(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS tại VNPT Hưng Yên

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

Đỗ Văn Hậu

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG IoT VÀO HỆ THỐNG
QUẢN LÝ TRẠM BTS TẠI VNPT HƯNG YÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI - 2021


HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

Đỗ Văn Hậu

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG IoT VÀO HỆ THỐNG
QUẢN LÝ TRẠM BTS TẠI VNPT HƯNG YÊN
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ: 8.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Đỗ Xuân Thu

HÀ NỘI - 2021

i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng bản thân tơi, được hồn
thành với sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy TS. Đỗ Xuân Thu. Các số liệu, kết
quả được trình bày trong luận văn là số liệu, thông tin đảm bảo tính trung thực. Những kết
luận khoa học của luận văn chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác trước
đó.
Hà Nợi, ngày … tháng 01 năm 2022
Học viên

Đỗ Văn Hậu


ii

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Q Thầy Cơ, những người thày đã tận tình
truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khóa học vừa qua.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến Ban lãnh đạo và các anh, chị đồng nghiệp ở VNPT
Hưng Yên đã nhiệt tình giúp đỡ tơi trong q trình thu thập thông tin và các số liệu có liên
quan đến đề tài nghiên cứu, đã tạo điều kiện tốt nhất để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp
này.
Đặc biệt, xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Đỗ Xuân Thu, thầy đã
dành nhiều thời gian và cơng sức hướng dẫn tơi thực hiện và hồn thành luận văn này.
Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng, song với kiến thức còn hạn chế và thời gian có
hạn, luận văn chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự
chỉ bảo của Quý Thầy Cô, sự góp ý của bạn bè và đồng nghiệp nhằm bổ sung hoàn thiện

luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn.!.


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..........................................................................................v
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS .....................................3
1.1. Khái niệm về Internet of things .....................................................................3
1.1.1. Kiến trúc hệ thống Internet Of Thing .....................................................3
1.1.2. Kiến trúc an ninh trong Internet Of Thing ..............................................4
1.2. IoT trở thành xu thế tương lai ........................................................................5
1.3. Các lĩnh vực ứng dụng IoT ............................................................................6
1.3.1. Các thiết bị đeo thông minh ....................................................................6
1.3.2. Nhà thông minh (smart home) ................................................................6
1.3.3. Thành phố thông minh (smart city) ........................................................6
1.3.4. Ứng dụng công nghệ IoT trong sản xuất ô tô .........................................7
1.3.5. Ứng dụng IoT trong nông nghiệp và công nghiệp ..................................7
1.3.6. Bán lẻ thông minh ...................................................................................7
1.3.7. Trong ngành năng lượng .........................................................................8
1.4. Kết luận chương ............................................................................................8
CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG IoT VÀO HỆ THỐNG QUẢN LÝ TRẠM
BTS TẠI VNPT HƯNG YÊN ....................................................................................9
2.1. Các yêu cầu và đặc trưng giữa IoT và hệ thống quản lý trạm BTS .................9
2.1.1. Các yêu cầu của một hệ thống IoT ............................................................9
2.1.2. Các đặc trưng cơ bản của IoT ..................................................................10

2.1.3.Các vấn đề khi ứng dụng IoT ...................................................................11
2.2. Thực trạng về trạm BTS của VNPT tại VNPT Hưng Yên .............................13
2.2.1. Khai thác và sử dụng trạm BTS tại Hưng Yên ........................................13
2.2.2. Hiện trạng trạm thu phát sóng thông tin di động (BTS) tại Hưng Yên ..14
2.3. Ưu nhược điểm khi ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS .............17
2.4. Những nguy cơ tấn công và các phương pháp hỗ trợ bảo mật ......................19
2.5. Giải pháp quản lý an toàn bảo mật cho IoT trong HT quản lý trạm BTS ......21


