những nguyên lý sáng tạo trong công nghệ không dây cho thiết bị di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
________________

BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC
PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
TRONG TIN HỌC


Đề tài:

Những nguyên lý sáng tạo trong công
nghệ không dây cho thiết bị di động


Giảng viên hướng dẫn: GS.TSKH. Hoàng Kiếm

Học viên thực hiện: Trần Thanh Quốc Thắng





TP. HCM, năm 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 1 -


Mở đầu
Khoa học ngày nay đã trở thành nhân tố quan trọng nhất trong sự tồn tại
và phát triển của nhân loại. Khoa học đã giúp cải thiện cuộc sống của con người,
làm cho cuộc sống con người trỡ nên thuận tiện hơn, văn minh hơn, giúp con
người lý giải, khám phá thế giới xung quanh, từ đó có thể tác động ngược trỡ lại
theo hướng có lợi cho mình.
Việc phát minh, sáng chế đòi hỏi phải có một quá trình lâu dài và sự chuẩn
bị, nghiên cứu thật kỹ lưỡng. Trãi qua một giai đoạn dài, các nhà khoa học cũng
đã rút ra được một số các nguyên lý sáng tạo, có thể dùng chúng như một sự
tham khảo, một hướng suy nghĩ, tiếp cận trong quá trình sáng tạo ra một công
nghệ mới hay một sản phẩm mới.
Trong phạm vi hạn hẹp của bài thu hoạch này, tác giã sẽ đề cập tới sự phát
triển của công nghệ không dây dựa trên các nguyên tắc sáng tạo khoa học. Xin
được gửi lời cảm ơn đến Giáo sư - Tiến sỹ Khoa Học Hoàng Văn Kiếm, người đã
tận tâm truyền đạt những kiến thức nền tảng cơ bản về môn học “Phương pháp
nhiên cứu khoa học trong tin học”. Bên cạnh đó cũng xin chân thành cảm ơn các
thành viên nhóm Wireless thuộc công ty trách nhiệm hữu hạn thiết kế Renesas
đã tận tình giúp đỡ tác giã hoàn thành bài thu hoạch này.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 2 -


MỤC LỤC
PHẦN I : CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG

4
I. Vai trò của công nghệ không dây trong thiết bị di động 4

II. Các công nghệ không dây phổ biến trên thiết bị di động hiện nay 5

II.1. Global positioning system 5
II.2. Bluetooth 7
II.3. Wireless fidelity 8
II.4. Near field communication 10
PHẦN II : CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG VIỆC PHÁT TRIỂN CÔNG
NGHỆ KHÔNG DÂY
12
I. 40 nguyên tắc sáng tạo cơ bản của Alshuller 12

II. Công nghệ không dây dựa trên các nguyên tắc sáng tạo 13

Tài liệu tham khảo
19


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 3 -



BẢNG TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Ý nghĩa
GPS Global Positioning System

Wi-Fi Wireless Fidelity
NFC Near Field Communication
GHz Gigahertz
MHz Megahertz
Mbps Mega bit per second
Kbps Kilo bit per second
ACK Acknowledge
NMEA National Marine Electronics Association
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISO International Organization for Standardization
IEC International Electrotechnical Commission
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 4 -


PHẦN I :
CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG
I. Vai trò của công nghệ không dây trong thiết bị di động
Ngày nay, công nghệ không dây đã trỡ thành một trong những tính năng quan
trọng nhất cho các thiết bị di động. Công nghệ không dây đã có mặt ở hầu hết các
thiệt bị như điện thoại, máy tính bảng, máy tính xách tay, các thiết bị chơi game,
máy in, máy quay phim… Thật khó để nói một chiếc điện thoại di động là “thông
minh” nếu nó không có được các chức năng kết nối không dây.
Các công nghệ không dây phổ biến hiện nay có thể kể đến 4 loại chính:
Global positioning system (hệ thống định vị toàn cầu): với công nghệ này được
tích hợp trên thiết bị di động, người dùng có thể dễ dàng xác định vị trí mà mình
đang đứng cho dù họ đang ở bất kỳ đâu trên trái đất. Công nghệ này ra đời có thể
dẫn đến việc xóa sổ cách tìm đường đi truyền thống của con người (sử dụng bản đồ,

