LUẬN văn THẠC sĩ HAY nghiên cứu hệ thống tự động thu thập dữ liệu về lượng nước tiêu thụ tại việt nam

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

THEPHAVONG Valaphone

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG THU THẬP DỮ LIỆU VỀ
LƢỢNG NƢỚC TIÊU THỤ TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Thái Nguyên - 2020

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

THEPHAVONG Valaphone

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG THU THẬP DỮ LIỆU VỀ
LƢỢNG NƢỚC TIÊU THỤ TẠI VIỆT NAM
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số: 8520208

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Vũ Chiến Thắng

Thái Nguyên - 2020

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

i

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: THEPHAVONG Valaphone, học viên lớp cao học K17 – Kỹ
thuật viễn thông – Trƣờng đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái
Nguyên.
Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu hệ thống tự động thu thập dữ
liệu về lƣợng nƣớc tiêu thụ tại Việt Nam” do Thầy giáo TS. Vũ Chiến
Thắng hƣớng dẫn, là cơng trình nghiên cứu do bản thân tơi thực hiện, dựa
trên sự hƣớng dẫn của Thầy giáo hƣớng dẫn khoa học và các tài liệu tham
khảo đã trích dẫn.
Tơi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
Thái Nguyên, năm 2020
Học viên

THEPHAVONG Valaphone

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, trong suốt q trình thực hiện đề tài
nghiên cứu, tơi ln nhận đƣợc sự quan tâm giúp đỡ của:
Thầy giáo hƣớng dẫn trực tiếp TS. Vũ Chiến Thắng, đã giúp đỡ tận tình
về phƣơng hƣớng và phƣơng pháp nghiên cứu cũng nhƣ hồn thiện luận văn.
Các thầy, cơ giáo trong khoa Cơng nghệ Điện tử và Truyền thông,

Trƣờng đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên
đã tạo điều kiện về thời gian, địa điểm nghiên cứu, phƣơng tiện vật chất cho
tác giả.
Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến tất cả những sự giúp đỡ quý
báu đó.
Thái Nguyên, năm 2020
Học viên

THEPHAVONG Valaphone

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC .................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... viii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................... 1
2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 2
3. Mục tiêu của đề tài .............................................................................................. 2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................... 3
5. Nội dung của luận văn ......................................................................................... 3
6. Đóng góp của luận văn ........................................................................................ 3
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ INTERNET KẾT NỐI VẠN VẬT ............................ 4

1.1. Khái niệm về Internet kết nối vạn vật .............................................................. 4
1.2. Tầm nhìn tƣơng lai của IoT .............................................................................. 5
1.3. Kiến trúc IoT .................................................................................................... 6
1.4. Xu hƣớng và tính chất của IoT ......................................................................... 7
1.4.1. Sự thông minh ............................................................................................ 7
1.4.2. Kiến trúc dựa trên sự kiện.......................................................................... 7
1.4.3. Sự phức tạp ................................................................................................ 8
1.4.4. Quy mô lớn ................................................................................................ 8
1.4.5. Vấn đề không gian, thời gian ..................................................................... 8
1.5. Các công nghệ thành phần ................................................................................ 8
1.6. Các tổ chức quy chuẩn IoT ............................................................................... 9
1.6.1. AllSeen Alliance ........................................................................................ 9
1.6.2. Open Internet Consortium (OIC) ............................................................... 9
1.6.3. Thread Group ........................................................................................... 10
1.6.4. Industrial Internet Consortium (IIC) ........................................................ 10
1.6.5. IEEE P2413.............................................................................................. 10
1.7. Các chuẩn truyền thông cho IoT .................................................................... 11
1.7.1. Chuẩn IEEE 802.15.4 .............................................................................. 11
1.7.2. Chuẩn WiFi .............................................................................................. 14
1.7.3. Chuẩn Ethernet ........................................................................................ 16

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


iv

1.7.4. Chuẩn truyền thông Lora ......................................................................... 16
1.8. Kết luận chƣơng 1 .......................................................................................... 18
Chƣơng 2. HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG THU THẬP DỮ LIỆU VỀ LƢỢNG NƢỚC
TIÊU THỤ TẠI VIỆT NAM .................................................................................... 19

