clusters và endpoints đưa ra, kiểm tra xem endpoint là một thành viên của Application Profile và group trước khi gửi thông tin lên trên Lớp APS cũng lọc các thông tin trùng mà hoàn toàn được gửi lên bởi lớp NWK Lớp APS giữ một bảng local binding, một bảng định tuyến các nodes hoặc các nhóm trong mạng mà node muốn giao tiếp đến

 Lớp ZDO (bao gồm ZigBee Device Profile, ZDP) có trách nhiệm cho quản lý

cục bộ của mạng Nó cung cấp các dịch vụ để khám phá các nodes khác và các dịch vụ trong mạng, có trách nhiệm trực tiếp cho trạng thái hiện tại của node trên mạng

 Application Framework chứa ZigBee Cluster Library và cung cấp một

framework mà các ứng dụng chạy bên trong Các endpoints là cơ chế được sử dụng tách

biệt một ứng dụng khỏi các ứng dụng khác

5.1.2 Mô hình mạng trong ZigBee

Hình 2: Mô hình mạng ZigBee

Trong mô hình mạng ZigBee tồn tại 3 dạng mô hình chính: mạng hình sao, mạng hình cây, mạng hình dạng lưới (Mesh)

 Mạng hình sao: Cấu trúc mạng hình sao bao gồm 1 bộ thu thập dữ liệu

(Coordinator) và nhiều các thiết bị đầu cuối (End Device) cùng truy cập vào, ở mạng này có đặc điểm là cấu trúc đơn giản, coordinator đảm nhận phân phối tín hiệu đến tất

cả các node cũng như nhận tín hiệu về từ các nút mạng Sơ đồ mạng hình sao còn nhiều hạn chế, khi Coordinator gặp tình huống bị mất kết nối thì hệ thống mạng bị mất hoàn, khả năng mở rộng mô hình mạng rất khó do mỗi Coordinator chỉ có khả năng quản lý cũng như cấp phát địa chỉ với số lượng có hạn Mô hình mạng sao phù hợp với mạng nhỏ với ít node mạng

 Mạng hình cây: Cấu trúc mạng hình cây được tạo từ 1 Coordinator và nhiều

cụm nhỏ bao gồm các End Device và 1 Coordinator được quản lý và giao tiếp với Coordinator chính, sơ đồ mạng có sự phân cấp quản lý, khi 1 thiết bị mất kết nối thì hệ thống vẫn không bị ảnh hưởng, nhưng các thiết bị muốn giao tiếp với nhau cũng phải truyền về Coordinator trung tâm quản lí Sơ đồ mạng hình Tree có mở rộng hơn sơ đồ hình sao về số lượng các nút mạng

 Mạng hình Mesh: Bộ định tuyến (Router) tồn tại một địa chỉ không thay đổi, có

thể được dùng truyền dữ liệu điểm tới điểm trên một địa chỉ Nếu khi Coordinator không được cấp nguồn thì router sẽ vẫn duy trì mạng, vì giữa các router vẫn giao tiếp với nhau Mô hình mạng Mesh được mở rộng từ mô hình mạng hình cây với cách thức giao tiếp linh hoạt, vì thế mô hình mạng Mesh được sử dụng phổ biến hơn trong mạng ZigBee

5.2 MQTT

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức gửi dạng publish/subscribe sử dụng cho các thiết bị Internet of Things với băng thông thấp, độ tin cậy cao và khả năng được sử dụng trong mạng lưới không ổn định Bởi vì giao thức này

sử dụng băng thông thấp trong môi trường có độ trễ cao nên đây là một giao thức lý tưởng cho các ứng dụng M2M

5.2.1 Publish, subscribe

Trong một hệ thống sử dụng giao thức MQTT, nhiều node trạm (gọi là MQTT client – gọi tắt là client) kết nối tới một MQTT server (gọi là broker) Mỗi client sẽ đăng

ký một vài kênh (topic), ví dụ như “/client1/channel1”, “/client1/channel2” Quá trình đăng ký này gọi là “subscribe”, giống như chúng ta đăng ký nhận tin trên một kênh Youtube vậy Mỗi client sẽ nhận được dữ liệu khi bất kỳ trạm nào khác gửi dữ liệu và kênh đã đăng ký Khi một client gửi dữ liệu tới kênh đó, gọi là “publish”

5.2.2 QoS

Ở đây có 3 tuỳ chọn QoS (Qualities of service) khi “publish” và “subscribe”:

 QoS0 Broker/client sẽ gửi dữ liệu đúng 1 lần, quá trình gửi được xác nhận bởi chỉ giao thức TCP/IP, giống kiểu “đem con bỏ chợ”

 QoS1 Broker/client sẽ gửi dữ liệu với ít nhất 1 lần xác nhận từ đầu kia, nghĩa là

có thể có nhiều hơn 1 lần xác nhận đã nhận được dữ liệu

 QoS2 Broker/client đảm bảo khi gửi dữ liệu thì phía nhận chỉ nhận được đúng

1 lần, quá trình này phải trải qua 4 bước bắt tay

Một gói tin có thể được gửi ở bất kỳ QoS nào và các client cũng có thể subscribe với bất kỳ yêu cầu QoS nào Có nghĩa là client sẽ lựa chọn QoS tối đa mà nó có để nhận tin Ví dụ, nếu 1 gói dữ liệu được publish với QoS2 và client subscribe với QoS0, thì gói dữ liệu được nhận về client này sẽ được broker gửi với QoS0 và 1 client khác đăng

ký cùng kênh này với QoS 2, thì nó sẽ được Broker gửi dữ liệu với QoS2

Một ví dụ khác, nếu 1 client subscribe với QoS2 và gói dữ liệu gửi vào kênh đó publish với QoS0 thì client đó sẽ được Broker gửi dữ liệu với QoS0 QoS càng cao thì càng đáng tin cậy, đồng thời độ trễ và băng thông đòi hỏi cũng cao hơn