la bàn). Công nghệ GPS khi được tích hợp trên các loại phương tiện giao thông còn
giúp cho người dùng có thể dàng tìm kiếm đường đi thích hợp, góp phần giải quyết
tình trạng ùn tắc giao thông. Ngoài ra, thiết bị GPS khi được dùng trên xe sẽ giúp
chủ phương tiện và công an có thể xác định chính xác vị trí của xe trong trường hợp
xe bị đánh cắp.
Bluetooth: là loại công nghệ cho phép chia sẽ dữ liệu, thông tin giữa thiết bị với
thiết bị mà không cần phải nối dây trực tiếp từ thiết bị này tới thiết bị kia. Người dùng
có thể dễ dàng chia sẽ một đoạn nhạc hay phim trên thiết bị di động của mình với
bất kỳ thiết bị nào khác của bạn bè miễn là thiết bị đó cũng được tích hợp chức năng
Bluetooth. Ngoài việc chia sẽ dữ liệu, Bluetooth còn có thể được dùng cho việc điều
khiển từ xa (ví dụ: bàn phím Bluetooth). Công nghệ Bluetooth còn được sử dụng
trong các ứng dụng về y tế, giúp người dùng có thể tự kiểm tra sức khỏe của mình
(ví dụ như kiểm tra huyết áp) thông qua việc kết nối, truyền nhận thông tin từ thiết bị
di động đến các thiết bị y tế chuyên dụng.
Wireless fidelity: là loại công nghệ không dây phổ biến và được sử dụng rộng
rãi ngày nay. Wi-Fi cho phép thiết bị di động có thể kết nối với hệ thống mạng
Internet cũng như cho phép các thiết bị có thể trực tiếp kết nối với nhau. Ưu điểm lớn
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 5 -


nhất của công nghệ Wi-Fi là ở khả năng cho phép kết nối nhiều thiết bị trong phạm
vi rộng và truyền nhận dữ liệu với tốc độ cao.
Near field communication: là công nghệ không dây khá mới hiện nay. Công
nghệ này khá giống với công nghệ Bluetooth nhưng có ưu điểm hơn ở chỗ cho phép
thiết lập kết nối nhanh, dễ dàng, tiết kiệm năng lượng và bảo mật cao. Do có tính
bảo mật cao, công nghệ NFC chủ yếu được dùng trong các ứng dụng thanh toán
trực tuyến; lưu trữ và chia sẽ thông tin có tính chất quan trọng như thông tin cá

nhân, mật mã để mỡ khóa nhà, xe… Với một thiết bị di động có chức năng NFC,
người dùng có thể yên tâm lưu trữ các thông tin quan trọng trên đó và dễ dàng chia
sẽ khi cần thiết mà không sợ bị đánh cắp thông tin. Ngày nay, công nghệ NFC được
dùng khá phổ biến ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc…
II. Các công nghệ không dây phổ biến trên thiết bị di động hiện nay
II.1. Global positioning system
Hệ thống định vị toàn cầu GPS được xây dựng và bảo trì bởi chính phủ Mỹ. Nó
được chính thức đưa vào hoạt động đầy đủ từ năm 1994. Ban đầu, hệ thống này
được chính phủ Mỹ xây dừng để phục vụ cho mục đích quân sự là chính. Sau đó, nó
được sự chấp thuận của chính phủ Mỹ cho phép sử dụng hệ thống vào các mục
đích dân sự. Ngày nay, ngoài hệ thống GPS của chính phủ Mỹ còn có một hệ thống
tương tự của Nga với tên gọi Global Navigation Satellite System và một vài hệ thống
đang trong giai đoạn triển khai của Trung Quốc (Compass Navigation System) và
liên minh châu Âu (Galileo Positioning System).
Ở khía cạnh người dùng, thật ra khi nói đến thuật ngữ GPS trên một thiết bị di
động bất kỳ nào đó là đang nói đến “thiết bị nhận GPS”. Một hệ thống GPS bao gồm
tối thiểu 24 vệ tinh được điều khiển bay theo những quỹ đạo đã được tính toán sẵn
(số lượng vệ tinh có thể thay đổi tùy thời điểm do mục đích bảo trì hay hỏng hóc,
ngày nay con số vệ tinh đã là 32). Các thiết bị di động sẽ chứa một thiết bị dùng để
nhận và phân giải thông tin từ các vệ tinh này gửi đến. Thiết bị nhận GPS có 3 chức
năng chính:
 Định vị ít nhất 3 vệ tinh đang ở gần nó nhất
 Xác định khoảng cách từ các vệ tinh đến thiết bị
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 6 -


 Tính toán ra vị trí của thiết bị nhờ vào các thông tin trên

Việc tính toán vị trí của thiết bị nhờ vào 2 thuật toán chính là: 2D Trialteration
và 3D Trialteration. Ý tưởng chính của 2 thuật toán này khá giống nhau: vị trí chính
xác sẽ được xác định thông qua giao điểm của các đường tròn (hay các mặt cầu)