2.1. Mơ hình hệ thống tự động thu thập dữ liệu về lƣợng nƣớc tiêu thụ tại Việt
Nam ....................................................................................................................... 19
2.1.1. Tổng quan hệ thống ................................................................................. 19
2.1.2. Tình hình triển khai đồng hồ nƣớc thông minh tại thị trƣờng Việt Nam 20
2.2. Thiết bị đọc chỉ số nƣớc thông minh theo chuẩn truyền thông IEEE 802.15.421
2.2.1. Sơ đồ khối thiết bị .................................................................................... 21
2.2.2. Lƣu đồ thuật toán phần mềm nhúng đọc và gửi bản tin dữ liệu .............. 23
2.2.3. Thông số kỹ thuật của thiết bị.................................................................. 24
2.3. Phần mềm quản lý trên máy chủ .................................................................... 24
2.3.1. Các yêu cầu chức năng và phi chức năng của hệ thống .......................... 24
2.3.2. Các chức năng chính của phần mềm ....................................................... 27
2.4. Kết luận chƣơng 2 .......................................................................................... 39
Chƣơng 3. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG THU
THẬP DỮ LIỆU VỀ LƢỢNG NƢỚC TIÊU THỤ .................................................. 40
3.1. Giao thức định tuyến cây thu thập dữ liệu có sự nhận thức về năng lƣợng ... 40
3.1.1. Giới thiệu về giao thức định tuyến cây thu thập dữ liệu có sự nhận thức
về năng lƣợng EACTP ....................................................................................... 40
3.1.2. Hoạt động của giao thức định tuyến cây thu thập dữ liệu có sự nhận thức
về năng lƣợng EACTP ....................................................................................... 41
3.2. Thực thi giao thức định tuyến cây thu thập dữ liệu có sự nhận thức về năng
lƣợng EACTP trên hệ điều hành Contiki .............................................................. 47
3.2.1. Hệ điều hành Contiki ............................................................................... 47
3.2.2. Thực thi giao thức định tuyến cây thu thập dữ liệu có sự nhận thức về
năng lƣợng EACTP............................................................................................ 47
3.3. Mô phỏng hệ thống với công cụ mô phỏng Cooja ......................................... 54
3.3.1. Công cụ mô phỏng Cooja ........................................................................ 54
3.3.2. Kịch bản mô phỏng .................................................................................. 55
3.3.3. Kết quả mô phỏng và đánh giá ................................................................ 59
3.4. Kết luận chƣơng 3 .......................................................................................... 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 62
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 64

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Bảng mã hóa các trạng thái năng lƣợng còn lại của nút cảm biến. ......... 42
Bảng 3.2: Kịch bản đánh giá mô phỏng .................................................................... 58

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 0.1: Mơ hình hệ thống đo lƣờng tự động thu thập dữ liệu về lƣợng nƣớc tiêu
thụ theo mơ hình IoT. .................................................................................................. 1
Hình 1.1: Mơ hình mạng IoT ...................................................................................... 5
Hình 1.2: Kiến trúc IoT ............................................................................................... 6
Hình 1.3: Các cơng nghệ thành phần của IoT ............................................................. 8
Hình 1.4: Hai định dạng địa chỉ hỗ trợ IEEE 802.15.4 là địa chỉ dài (64 bit) và địa
chỉ ngắn (16 bit) ........................................................................................................ 12
Hình 1.5: Chuẩn IEEE 802.15.4 quy định 26 kênh vơ tuyến vật lý .......................... 13
Hình 1.6: Module truyền thơng CC2420 .................................................................. 13
Hình 1.7: Module CC2530 DRF1605H .................................................................... 14
Hình 1.8: Module wifi ESP8266EX ......................................................................... 15
Hình 1.9: Dự báo về sự phát triển của IoT đến năm 2020 ........................................ 17