iv

2.6. Kết luận
chương.............................................................................................221
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TRẠM BTS
TẠI VNPT HƯNG YÊN ...........................................................................................23
3.1. Mô hình hệ thống IoT tại trạm BTS ...............................................................23
3.1.1. Thành phần hệ thống ...............................................................................23
3.1.2. Sơ đồ hệ thống .........................................................................................24
3.1.3. Mơ hình hệ thống…………………………………………………….... 25
3.2. Nghiên cứu, thiết kế phần mềm quản trị, điều khiển tập trung ......................28
3.2.1. Thành phần bảng mạch điều khiển ..........................................................28
3.2.2. Nguyên lý hoạt động của bảng mạch điều khiển .....................................28
3.2.3. Công cụ sử dụng ......................................................................................28
3.2.4. Các công nghệ chủ yếu ............................................................................30
3.3. Kết quả mô phỏng hệ thống quản lý trạm BTS tại VNPT Hưng Yên............42
3.3.1. Kết quả ứng dụng di động .......................................................................42
3.3.2. Kết quả ứng dụng Web ............................................................................42
3.4. Đánh giá kết quả .............................................................................................46
3.5. Kết luận chương .............................................................................................46
Phụ lục một số kết quả thực hiện và báo cáo ........................................................48

Kết luận .................................................................................................................54
Tài liệu tham khảo .................................................................................................55


v

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mơ hình kiến trúc hệ thống Internet Of Things ...........................................4
Hình 1.2. Mơ hình kiến trúc an ninh trong Internet Of Things ...................................5
Hình 2.1: Mơ hình cơ bản hệ thống IoT ....................................................................10
Hình 2.2: Trạm BTS loại 1 được đặt trên mặt đất.....................................................15
Hình 2.3: Trạm BTS loại 2 được đặt trên tầng thượng nhà dân ...............................16
Hình 2.4: Kiến trúc giải pháp bảo mật IoT ...............................................................19
Hình 2.5: Mơ hình cải tiến bảo mật 4 lớp của hệ thống IoT .....................................21
Hình 3.1:Sơ đồ hệ thống quản lý trạm BTS ..............................................................24
Hình 3.2: Mơ hình tổng thể hệ thống ........................................................................25
Hình 3.3: Mơ hình chức năng giám sát .....................................................................26
Hình 3.4: Mơ hình điều khiển từ xa qua app.............................................................26
Hình 3.5: Bảng mạch đó nhận điều khiển và gửi log lên sever ..... Error! Bookmark
not defined.7
Hình 3.6: Cơng nghệ HTTP Request............................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7: Kiến trúc ADO.NET ....................................................................................36
Hình 3.8: Mơ hình đối tượng của DATASET ...............................................................37
Hình 3.9: Trình cung cấp dữ liệu .............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.10: Giao diện ứng dụng di động …………………………………………40
Hình 3.11: Giao diện ứng dụng trên Website ...........................................................41
Hình 3.12: Điều khiển và theo dõi nhà trạm online .......................................................41


1

I. MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Từ khi cuộc cách mạng 4.0 bùng nổ cụm từ IoT (Internet of things) được nhắc
đến nhiều hơn, nó khơng chỉ mở ra con đường mới cho thế giới mà nó còn hứa
hẹn sẽ mang lại những kết quả triển vọng cho các doanh nghiệp nắm bắt và ứng
dụng IoT trong hoạt động kinh doanh sản xuất.
Khi chưa đưa ứng dụng IoT vào quản lý trạm BTS ta thấy phải dựa hết vào
con người mỗi khi có mặt tại trạm BTS thì mới biết được nhiệt độ trong phịng, có
điện lưới hay khơng và vận hành máy nổ, điều hòa, quạt gió….. Nhiều khi vận
hành các thiết bị ko kịp thời sẽ làm thiết bị hư hỏng dẫn đến rất tốn kém để mua
thiết bị thay thế.
Nhưng khi đưa ứng dụng IoT vào thì có nhiều ưu điểm ta có thể quản lý được
toàn bộ trạm BTS từ xa và biết được các cảnh báo: ví dụ về nhiệt độ trong phòng,
có điện lưới, máy nổ….. Từ đó ta có thể điều khiển các thiết bị kịp thời, không
những làm cho thiết bị trong trạm luôn chạy trong điều kiện ổn định mà cịn có thể
giảm bớt được chi phí nhân cơng. Vì vậy đây là lý do mà em chọn đề tài “Nghiên
cứu ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS tại VNPT Hưng Yên“.
2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu:
Giờ đây, IoT đã được sử dụng tại các thị trường trong lĩnh vực chăm sóc sức
khỏe, thiết bị gia dụng và tịa nhà, thị trường bán lẻ, cơng ty năng lượng và sản
xuất, di động và vận tải, hậu cần và truyền thông.
Thiết bị ngày càng được số hóa và kết nối nhiều hơn, thiết lập mạng lưới giữa
máy móc, con người và Internet, dẫn đến việc tạo ra các hệ sinh thái mới cho phép
năng suất cao hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và lợi nhuận cao hơn. Cảm biến giúp
nhận biết trạng thái của sự vật, nhờ đó chúng có được lợi thế khi dự đoán nhu cầu
của con người dựa trên thông tin được thu thập theo ngữ cảnh[3].
Tại Việt Nam IoT tuy mới chỉ bước vào giai đoạn khởi đầu nhưng được sự
quan tâm từ chính phủ và rất nhiều các doanh nghiệp đặc biệt là các doanh nghiệp
ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất kinh doanh. IoT đã cho thấy những hiệu