Hình 2.1: Minh h
ọ
a thu
ật toán đị
nh v
ị

Hình vẽ trên minh họa ý tưởng căn bản của thuật toán xác định vị trí. Ban đầu,
thiết bị nhận được thông tin về khoảng cách từ nó đến vệ tinh S1 là 50Km, khi đó vị
trí của thiết bị sẽ là tại bất kỳ điểm nào đó trên đường tròn S1. Kế đến nó nhận được
thông tin từ vệ tinh S2 đang ở cách nó 80Km, lúc này thiết bị có thể giới hạn lại vị trí
của nó chỉ còn 2 điểm là giao điểm của 2 đường tròn S1 và S2. Cuối cùng, nhờ có
thêm thông tin từ vệ tinh S3, nó có thể xác định được chính xác vị trí của nó là tại
giao điểm của 3 đường tròn S1, S2 và S3.
Thông tin truyền từ vệ tinh đến thiết bị có thể bị sai lệch do ảnh hưởng của môi
trường xung quanh như: áp suất khí quyển, điều kiện về thời tiết… Việc này sẽ dẫn
đến việc tính toán sai vị trí. Để làm giảm ảnh hưởng của môi trường đến việc tính
toán, tín hiệu trước khi được truyền trực tiếp đến thiết bị, nó cũng sẽ được truyền
đến các trạm thu phát sóng trung gian để tính toán sự sai lệch của tín hiệu trong quá

trình truyền tin, thông tin sai lệch này sau đó sẽ được các trạm trung gian này truyền
đến cho các thiết bị, giúp cho các thiết bị tính toán vị trí chính xác hơn. Các trạm này
hiện nay được phân bổ ở Mỹ, Châu Âu, Nhật và Úc.


S1
S2
S3
50Km
80Km
40Km
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 7 -


Các chuẩn giao thức dùng cho việc định dạng dữ liệu GPS cũng rất đa dạng
tùy vào sự lựa chọn của nhà sản xuất thiết bị nhận GPS và mục đích sử dụng. Một
vài chuẩn phổ biến hiện như: SiRF, National Marine Electronics Association
(NMEA).
II.2. Bluetooth
Công nghệ Bluetooth được cho ra mắt lần đầu tiên vào năm 1994 bởi Ericson.
Ngày nay công nghệ này được quản lý bởi một tổ chức có tên gọi Bluetooth Special
Interest Group. Mục đích ban đầu của công nghệ Bluetooth là nhằm thay thế cho
việc truyền dữ liệu thông qua dây cáp.
Bluetooth là công nghệ cho phép kết nối từ một thiết bị này đến một thiết bị
khác, hoặc từ một thiết bị tới nhiều thiết bị thông qua việc sử dụng sóng radio ở tần
số 2.4 – 2.5 GHz trong một phạm vi nhất định (khoảng 10m). Một vùng kết nối như
vậy được gọi là một piconet. Trong một piconet sẽ có một thiết bị hoạt động như là

thiết bị chủ (master), các thiết bị còn lại sẽ là thiết bị tớ (slave).

Hình 2.2: (a) piconet v
ớ
i m
ộ
t thi
ế
t b
ị
t
ớ
; (b) piconet v
ớ
i nhi
ề
u thi
ế
t b
ị
t
ớ

Tập hợp nhiều piconet sẽ tạo thành một scatternet. Cấu tạo của một scatternet
gồm hai loại:
 Một thiết bị tớ trong piconet này cũng là thiết bị tớ trong piconet kia
 Một thiết bị tớ trong piconet này nhưng lại là thiết bị chủ trong piconet kia
(a)
(b)
Master

Slave
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 8 -


Một quá trình kết nối của hai thiết bị chủ-tớ trãi qua 4 bước chính:
 Bước 1: thiết bị chủ sẽ gửi một tín hiệu dò tìm các thiết bị Bluetooth xung
quanh.
 Bước 2: các thiết bị Bluetooth khác khi nhận được tín hiệu dò tìm từ thiết bị
chủ sẽ phản hồi lại bằng một tín hiệu trã lời.
 Bước 3: thiết bị chủ khi phát hiện có tín hiệu trã lời, nó sẽ gửi một tín hiệu
khác để yêu cầu được kết nối.
 Bước 4: các thiết bị khác nếu chấp nhận kết nối từ thiết bị chủ sẽ gửi một
tín hiệu báo cho phép kết nối.
Các thiết bị Bluetooth thực hiện truyền dữ liệu thông qua một tập các giao thức
(profile) đã được quy định từ trước. Một vài giao thức Bluetooth được sử dụng phổ
biến:
 Advanced Audio Distribution Profile: giao thức này liên quan đến việc
truyền nhận dữ liệu âm thanh, được hiện thực trong các thiết bị tai nghe
Bluetooth.
 Human Interface Device Profile: giao thức này liên quan đến việc truyền dữ
liệu của các thiết bị điều khiển nhập xuất, được hiện thực trong các thiết bị
bàn phím Bluetooth.
 Health Device Profile: giao thức này quy định việc truyền dữ liệu trong y
học, được hiện thực trong các thiết bị y tế.
II.3. Wireless fidelity
Wi-Fi là công nghệ không dây dựa trên bộ giao thức 802.11 của tổ chức
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Bộ giao thức IEEE 802.11 ra