Hình 1.10: Mạng LoRa theo mơ hình Star ................................................................ 18
Hình 2.1: Mơ hình hệ thống đo lƣờng tự động thu thập dữ liệu về lƣợng nƣớc tiêu
thụ theo chuẩn IEEE 802.15.4................................................................................... 19
Hình 2.2: Đồng hồ nƣớc thơng minh do Cơng ty Rynan sản xuất ............................ 21
Hình 2.3: Lắp đặt thiết bị đọc đồng hồ nƣớc tự động vào một đồng hồ nƣớc hiện tại22
Hình 2.4: Sơ đồ khối thiết bị đọc đồng hồ nƣớc tự động .......................................... 23
Hình 2.5: Lƣu đồ thuật toán đọc và gửi một bản tin dữ liệu ..................................... 24
Hình 2.6: Biểu đồ Use-case của hệ thống ................................................................. 26
Hình 3.1: ETXlink của một liên kết ............................................................................ 41
Hình 3.2: Cấu trúc bản tin dữ liệu ............................................................................. 43
Hình 3.3: Cấu trúc bản tin điều khiển ....................................................................... 44
Hình 3.4: Cấu trúc cây định tuyến EACTP ............................................................... 45
Hình 3.5: Các thành phần chính của giao thức EACTP ............................................ 48
Hình 3.6: Q trình xử lý sự kiện lớp ứng dụng gửi một bản tin dữ liệu ................. 49
Hình 3.7: Quá trình xử lý sự kiện nút nhận một bản tin dữ liệu ............................... 51
Hình 3.8: Quá trình xử lý sự kiện nút nhận một bản tin ACK/Timeout ................... 52
Hình 3.9: Quá trình xử lý sự kiện nút nhận một bản tin điều khiển ......................... 53
Hình 3.10: Lƣu đồ thuật tốn Thêm/Cập nhật (rtmetric, ES) của nút lân cận .......... 54
Hình 3.11: Cơng cụ mơ phỏng Cooja ....................................................................... 55
Hình 3.12: Cấu trúc liên kết mạng đƣợc xét đến trong bài tốn mơ phỏng .............. 56
Hình 3.13: Mơ hình một cụm gồm 37 nút mạng ....................................................... 57

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


vii

Hình 3.14: So sánh sự cân bằng năng lƣợng giữa các nút mạng .............................. 59
Hình 3.15: So sánh tỷ lệ các nút còn sống trong mạng ............................................. 60

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Chữ đầy đủ

Tiếng Việt

AMR

Automatic Meter Reading

Đọc đồng hồ đo tự động

ANR

Alive Node Ratio

Tỷ lệ nút cịn sống

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Điều chế khóa dịch pha nhị phân

CTP

Collection Tree Protocol

Giao thức cây thu thập

DCMI

Digital Camera Interface

Giao diện máy ảnh số

EACTP

Energy Aware Collection Tree
Protocol

Giao thức cây thu thập có sự
nhận thức về năng lƣợng

ES

Energy State

Trạng thái năng lƣợng

EI

Energy Indicator

Chỉ số năng lƣợng

EIB

Energy Indicator Balance

Sự cân bằng chỉ số năng lƣợng

ETX

Expected Transmission

Số lần truyền kỳ vọng

GFSK

Gaussian Frequency Shift Keying

Điều chế khóa dịch tần Gaussian

IoT

Internet of Things

Vạn vật kết nối Internet

IIC

Industrial Internet Consortium

Hiệp hội Internet công nghiệp

IEEE

Institute of Electrical and
Electronics Engineers

Viện kỹ sƣ điện và điện tử

MCU

Microcontroller Unit

Khối vi điều khiển

M2M

Machine to Machine

Máy tới máy

NFC

Near-Field Communications

Truyền thông khoảng cách gần

OCR

Optical Character Recognition

Nhận dạng ký tự quang học

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

MAC

Medium Access Control

OSI

Open Systems Interconnection
Reference Model

Điều khiển truy nhập kênh
truyền
Mơ hình tham chiếu kết nối các
hệ thống mở

OUI

Organizational Unique Identifier

Nhận dạng duy nhất tổ chức

OIC

Open Internet Consortium

Hiệp hội Internet mở

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ix

PDA

Personal Digital Assistant

Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá
nhân

PAN

Personal Area Network

Mạng cá nhân

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Điều chế khóa dịch pha vng
góc