5.2.3 Retain

Nếu RETAIN được set bằng 1, khi gói tin được publish từ Client, Broker phải lưu trữ lại gói tin với QoS và nó sẽ được gửi đến bất kỳ Client nào subscribe cùng kênh trong tương lai Khi một Client kết nối tới Broker và subscribe, nó sẽ nhận được gói tin cuối cùng có RETAIN = 1 với bất kỳ topic nào mà nó đăng ký trùng Tuy nhiên, nếu Broker nhận được gói tin mà có QoS = 0 và RETAIN = 1, nó sẽ huỷ tất cả các gói tin có RETAIN = 1 trước đó Và phải lưu gói tin này lại, nhưng hoàn toàn có thể huỷ bất kỳ lúc nào

Khi publish một gói dữ liệu đến Client, Broker phải se RETAIN = 1 nếu gói được gửi như là kết quả của việc subscribe mới của Client (giống như tin nhắn ACK báo subscribe thành công) RETAIN phải bằng 0 nếu không quan tâm tới kết quả của việc

subscribe

5.2.4 LWT

Gói tin LWT (last will and testament) không thực sự biết được Client có trực tuyến hay không, cái này do gói tin KeepAlive đảm nhận Tuy nhiên gói tin LWT như

là thông tin điều gì sẽ xảy đến sau khi thiết bị ngoại tuyến

5.2.5 Ví dụ

Giả sử người dùng có 1 cảm biến gửi những dữ liệu quan trọng và không thường

xuyên Cảm biến này có đăng ký trước với Broker một tin nhắn lwt ở topic

/node/goneoffline với tin nhắn id của nó Và người dùng cũng đăng ký theo dõi topic /node/goneoffline, sẽ gửi SMS tới điện thoại mỗi khi nhận được tin nhắn ở kênh mà người dùng đang theo dõi

Trong quá trình hoạt động, cảm biến luôn giữ kết nối với Broker bởi việc luôn gửi gói tin keepAlive Nhưng nếu vì lý do gì đó, cảm biến này chuyển sang ngoại tuyến, kết nối tới Broker timeout do Broker không còn nhận được gói keepAlive Lúc này, do cảm biến đã đăng ký LWT, do vậy broker sẽ đóng kết nối của cảm biến, đồng thời sẽ publish một gói tin là Id của cảm biến vào kênh /node/goneoffline, dĩ nhiên là người dùng cũng sẽ nhận được tin nhắn báo cảm biến đã ngoại tuyến

5.3 AWS IoT

AWS IoT (Amazone Web Service) là một nền tảng dữ liệu điện toán đám mây (managed cloud platform) do Amazon phát triển, có thể kết nối thiết bị một cách dễ dàng và tương tác một cách an toàn với các ứng dụng điện toán đám mây (cloud) và những thiết bị khác

Trong lĩnh vực Smart Home luôn tồn tại một câu hỏi: “Làm cách nào để xây dựng các thiết bị gia dụng thông minh trong nhà (smart domestic electric appliances) mà

thông qua Internet, người sử dụng có thể kiểm soát theo thời gian thực (realtime) và đề xuất kịch bản sử dụng tốt nhất?” Để minh họa cho giải pháp được đề xuất, trong phần này, bài viết sẽ trình bày một trường hợp (case study) về hệ thống điều hòa không khí thông minh Kiến trúc hệ thống được mô tả như hình sau:

Hình 3: Kiến trúc hệ thống

Hệ thống điều hòa không khí bao gồm cục nóng (heater), cục lạnh (cooler), quạt

và cảm biến không khí (độ ẩm và nhiệt độ) được kiểm soát bởi Wall Controller thông qua giao thức Modbus (mở/tắt, tăng/giảm nhiệt độ/độ ẩm, tăng/giảm tốc độ quạt, chọn chế độ chương trình,…) Thiết bị IoT giao tiếp với Wall Controller thông qua giao thức Modbus bằng cách sử dụng hệ thống thu phát RS485 và giao tiếp với AWS qua giao thức HTTPS sử dụng kết nối WiFi Nó sẽ nhận được thông tin về hệ thống điều hòa không khí và gửi thông tin đến AWS (qua AWS IoT) Sau đó, thông tin sẽ được hiển thị trên ứng dụng di động của người dùng (iOS, Android, Windows Phone)

Khi người dùng muốn kiểm soát các hệ thống điều hòa không khí, họ sẽ dùng ứng dụng di động để gửi lệnh đến AWS (mở/tắt, tăng/giảm nhiệt độ/độ ẩm, tăng/giảm tốc độ quạt, chọn chế độ chương trình,…) Các lệnh này sẽ được gửi tới thiết bị IoT thông qua AWS IoT và thiết bị sẽ truyền chúng đến Wall Controller thông qua giao thức Modbus

để theo dõi hệ thống điều hòa không khí Thông tin liên quan đến quản lý hệ thống được lưu trữ tại Amazon RDS Hệ thống cũng sẽ lưu trữ log trong Amazon S3 cho Tracking,

và lưu trữ thông tin về hành vi của người dùng trong Amazon DynamoDB cho Analytics