đời đầu tiên vào những năm 1985. Năm 1999, một tổ chức với tên gọi Wi-Fi Alliance
ra đời đã đăng ký và sỡ hữu độc quyền thương hiệu Wi-Fi. Tuy nhiên, công nghệ Wi-
Fi của tổ chức Wi-Fi Alliance vẫn chủ yếu dựa vào các bộ giao thức 802.11 do IEEE
đề xuất. Nhiệm vụ chính của tổ chức Wi-Fi Alliance là đứng ra kiểm tra và cấp
chứng nhận Wi-Fi cho những thiết bị đã thõa yêu cầu của bộ giao thức 802.11 và có
khả năng hoạt động tương thích với các thiết bị Wi-Fi khác. Đồng thời tổ chức này
cũng tiếp tục nghiên cứu và đề xuất cho ra các công nghệ Wi-Fi mới (ví dụ: Wi-Fi
Protected Setup, Wi-Fi Direct…)
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG

- 9 -



Hình 2.3: Wi-Fi logo
Khi mua một thiết bị mới, nếu thiết bị đã được chứng nhận là đầy đủ tính năng
và có khả năng tương thích với các thiết bị Wi-Fi khác, Wi-Fi logo sẽ được dán kèm
trên thiết bị.
Công nghệ Wi-Fi hoạt động ở 2 tần số radio là 2.4GHz và 5GHz trong phạm vi
hơn 100m. Bộ giao thức Wi-Fi hoạt động ở tầng liên kết trong mô hình TCP/IP. Do
đó, Wi-Fi có khả năng hoạt động tương thích với các giao thức TCP/IP dùng cho
việc truy cập vào mạng Internet. Một hệ thống mạng Wi-Fi có thể phân ra thành 2
dạng chính:
 Dạng hạ tầng (infrastructure mode): là dạng mà các thiết bị sẽ không
truyền dữ liệu trực tiếp cho nhau. Ở dạng này, các thiết bị sẽ truyền dữ liệu
đến một thiết bị trung gian gọi là access point, sau đó access point sẽ phân
tích gói dữ liệu và truyền tới thiết bị nhận.

 Dạng trực tiếp (ad-hoc mode): là dạng mà các thiết bị sẽ truyền dữ liệu
trực tiếp với nhau mà không cần phải thông qua access point. Ưu điểm của
dạng này là cho phép thiết lập kết nối đơn giản hơn so với dạng hạ tầng
nhưng cho tốc độ chậm hơn và khoảng cách truyền ngắn hơn.
Về phương diện bảo mật, một hệ thống mạng Wi-Fi có thể chia ra làm 2 loại
chính:
 Mạng mỡ: đây là loại mạng không bảo mật, các thiết bị được phép tự do
truy cập vào mạng, quá trình thiết lập kết nối diễn ra rất đơn giản và nhanh
chóng. Ban đầu access point sẽ liên tục phát ra tín hiệu thông báo cho các
thiết bị biết về sự hiện diện của nó, các thiết bị sẽ bắt tín hiệu phát ra từ
access point, thiết bị nếu muốn kết nối vào access point sẽ gửi tới access
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 10 -


point đó một tín hiệu yêu cầu được kết nối, access point sẽ gửi trỡ lại một
tín hiệu thông báo cho phép kết nối.
 Mạng bảo mật: đây là loại mạng có sử dụng các giao thức chứng thực, mã
hóa để bảo vệ thông tin và chỉ cho phép những người dùng hợp pháp được
phép truy cập vào mạng. Quá trình kết nối giữa các thiết bị trãi qua rất
nhiều bước tinh vi và có thể tóm lược gồm 5 bước chính: tìm kiếm, chứng
thực, liên kết, trao đổi khóa và mã hóa thông tin. Với mạng bảo mật, thông
tin trước khi truyền đi sẽ được mã hóa với các thuật toán tương ứng với
giao thức bảo mật mà hệ thống đang sử dụng. Ví dụ mạng được bảo mật
với giao thức Wired Equivalent Privacy sẽ sử dụng thuật toán RC4 để mã
hóa thông tin; mạng được bảo mật với giao thức Wi-Fi Protected Access sẽ
sử dụng thuật toán Counter Mode with Cipher Block Chaining Message
Authentication Code Protocol.