TTL

Time To Live

Thời gian tồn tại

UDI

UDG with Distance Interference

UART

Universal Asynchronous Receiver
Transmitter

Mơ hình UDI với nhiễu khoảng
cách
Bộ truyền nhận dữ liệu không
đồng bộ

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

WiFi

Wireless Fidelity

Mạng truy cập Internet không
dây

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo nghiên cứu mới nhất của Global Market Insights, Inc, thị trƣờng đồng
hồ nƣớc thông minh tại thị trƣờng châu Á - Thái Bình Dƣơng dự đốn tăng hơn 85
triệu USD, lên đến hơn 300 triệu USD vào năm 2024 [1].
Yêu cầu hạn chế mức tiêu thụ nƣớc theo chính sách quốc gia về việc sử dụng
nƣớc bền vững sẽ thúc đẩy quy mô thị trƣờng đo nƣớc thông minh của các nƣớc
Châu Á - Thái Bình Dƣơng. Các chính phủ trong khu vực đang cơ cấu lại hệ thống
cấp nƣớc để đảm bảo cơng tơ nƣớc và hóa đơn nƣớc đƣợc chính xác. Xu hƣớng
tránh thất thốt nƣớc, hóa đơn phản ánh chính xác lƣợng nƣớc tiêu thụ và cải thiện
cơ sở hạ tầng sẽ thúc đẩy nhu cầu sản phẩm. Chi phí thấp cùng với khả năng cung
cấp số liệu tiêu thụ theo thời gian thực sẽ thúc đẩy thị trƣờng đo lƣờng nƣớc thơng
minh. Các hệ thống này có thể thu thập và chẩn đoán dữ liệu tiêu thụ tự động từ các
thiết bị đo và truyền đến cơ sở dữ liệu trung tâm để liên lạc và thanh toán một chiều
[2, 3, 4].
Mạng các đồng
hồ đo nước

RF

RF

GW

Internet
TCP/IP

Server
CHÚ THÍCH:

GW

Người dùng

Internet Gateway

Đồng hồ đo nước có
két nối mạng

Hình 0.1: Mơ hình hệ thống đo lƣờng tự động thu thập dữ liệu
về lƣợng nƣớc tiêu thụ theo mơ hình IoT.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


2

Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu mơ hình ứng dụng tự động thu thập
dữ liệu về lƣợng nƣớc tiêu thụ tại Việt Nam theo mơ hình mạng Internet kết nối vạn
vật (IoT) [5]. Các đồng hồ nƣớc đƣợc gắn thêm thiết bị đọc chỉ số thông minh và
gửi dữ liệu về máy chủ trung tâm thơng qua sóng vơ tuyến RF. Hình 0.1 là mơ hình
hệ thống tự động thu thập dữ liệu về lƣợng nƣớc tiêu thụ. Các thiết bị đọc chỉ số

nƣớc thông minh đƣợc kết nối với nhau và gửi dữ liệu về cổng trung gian
(Gateway) qua chuẩn truyền thông không dây IEEE 802.15.4 [6]. Gateway có
nhiệm vụ thu thập dữ liệu và gửi dữ liệu về máy chủ (Server) qua đƣờng truyền
Internet. Tại máy chủ, các dữ liệu sau đây sẽ đƣợc lƣu trữ: Cơ sở dữ liệu (CSDL) về
khách hàng; CSDL về ngƣời dùng hệ thống; CSDL về các thiết bị đo lƣợng nƣớc
tiêu thụ; CSDL về lƣợng nƣớc tiêu thụ và hóa đơn tiền nƣớc của khách hàng.
Các thiết bị đọc chỉ số nƣớc thông minh sử dụng nguồn năng lƣợng hạn chế
bằng pin. Vì vậy, cần thiết phải áp dụng các giao thức định tuyến thu thập dữ liệu có
sự nhận thức về năng lƣợng cho mạng lƣới các thiết bị đọc chỉ số nƣớc thông minh
nhằm tăng thời gian hoạt động của mạng. Do đó, trong phạm vi luận văn này tác giả
cũng sẽ tập trung nghiên cứu và đánh giá hiệu năng mạng khi áp dụng giao thức
định tuyến thu thập dữ liệu có sự nhận thức về năng lƣợng cho mạng lƣới các thiết
bị đọc chỉ số nƣớc thông minh.
2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn là hệ thống tự động thu thập dữ liệu về
lƣợng nƣớc tiêu thụ tại Việt Nam.
Phạm vi nghiên cứu là mơ hình ứng dụng đƣợc triển khai trong điều kiện
hiện tại của Việt Nam, tập trung vào việc tìm hiểu các thiết kế bổ sung cho các đồng
hồ nƣớc hiện tại đang đƣợc triển khai.
3. Mục tiêu của đề tài
Hƣớng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu về mơ hình hệ thống tự động
thu thập dữ liệu về lƣợng nƣớc tiêu thụ theo mô hình IoT nhằm nâng cao chất lƣợng
phục vụ của các nhà máy nƣớc, tiết kiệm chi phí nguồn nhân lực trong việc ghi đọc
chỉ số nƣớc hồn tồn thủ cơng nhƣ hiện nay. Giao thức định tuyến thu thập dữ liệu
có sự nhận thức về năng lƣợng cho hệ thống nhằm nâng cao thời gian sống của
mạng lƣới đồng hồ nƣớc thông minh cũng đƣợc tác giả tập trung nghiên cứu thực
thi trên hệ điều hành Contiki [7, 8] và đánh giá bằng công cụ mô phỏng Cooja [9].