quả đầu tiên mà nó mang lại cho doanh nghiệp Việt. Từ khi IoT có những bước
phát triển, các doanh nghiệp Việt đã nhanh chóng nắm bắt cơ hội đó, hình thành
một số ngành kinh doanh mới như nhà thông minh, các thiết bị thông minh,… đã
đem lại cơ hội kinh doanh không thể bỏ qua.
Internet of Things (IoT) là môi trường mà tất cả các đối tượng kết nối thông
minh được kết nối với nhau thông qua các sơ đồ địa chỉ duy nhất dựa trên các tiêu
chuẩn và giao thức viễn thông cụ thể . Các thiết bị dựa trên IoT phải được kết nối
với nhau thông qua các Trạm thu phát cơ sở (BTS) trong hoạt động không dây và
các trạm BTS được liên kết với kết nối backhaul thông qua cáp quang.
Nếu áp dụng được IoT vào quá trình kinh doanh sẽ giúp doanh nghiệp này
nâng cao được hiệu quả kinh doanh, nhất là trong lĩnh vực bán lẻ, giúp doanh


2

nghiệp tiết kiệm được những khâu kinh doanh không cần thiết trong doanh
nghiệp.
Tuy vậy để có thể áp dụng thành cơng IoT thì khơng phải doanh nghiệp nào
cũng có thể làm được. Vì vậy qua việc nghiên cứu đề tài có thể đưa ra một số giải
pháp giúp cho các doanh nghiệp nói chung và ngành viễn thông nói riêng cải tiến
quá trình kinh doanh đạt hiệu quả cao hơn.
3. Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu vai trị của IoT trong các lĩnh vực kỹ thuật ngày nay từ đó ứng
dụng các thành tựu của IoT vào các doanh nghiệp Việt Nam. Xây dựng mơ hình
giả thiết ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS.
Nhiệm vụ
Đi sâu và làm rõ các khái niệm, vấn đề xoay quanh IoT trong thời gian gần
đây và xu hướng IoT tương lai. Nghiên cứu thực trạng, vai trò của IoT đến việc
thúc đẩy sự nghiên cứu, phát triển của các lĩnh vực trong đời sống.
Đề xuất phương hướng và giải pháp cơ bản nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng

của IoT.
Đề xuất ứng dụng IoT vào Hệ thống quản lý trạm BTS tại VNPT Hưng Yên.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu: bao gồm khái niệm về “Internet of things” và các khái
niệm liên quan. Hạ tầng công nghệ viễn thơng và thơng tin hiện nay. Chính sách
của quốc gia về ứng dụng công nghệ thông tin vào các lĩnh vực khác nhau của đời
sống xã hội. Giải pháp ứng dụng IoT vào quản lý trạm BTS .
Phạm vi nghiên cứu: luận văn tập trung xem xét, phân tích đánh giá các yếu
tố nằm trong phạm vi sau: Tổng quan về Internet of things, các khái niệm cơ bản,
tại sao IoT trở thành xu thế quan trọng trong tương lai, các vấn đề gặp phải khi áp
dụng IoT, các lĩnh vực ứng dụng IoT. Quản lý các cảnh báo và điều khiển vận
hành các thiết bị trong trạm BTS tại VNPT Hưng Yên.
5. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp thu thập dữ liệu: Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu, đề tài xử
dụng phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp thông qua việc nghiên cứu sách, báo,
truyền thông, internet,…
Phương pháp phân tích dữ liệu: Đề tài sử dụng phương pháp phân tích dữ liệu
qua mơ hình mơ phỏng và thiết kế lắp đặt thử trong trạm BTS tại VNPT Hưng
Yên.
II. NỘI DUNG
Nội dung luận văn được trình bày trong 03 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về Internet of Things
Chương 2: Giải pháp ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS tại VNPT
Hưng Yên
Chương 3: Thiết kế và mô phỏng hệ thống quản lý trạm BTS tại VNPT Hưng
Yên.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS
1.1. Khái niệm về Internet of things
Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc
là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) là
một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là "thiết bị kết
nối" và "thiết bị thơng minh"), phịng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với
các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết
nối mạng máy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu.
IoT là mạng kết nối các đồ vật và thiết bị thông qua cảm biến, phần mềm và
các công nghệ khác, cho phép các đồ vật và thiết bị thu thập và trao đổi dữ liệu với
nhau. IoT lan tỏa lợi ích của mạng internet tới mọi đồ vật được kết nối, chứ không
chỉ dừng lại ở phạm vi một chiếc máy tính. Khi một đồ vật được kết nối với
internet, nó sẽ trở nên thông minh hơn nhờ khả năng gửi và/hoặc nhận thông tin và
tự động hoạt động dựa trên các thông tin đó.
Các thiết bị IoT có thể là đồ vật được gắn thêm cảm biến để thu thập dữ liệu
về môi trường xung quanh (giống như các giác quan), các máy tính/bộ điều khiển
tiếp nhận dữ liệu và ra lệnh cho các thiết bị khác, hoặc cũng có thể là các đồ vật
được tích hợp cả hai tính năng trên.
Tiềm năng ứng dụng của IoT trải rộng trên mọi lĩnh vực. Tuy nhiên, mọi hệ
thống IoT hoàn chỉnh đều có đủ 4 bước: thu thập dữ liệu, chia sẻ dữ liệu, xử lý dữ
liệu, và đưa ra quyết định [3].
1.1.1. Kiến trúc hệ thống IoT
Các vật thể kết nối Internet đề cập đến các thiết bị có khả năng kết nối,
truyền thông tin và thực hiện nhiệm vụ được xác định của nó như đồng hồ, điện
thoại thông minh, đồ gia dụng, đèn chiếu sáng, đo năng lượng hoặc các thiết bị cảm
biến để thu thập thơng tin khác.
Các Gateway đóng vai trị là một trạm trung gian, tạo ra kết nối giữa các vật
thể với điện toán đám mây một cách bảo mật và dễ dàng quản lý. Nói cách khác,
Gateway là cửa sổ của hệ thống IoT nội bộ với thế giới bên ngồi. Các cơng nghệ
truyền dữ liệu được sử dụng như GSM, GPRS, cáp quang hoặc các công nghệ

internet khác.
Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud): Cơ sở hạ tầng
mạng bao gồm thiết bị định tuyến (Router), chuyển mạch (Switch), thiếp bị lặp
(Repeater) và nhiều thiết bị khác được dùng để kiểm soát lưu lượng dữ liệu, được
kết nối đến mạng lưới viễn thông và triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.
Trung tâm dữ liệu và hạ tầng điện toán đám mây bao gồm một hệ thống lớn
các máy chủ, hệ thống lưu trữ và kết nối các mạng ảo hóa. Công nghệ không dây
như Bluetooth, Smart, Zigbee, subGhz, Wi-Fi giúp tạo ra kết nối giữa các thiết bị
hoặc giữa thiết bị với mạng Internet.


4

Hệ thống điều khiển được sử dụng để giám sát các mạng IoT thông qua công
nghệ không dây, có thể là một thiết bị chuyên dụng như điều khiển từ xa (Remote),
điện thoại thông minh (Smartphone) và máy tính bảng (Tablet).
Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers)
gồm các API (Application Progmraming Interface) hỗ trợ cho công tác quản lý,
phân tích dữ liệu và tận dụng hệ thống tài nguyên sẵn có một cách hiệu quả và
nhanh chóng[1].