II.4. Near field communication
Công nghệ NFC là công nghệ không dây dựa trên việc truyền sóng radio
tương tự như Wi-Fi và Bluetooth nhưng ở tần số thấp hơn là 13.56 MHz. Năm 2004,
Nokia, Philips và Sony đã chính thức thiết lập một diễn đàn chung về công nghệ
NFC. Kể từ thời điểm đó đến nay, NFC đã phát triển nhanh chóng và trỡ thành công
nghệ truyền dữ liệu không dây đáng tin cậy nhất.
NFC chỉ cho phép thiết lập kết nối giữa các thiết bị trong một phạm vi ngắn
(nhỏ hơn 4cm) với tốc độ từ 106 Kbps tới 848 Kbps. Trong một phiên kết nối giữa 2
thiết bị NFC, một thiết bị được gọi là thiết bị khởi tạo (initiator) và thiết bị còn lại được
gọi là đối tượng (target). Trong công nghệ NFC có 2 kiểu hoạt động:
 Kết nối bị động: trong kết nối này, thiết bị khởi tạo có khả năng cung cấp
năng lượng cho đối tượng thông qua sóng radio. Đối tượng hoạt động dựa
theo sự điều khiển của thiết bị khởi tạo. Do đó, các đối tượng có thể đơn
giản chỉ là 1 tấm thẻ hay 1 loại nhãn mà không cần có nguồn cung cấp
năng lượng. Đây cũng có thể được coi là một điểm mạnh của công nghệ
NFC so với các công nghệ không dây khác.
 Kết nối chủ động: trong kết nối này, thiết bị khởi tạo và đối tượng có sự
tương tác qua lại lẫn nhau. Cả 2 đều có nguồn cung cấp năng lượng riêng.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 11 -


Công nghệ NFC dựa trên nhiều loại tiêu chuẩn như: tiêu chuẩn của ISO/IEC
cho các loại thẻ, giao thức truyền nhận dữ liệu; tiêu chuẩn cho việc định dạng dữ
liệu sẽ được dựa theo các tài liệu trên diễn đàn NFC…
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 12 -


PHẦN II : CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG VIỆC
PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY
I. 40 nguyên tắc sáng tạo cơ bản của Alshuller
 Nguyên tắc phân nhỏ
 Nguyên tắc tách khỏi
 Nguyên tắc phẩm chất cục bộ
 Nguyên tắc phản đối xứng
 Nguyên tắc kết hợp
 Nguyên tắc vạn năng
 Nguyên tắc chứa trong
 Nguyên tắc phản trọng lượng
 Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ
 Nguyên tắc thực hiện sơ bộ
 Nguyên tắc dự phòng
 Nguyên tắc đẳng thế
 Nguyên tắc đảo ngược
 Nguyên tắc cầu (tròn) hóa
 Nguyên tắc linh động
 Nguyên tắc giải "thiếu" hoặc "thừa"
 Nguyên tắc chuyển sang chiều khác
 Sử dụng các dao động cơ học
 Nguyên tắc tác động theo chu kỳ
 Nguyên tắc liên tục tác động có ích
 Nguyên tắc "vượt nhanh"
 Nguyên tắc biến hại thành lợi
 Nguyên tắc quan hệ phản hồi
 Nguyên tắc sử dụng trung gian

 Nguyên tắc tự phục vụ
 Nguyên tắc sao chép
 Nguyên tắc "rẻ" thay cho "đắt"
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 13 -


 Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học
 Sử dụng các kết cấu khí và lỏng
 Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng
 Sử dụng vật liệu nhiều lỗ
 Nguyên tắc thay đổi màu sắc
 Nguyên tắc đồng nhất
 Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần
 Thay đổi các thông số hóa lý của đối tượng
 Sử dụng chuyển pha
 Sử dụng sự nở nhiệt
 Sử dụng chất oxy hóa mạnh
 Thay đổi độ trơ
 Sử dụng vật liệu hợp thành composit
II. Công nghệ không dây dựa trên các nguyên tắc sáng tạo
 Nguyên tắc phân nhỏ
Những ứng dụng của công nghệ không dây ngày nay rất đa dạng, từ việc cho
phép thiết bị này truy cập vào thiết bị khác để chia sẽ thông tin, ứng dụng cho đến
việc cho phép thiết bị truy cập vào hệ thống vệ tinh để xác định vị trí.
Công nghệ không dây trên thiết bị di động được phân chia thành 4 loại, mỗi
loại phục vụ cho những mục đích khác nhau:
 GPS được dùng trong các ứng dụng tìm kiếm, định vị

 Bluetooth được dùng trong các ứng dụng chia sẽ dữ liệu trực tiếp
 Wi-Fi dùng trong các ứng dụng kết nối Internet
 NFC dùng trong các ứng dụng thanh toán trực tuyến đòi hỏi bảo mật
cao
 Nguyên tắc tách khỏi
Công nghệ NFC có thể được coi là công nghệ được cải tiến, tách ra từ công
nghệ Bluetooth. NFC sử dụng phương thức cho phép kết nối thiết bị với thiết bị như
Bluetooth nhưng không cần tốc độ cao vì NFC dành cho những ứng dụng chia sẽ
thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi bảo mật cao.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 14 -