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

3

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu của luận văn là thu thập, phân tích các nghiên cứu
lý thuyết đã có để làm chủ hệ thống tự động thu thập dữ liệu về lƣợng nƣớc tiêu thụ
tại Việt Nam từ đó tập trung nghiên cứu đánh giá hiệu quả của hệ thống khi áp dụng
giao thức định tuyến thu thập dữ liệu có sự nhận thức về năng lƣợng cho hệ thống
dựa trên mô phỏng.
5. Nội dung của luận văn
Luận văn đƣợc trình bày thành 03 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về mạng Internet kết nối vạn vật.
Chƣơng 2: Hệ thống tự động thu thập dữ liệu về lƣợng nƣớc tiêu thụ tại Việt
Nam.
Chƣơng 3: Giao thức định tuyến cho hệ thống tự động thu thập dữ liệu về
lƣợng nƣớc tiêu thụ.
Cuối cùng là kết luận, tóm tắt các nội dung nghiên cứu và dự kiến hƣớng
nghiên cứu tiếp theo của luận văn.
6. Đóng góp của luận văn
Hiện nay, các nhà máy nƣớc vẫn đang thực hiện những biện pháp thủ công
trong việc ghi lƣợng nƣớc sinh hoạt tiêu thụ và thanh toán tiền nƣớc tiêu thụ hàng
tháng tại các hộ gia đình. Những biện pháp thủ cơng này rất mất thời gian và gây
tốn kém chi phí về nguồn nhân lực lao động. Ngoài ra, các thiết bị đọc lƣợng nƣớc
tiêu thụ vận hành bằng pin nên cần thiết phải triển khai giao thức định tuyến thu
thập dữ liệu có sự nhận thức về năng lƣợng nhằm tăng thời gian sống của mạng. Do
vậy, hƣớng nghiên cứu của đề tài vừa có giá trị khoa học và thực tiễn.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

4

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ INTERNET KẾT NỐI VẠN VẬT
1.1. Khái niệm về Internet kết nối vạn vật
Thực chất, biểu hiện của Internet of Things (IoT) đã xuất hiện ngay từ thời
kỳ sơ khai của Internet, khi các nhà phát minh mong muốn kết nối tất cả mọi thứ
qua một mạng lƣới đồng nhất để có thể điều khiển chúng phục vụ cho mục đích của
con ngƣời.
Trong các tƣ liệu về IoT, ngƣời ta thƣờng nhắc đến một chiếc máy bán nƣớc
giải khát tự động tại trƣờng Đại học Carnegie Melon (Mỹ) vào đầu những năm 1980
nhƣ là một thiết bị đầu tiên mở màn cho xu hƣớng này, chiếc máy đƣợc lập trình để
có thể kết nối với ngƣời điều khiển qua Internet, nhằm kiểm tra tình trạng của máy
và bổ sung nƣớc khi cần thiết mà không cần sự tiếp xúc kiểm tra trực tiếp.
Sau đó, khái niệm IoT chỉ thực sự đƣợc đƣa ra vào năm 1999, khi mà ngƣời
ta bắt đầu nhận thấy tiềm năng của xu hƣớng này, bên cạnh việc mạng Internet cũng
nhƣ nhiều rào cản về mặt khoa học công nghệ đã dần đƣợc khai phá.
Theo định nghĩa từ Wikipedia:
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.
Nhƣ vậy có thể tạm hiểu, IoT là khi tất cả mọi thứ đều đƣợc kết nối với nhau
qua mạng Internet, ngƣời dùng có thể kiểm sốt mọi đồ vật của mình qua mạng chỉ
bằng một thiết bị thông minh, chẳng hạn nhƣ smartphone, tablet, PC hay thậm chí
chỉ bằng một chiếc smartwatch nhỏ bé trên tay. Hình 1.1 minh họa mơ hình mạng
IoT.
Gần đây, IoT còn bao gồm cả những giao tiếp theo kiểu máy với máy
(M2M), hạn chế sự tác động của con ngƣời nhƣng chủ yếu đƣợc áp dụng trong sản
xuất năng lƣợng hay các ngành công nghiệp nặng.