Hình 1.1 Mơ hình kiến trúc hệ thống Internet Of Things
1.1.2 Kiến trúc an ninh trong Internet Of Thing
Cũng như các hệ thống truyền thống khác, mục đích cuối cùng của an ninh
trong IoT là đảm bảo tính bảo mật, toàn vẹn, tính sẵn sàng, xác thực dữ liệu và
thông tin.
Trong cơ chế này, kiến trúc an ninh trong IoT có thể chia thành 4 phần chính
với các yêu cầu khác nhau như mơ hình trong Hình 2 để duy trì tính bảo mật và đảm
bảo an tồn thơng tin cho người sử dụng.
Tầng cảm quan thực hiện thu thập thông tin về các thuộc tính đối tượng và

điều kiện môi trường từ các thiết bị cảm biến. Yêu cầu về an ninh tại tầng này bao
gồm
(1) Chứng thực (Authentication) giúp ngăn chặn các truy cập bất hợp pháp
vào hệ thống IoT;
(2) Mã hóa (Encryption) đảm bảo tính bảo mật khi truyền tải thông tin và
(3) Thảo thuận khóa (Key agreement) được thực hiện trước khi mã hóa để
cung cấp các khả năng an ninh mạng nâng cao.
Các khóa hạng nhẹ có thể được sử dụng để tối ưu hóa việc sử dụng tài
nguyên và nâng cao hiệu năng của hệ thống.
Tầng mạng truyền tải thông tin dựa trên cơ sở hạ tầng mạng cơ bản như
mạng Internet, mạng truyền thông di động, vệ tinh, mạng không dây và các giao
thức truyền thông.
Các cơ chế bảo mật hiện tại khó có thể áp dụng đối với tầng này. Nguyên
nhân chính là do các thiết bị IoT có nguồn năng lượng thấp, dễ tổn hao, khả năng
tính toán hạn chế dẫn đến khó khăn trong việc xử lý các thuật toán với độ phức tạp
cao.


5

Tầng hỗ trợ được tổ chức theo nhiều cách thức khác nhau, phù hợp với dịch
vụ cung cấp như phân tải và xử lý dữ liệu. Tầng hỗ trợ có thể bao gồm phần sụn
(Middleware), M2M (Machine to Machine) hoặc nền tảng điện toán đám mây.
Hầu hết các giao thức mã hóa, kỹ thuật bảo mật, phân tích mã độc đều được
triển khai tại tầng này.
Tầng ứng dụng tạo ra các ứng dụng người dùng. Để giải quyết vấn đề an toàn
tại tầng này, cần quan tâm hai vấn đề:
(1) Chứng thực và thỏa thuận khóa bất đối xứng qua mạng
(2) Bảo vệ quyền riêng tư của người dùng. Ngoài ra, công tác quản lý như
quản lý mật khẩu cũng cần nhận được sự quan tâm đặc biệt[1].

Hình 1.2. Mơ hình kiến trúc an ninh trong Internet Of Things

1.2. IoT trở thành xu thế tương lai
Mặc dù đã manh nha từ lâu nhưng kỷ nguyên Internet of Things chỉ thực sự
được sự được chú ý và bùng nổ trong những năm gần đây, sau sự phát triển của
smartphone, tablet và những kết nối không dây,…
Và ngay sau khi nhận được sự chú ý của cộng đồng, IoT đã cho thấy tiềm
năng của mình với những số liệu đáng kinh ngạc.
Cisco, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay dự báo: Đến năm
2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, bao gồm hàng tỷ thiết bị di
động, tivi, máy giặt, …
Để thấy được sự phát triển của lĩnh vực này, họ cũng đưa ra số liệu vào năm
1984, khi mà Cisco mới thành lập mới chỉ có khoảng 1.000 thiết bị được kết nối
mạng toàn cầu, đến năm 2010, con số này đã lên mức 10 tỷ.
Intel, đơn vị mới tham gia vào thị trường sản xuất chip cho các thiết bị thông minh
phục vụ IoT cũng đã thu về hơn 2 tỷ USD trong năm 2014 từ lĩnh vực này, tăng
trưởng 19% so với năm 2013.
Và không thể không kể tới một thương hiệu Việt Nam là Bkav cũng đã đạt
được những thành tựu đáng ghi nhận về Internet of Things. Hệ thống nhà thông
minh SmartHome của Bkav là một tổ hợp các thiết bị thông minh trong 1 ngôi nhà,
đều được kết nối Internet và có thể tự động điều chỉnh cũng như điều khiển qua
smartphone.
Sau hàng chục năm nghiên cứu và sản xuất, Bkav SmartHome đã có chỗ
đứng nhất định trên thị trường và hoàn toàn có thể cạnh tranh với những giải pháp
nhà thông minh khác trên thế giới.