Ngoài ra công nghệ NFC còn thừa kế khả năng tiết kiệm năng lượng như công
nghệ Bluetooth để thích hợp cho các ứng dụng trên thiết bị di động.
 Nguyên tắc phẩm chất cục bộ
Trong hệ thống mạng Wi-Fi, thay vì đồng nhất vai trò của tất cả thiết bị như là
client, chúng lại được phân chia thành 2 loại thiết bị: client và access point. Việc
phân chia này giúp chuyên môn hóa vai trò của từng loại thiết bị để cho phép tốc độ
truy cập dữ liệu nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng cho các thiết bị client và cho phép
mỡ rông hệ thống mạng dễ dàng hơn.
 Nguyên tắc phản đối xứng
Hệ thống vệ tinh GPS là một hệ thống bất đối xứng với 24 vệ tinh được bố trí
trên 6 mặt phẳng quỹ đạo, mỗi mặt phẳng nghiêng một góc 55° so với mặt phẳng
quỹ đạo. Việc bố trí này giúp cho khả năng bao quát của hệ thống rộng hơn và tránh
việc có quá nhiều vệ tinh cùng tập trung tại một điểm. Ngoài ra, cách bố trí này còn
giúp tránh lực hấp dẫn giữa các vệ tinh, giúp các vệ tinh giữ đúng quỹ đạo bay.
 Nguyên tắc kết hợp

Công nghệ Wi-Fi ngày nay cho phép kết hợp việc truyền và nhận tin đồng thời
tại cùng một thời điểm, giúp cho tốc độ truy cập của Wi-Fi cải thiện rõ rệt. Sự kết
hợp này đạt được nhờ vào việc cho phép sử dụng kết hợp các antenna thu phát
sóng radio, trong khi một antenna đang được dùng cho việc truyền thông tin đến
thiết bị khác, antenna còn lại vẫn có thể nhận thông tin gửi đến cho thiết bị.
Các bộ giao thức Wi-Fi trước đây chỉ cho phép Wi-Fi hoạt động ở tần số 2.4
GHz. Với chuẩn Wi-Fi 802.11n ra đời năm 2009, nó cho phép Wi-Fi có thế hoạt động
kết hợp trên 2 tần số: 2.4GHz và 5GHz, cho phép tốc độ truy cập Wi-Fi có thể đạt tới
một con số đáng kinh ngạc 600Mbps.
 Nguyên tắc vạn năng
Công nghệ Wi-Fi mới nhất hiện nay: Wi-Fi direct, cho phép kết nối trực tiếp
giữa thiết bị với thiết bị mà không cần thông qua access point. Với công nghệ mới
này, Wi-Fi hoàn toàn có thể dần thay thế cho Bluetooth, giúp tiết kiệm chi phí trong
sản xuất nhưng vẫn đảm bảo đủ tính năng mong muốn của một thiết bị di động, vừa
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 15 -


có khả năng kết nối vào mạng Internet, vừa có khả năng kết nối trực tiếp với thiết bị
khác.
 Nguyên tắc chứa trong
Để gia tăng tốc độ truyền nhận dữ liệu so với các phiên bản cũ, công nghệ
“Bluetooth 3.0 + High Speed” ngoài việc đưa ra các chuẩn giao thức giúp cho việc
tiết kiệm năng lượng, nó còn chứa trong đó bộ giao thức 802.11 cho phép tốc độ
truyền dữ liệu nhanh hơn gấp nhiều lần so với các phiên bản trước đó. “Bluetooth
3.0 + High Speed” cho phép sử dụng 802.11 radio, hiện thực các phương thức tổ
chức và truyền nhận dữ liệu như trong bộ giao thức 802.11 của Wi-Fi.
 Nguyên tắc phản trọng lượng

Cuộc chạy đua giữa công nghệ Wi-Fi và công nghệ Bluetooth là 1 cuộc chiến
thật sự. Công nghệ Wi-Fi ngày càng thể hiện ưu điểm vượt trội về mặt tốc độ và
khoảng cách hơn so với Bluetooth. Để công nghệ Bluetooth có thể tiếp tục tồn tại,
các nhà phát triển đã bù trừ sự yếu kém về mặt tốc độ và khoảng cách bằng việc cải
thiện mức tiêu thụ năng lượng. Phiên bản Bluetooth mới nhất “Bluetooth 4.0” đã đem
đến một giải pháp hoàn hảo cho việc tiết kiệm năng lượng, giúp tiết kiệm pin và cho
thời gian sử dụng lâu hơn so với các phiên bản Bluetooth trước đó cũng như công
nghệ Wi-Fi mới nhất hiện nay.
 Nguyên tắc dự phòng
Bảo mật là ưu tiên hàng đầu trong việc phát triển công nghệ Wi-Fi. Do tính
chất đặc thù của công nghệ Wi-Fi là truyền dữ liệu trong môi trường không khí thông
qua sóng radio, dữ liệu rất dễ bị thất thoát, đánh cắp hay cố tình làm nhiễu. Vì thế,
nguyên tắc dự phòng, hạn chế tối đa việc thất thoát thông tin rất được quan tâm
trong việc phát triển ra các chuẩn, giao thức.
Thể hiện của nguyên tắc dự phòng trong công nghệ Wi-Fi là việc cho phép
kiểm tra, phát hiện các gói tin đã được gửi thành công hay chưa? Các gói tin có bị
thất thoát hay bị sai trong quá trình gửi không? Nếu có, chúng sẽ được gửi lại. Việc
kiểm tra các gói tin đã được gửi thành công hay chưa có thể thực hiện nhờ vào một
cơ chế đơn giản như sau: thiết bị gửi sẽ gửi gói tin đến thiết bị nhận, nếu việc nhận
thành công, thiết bị nhận sẽ gửi 1 gói tin (ACK) trỡ lại để thông báo cho thiết bị gửi
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 16 -