Viễn cảnh tƣởng chừng chỉ có trên phim ảnh này đã dần hiển hiện trên thực
tế, với sự phát triển của nhà thông minh, ti vi thông minh, tủ lạnh thông minh,…. và
cũng không thể không kể tới sự mở rộng không gian địa chỉ lên IPv6 thay vì IPv4
nhƣ trƣớc đây.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


5

Hình 1.1: Mơ hình mạng IoT

1.2. Tầm nhìn tƣơng lai của IoT
Mặc dù đã manh nha từ lâu nhƣng kỷ nguyên IoT chỉ thực sự đƣợc sự đƣợc
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 đƣợc 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 đƣợc sự phát triển của lĩnh vực này, họ cũng đƣa ra số liệu vào năm
1984, khi mà Cisco mới thành lập mới chỉ có khoảng 1.000 thiết bị đƣợc kết nối
mạng toàn cầu, đến năm 2010, con số này đã lên mức 10 tỷ.
Intel, đơn vị mới tham gia vào thị trƣờng 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 trƣởng 19% so với năm 2013.
Và không thể không kể tới một thƣơng hiệu Việt Nam là Bkav cũng đã đạt
đƣợc những thành tựu đáng ghi nhận về IoT. Hệ thống nhà thông minh SmartHome
của Bkav là một tổ hợp các thiết bị thông minh trong một ngơi nhà, đều đƣợc kết
nối Internet và có thể tự động điều chỉnh cũng nhƣ điều khiển qua smartphone. Sau

hàng chục năm nghiên cứu và sản xuất, Bkav SmartHome đã có chỗ đứng nhất định
trên thị trƣờng và hồn tồn có thể cạnh tranh với những giải pháp nhà thông minh
khác trên thế giới.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


6

Bên cạnh đó, các ơng lớn nhƣ Google, Apple, Samsung, Microsoft cũng
không hề giấu diếm ý định xâm nhập thị trƣờng này, hứa hẹn một cuộc cạnh tranh
mạnh mẽ trong thời gian tới đây, đƣa kỷ nguyên IoT đến sớm hơn với mọi ngƣời.
Rõ ràng, IoT có thể thay đổi hoàn toàn cách sống của con ngƣời trong tƣơng
lai. Khi mọi thứ đã đƣợc “Internet hóa”, ngƣời dùng hồn tồn có thể điều khiển
chúng từ bất cứ đâu, chỉ cần một chiếc điện thoại có kết nối Internet. Sở hữu những
thành tựu trong lĩnh vực này nghĩa là chúng ta đang nắm giữ trong tay chìa khóa
thành cơng của mọi thời đại. IoT chính là xu hƣớng của tƣơng lai.

1.3. Kiến trúc IoT
Kiến trúc IoT đƣợc đại diện cơ bản bởi 4 phần nhƣ hình 1.2 bao gồm: Vạn
vật (Things), trạm kết nối (Gateway), hạ tầng mạng Internet và điện toán đám mây
(Internet and Cloud), các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services).

Hình 1.2: Kiến trúc IoT
 Vạn vật (Things): Ngày nay có hàng tỷ vật dụng đang hiện hữu trên thị
trƣờng gia dụng và công nghệ, ở trong nhà hoặc trên tay của ngƣời dùng.
Chẳng hạn nhƣ xe hơi, thiết bị cảm biến, thiết bị đeo và điện thoại di động
đang đƣợc kết nối trực tiếp thông qua băng tần mạng không dây và truy cập
vào Internet. Giải pháp IoT giúp các thiết bị thông minh đƣợc sàng lọc, kết
nối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ, cịn các thiết bị chƣa thơng minh thì

có thể kết nối đƣợc thông qua các trạm kết nối.
 Trạm kết nối (Gateway): Một rào cản chính khi triển khai IoT đó là gần
85% các vật dụng đã khơng đƣợc thiết kế để có thể kết nối với Internet và
khơng thể chia sẻ dữ liệu với điện toán đám mây. Để khắc phục vấn đề này,
các trạm kết nối sẽ đóng vai trị là một trung gian trực tiếp, cho phép các vật