biết là gói tin đã được nhận thành công; trong trường hợp việc nhận thất bại, thiết bị
nhận sẽ không gửi ACK trỡ lại và sau một khoảng thời gian đã được tính toán trước,
nếu thiết bị nhận không nhận được tín hiệu ACK, nó sẽ tự động gửi lại gói tin nói
trên. Việc kiểm tra tính toàn vẹn của gói tin được thực hiện thông qua thuật toán

Temporal Key Integrity Protocol. Nếu gói tin không còn nguyên vẹn, thiết bị nhận
cũng sẽ không gửi gói tin ACK.
 Nguyên tắc đảo ngược
Công nghệ NFC ra đời như là 1 công nghệ đi ngược lại với xu hướng phát triển
của công nghệ Wi-Fi và công nghệ Bluetooth. Thay vì cố gắng làm gia tăng khoảng
cách kết nối giữa các thiết bị để cho phép các thiết bị có thể truy cập xa hơn như
Bluetooth và Wi-Fi, NFC lại chỉ cho phép các thiết bị kết nối với nhau ở khoảng cách
ngắn nhằm làm tăng tính bảo mật của thiết bị. Với ý tưởng đảo ngược này, công
nghệ NFC đã thể hiện ưu điểm hoàn toàn vượt trội trong vấn đề bảo mật thông tin,
rất thích hợp dùng cho các ứng dụng đòi hỏi bảo mật cao.
 Nguyên tắc cầu (tròn) hóa
Các vệ tinh trong hệ thống GPS được bố trí dựa theo nguyên tắc cầu tròn hóa,
phản đối xứng nhằm giúp cho hệ thống vệ tinh có thể bao quát hơn, tránh lực hấp
dẫn… (xem phần giải thích trong mục “Nguyên tắc phản đối xứng”)
 Nguyên tắc linh động
Hệ thống kết nối giữa thiết bị và access point trong công nghệ Wi-Fi được xây
dựng rất linh động. Khi người dùng di chuyển thiết bị càng xa access point thì tín
hiệu liên kết giữa thiết bị và access point càng yếu, làm ảnh hưởng tới tốc độ truyền
dữ liệu. Tuy nhiên với bộ giao thức được thiết kế linh động, thiết bị khi đó có thể tự
tìm cho mình một access point khác gần nhất, tín hiệu mạnh nhất để kết nối nhưng
vẫn đảm bảo dữ liệu từ access point trước đó có thể truyền đầy đủ tới thiết bị thông
qua access point mới.
Ngoài ra, tính linh động của công nghệ Wi-Fi còn thể hiện ở việc nếu thiết bị
đã kết nối với access point trước đó và thực hiện đầy đủ các bước kết nối thì khi thiết
bị muốn kết nối lại, nó có thể bỏ qua một số bước (ví dụ: bước chứng thực, nhập mật
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 17 -

mã) giúp cho quá trình thiết lập kết nối nhanh hơn, thuận tiện hơn cho người sử
dụng.
 Nguyên tắc sử dụng trung gian
Thay vì chỉ cho phép 2 thiết bị trực tiếp kết nối để chia sẽ dữ liệu với nhau,
công nghệ NFC cho phép sử dụng thẻ trung gian (token) để lưu trữ thông tin của
thiết bị này, sau đó thông tin này sẽ được chia sẽ cho thiết bị khác. Việc cho phép
sử dụng kết hợp này giúp người dùng linh động hơn trong việc lựa chọn phương
thức kết nối NFC phù hợp với ứng dụng của mình. Một ví dụ minh họa: hệ thống
khóa trong nhà bạn là một hệ thống điều khiển tự động, sử dụng NFC. Mã số được
lưu trong điện thoại của bạn và bạn sẽ sử dụng bằng cách tiếp xúc điện thoại của
bạn với giao diện NFC gắn trong nhà. Thêm vào đó, bạn có thể lấy thông tin mã số
nhà để lưu vào thẻ trung gian như một phương án dự phòng hoặc cho người thân
trong gia đình sử dụng.
Trong hệ thống GPS, việc truyền dữ liệu từ vệ tinh tới thiết bị nhận một cách
trực tiếp có thể làm cho tín hiệu bị sai lệch, nhiễu do ảnh hưởng của bầu khí quyển
và vị trí của thiết bị nhận, dẫn đến việc thiết bị không thể tính toán chính xác vị trí
của nó. Để làm giảm sự sai lệch trên, tín hiệu từ vệ tinh sẽ được truyền đến những
trạm thu phát sóng trung gian đã được cố định vị trí rồi mới truyền tới thiết bị nhận
nhằm làm giảm sự sai số do ảnh hưởng của việc truyền tin trong bầu khí quyển.
 Nguyên tắc tự phục vụ
Công nghệ Wi-Fi thể hiện ưu điểm vượt trội ở khả năng tự động kết nối, tạo
thuận lợi cho người sử dụng. Khi một thiết bị Wi-Fi đã được kết nối với một thiết bị
khác thì ở những lần kết nối sau, người dùng không cần thiết phải thực hiện lại các
thao tác như lần đầu. Thiết bị sẽ ghi nhớ lại những lần kết nối trước đó và nó sẽ tự
động tìm kiếm, lựa chọn những kết nối tối ưu nhất và thực hiện việc kết nối.
 Nguyên tắc sao chép
Một điều rất dễ nhận thấy là cả 3 loại công nghệ Wi-Fi, NFC và Bluetooth có
rất nhiều điểm giống nhau, sao chép lẫn nhau như:
 Sử dụng sóng radio để truyền và nhận dữ liệu

 Cho phép kết nối trực tiếp từ thiết bị tới thiết bị
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 18 -


 Cho phép mã hóa, bảo mật thông tin trong lúc truyền
 Nguyên tắc đồng nhất
Các thiết bị GPS, Wi-Fi và Bluetooth đã có một thời gian phát triển khá dài.
Tuy nhiên, các thiết bị mới ra đời dù cho tốc độ nhanh hơn, bảo mật hơn nhưng
chúng vẫn có thể hoạt động tương thích với thiết bị cũ nhờ vào sự phát triển đồng
nhất giữa các chuẩn, giao thức.
Các thiết bị GPS khác nhau có thể xuất ra các định dạng dữ liệu khác nhau
(như Sirf, NMEA…) nhưng dữ liệu đầu vào của chúng đều tuân thủ theo một định
dạng nhất định nhằm giúp cho các thiệt bị khác nhau vẫn có thể hoạt động tương
thích với dữ liệu chung từ vệ tinh.
Một thiết bị Wi-Fi mới nhất cho phép hoạt động trên cả 2 tần số 2.4GHz và
5GHz với tốc độ có thể lên đến 600Mbps theo chuẩn 802.11n vẫn có thể hoạt động
tương thích với một access point cũ 5GHz với tốc độ chỉ 54Mbps theo chuẩn
802.11a. Điều này đạt được nhờ vào việc phát triển đồng nhất các chuẩn giao thức
ra đời sau với các chuẩn trước đó.
Các thiết bị Bluetooth mới nhất như tai nghe, bàn phím hoàn toàn có khả năng
hoạt động tương thích với một chiếc điện thoại hỗ trợ Bluetooth trước đó nếu như
chúng được hiện thực các giao thức Advanced Audio Distribution Profile, Human
Interface Device Profile mà không cần quan tâm đến sự tương thích phần cứng giữa
chúng.
 Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần
Trong công nghệ Wi-Fi, các gói tin sẽ được chia nhỏ trước khi truyền đi và sẽ
được gộp lại sau khi tất cả các gói tin đã được nhận. Việc phân chia này có hai lợi

ích: lợi ích thứ nhất là cùng một gói tin lớn, nếu chia nó ra thành nhiều gói tin nhỏ thì
sẽ có thể truyền đồng thời các gói tin nhỏ này, giúp gia tăng tốc độ truyền dữ liệu; lợi
ích thứ hai là giúp việc sử dụng hệ thống mạng hiệu quả hơn vì khi đó các gói tin
nhỏ sẽ được truyền tới bất cứ đường mạng nào đang trống.

TP.HCM, tháng 04 năm 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG

NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG - 19 -


Tài liệu tham khảo

1. Bài giảng môn học “Phương pháp nhiên cứu khoa học trong tin học”
Giảng viên: GS.TSKH
Hoàng Văn Kiế
m
Chương tr
ình
đào tạ
o thac s
ĩ CNTT qua mạ
ng
Trung tâm phát tri
ể
n
CNTT ĐH Quố
c gia TP.HCM - 2005
2. Giải một bài toán trên máy tính như thế nào?

GS.TSKH Hoàng Ki
ế
m
Nhà xu
ấ
t b
ả
n giáo d
ụ
c – 2003
3. 40 thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản
PGS-TS Phan D
ũng

4. 802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide
Tác gi
ả
Matthew Gast
Nhà xu
ấ
t b
ả
n O’Reilly – 2002
5. Understanding GPS Principles and Applications
Tác gi
ả
Elliott D. Kaplan và Christopher J. Hegarty
Nhà xu
ấ
t b

ả
n Artechhouse – 2006
6.
7.