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


7

dụng có sẵn này kết nối với điện tốn đám mây một cách bảo mật và dễ dàng
quản lý.
 Hạ tầng mạng Internet và điện toán đám mây (Internet and Cloud):
 Cơ sở hạ tầng kết nối: Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng
IP đƣợc kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính. Cơ sở hạ tầng
mạng này bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp,
thiếp bị lặp và nhiều thiết bị khác có thể kiểm sốt lƣu lƣợng dữ liệu lƣu
thông và cũng đƣợc kết nối đến mạng lƣới viễn thông và cáp - đƣợc triển
khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.
 Trung tâm dữ liệu/ hạ tầng điện toán đám mây: Các trung tâm dữ liệu
và hạ tầng điện toán đám mây bao gồm một hệ thống lớn các máy chủ, hệ
thống lƣu trữ và mạng ảo hóa đƣợc kết nối.
 Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services): Intel đã kết hợp những phần
mềm quản lý API hàng đầu (Application Progmraming Interface) để giúp
đƣa các sản phẩm và giải pháp IoT ra thị trƣờng một cách nhanh chóng và
tận dụng đƣợc hết giá trị của việc phân tích các dữ liệu từ hệ thống đang có
sẵn.

1.4. Xu hƣớng và tính chất của IoT

1.4.1. Sự thông minh
Sự thông minh và tự động trong điều khiển thực chất không phải là một phần
trong ý tƣởng về IoT. Các máy móc có thể dễ dàng nhận biết và phản hồi lại môi
trƣờng xung quanh, chúng cũng có thể tự điều khiển bản thân (autonomous control)
mà khơng cần đến kết nối mạng. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây ngƣời ta bắt
đầu nghiên cứu kết hợp hai khái niệm IoT và autonomous control lại với nhau.
Tƣơng lai của IoT có thể là một mạng lƣới các đối tƣợng thơng minh có khả năng tự
tổ chức và hoạt động riêng lẻ tùy theo tình huống, mơi trƣờng, đồng thời chúng
cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi thơng tin, dữ liệu.
Việc tích hợp trí thơng minh vào IoT cịn có thể giúp các thiết bị, máy móc,
phần mềm thu thập và phân tích các dấu vết điện tử của con ngƣời khi chúng ta
tƣơng tác với những thứ thơng minh, từ đó phát hiện ra các tri thức mới liên quan
tới cuộc sống, môi trƣờng, các mối tƣơng tác xã hội cũng nhƣ hành vi con ngƣời.
1.4.2. Kiến trúc dựa trên sự kiện
Các thực thể, máy móc trong IoT sẽ phản hồi dựa theo các sự kiện diễn ra
trong lúc chúng hoạt động theo thời gian thực. Một số nhà nghiên cứu từng nói rằng
một mạng lƣới các sensor chính là một thành phần đơn giản của IoT.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


8

1.4.3. Sự phức tạp
Trong một thế giới mở, IoT sẽ mang tính chất phức tạp bởi nó bao gồm một
lƣợng lớn các đƣờng liên kết giữa những thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau, ngồi
ra cịn bởi khả năng thêm vào các nhân tố mới.
1.4.4. Quy mô lớn
Một mạng lƣới IoT có thể chứa 50 đến 100 nghìn tỉ đối tƣợng đƣợc kết nối
và mạng lƣới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tƣợng. Một con ngƣời

sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối tƣợng có
khả năng theo dõi.
1.4.5. Vấn đề không gian, thời gian
Trong IoT, vị trí địa lý chính xác của một vật nào đó là rất quan trọng. Hiện
nay, Internet chủ yếu đƣợc sử dụng để quản lí thơng tin đƣợc xử lý bởi con ngƣời.
Do đó những thơng tin nhƣ địa điểm, thời gian, không gian của đối tƣợng không
mấy quan trọng bởi ngƣời xử lí thơng tin có thể quyết định các thơng tin này có cần
thiết hay khơng, và nếu cần thì họ có thể bổ sung thêm. Trong khi đó, IoT về lý
thuyết sẽ thu thập rất nhiều dữ liệu, trong đó có thể có dữ liệu thừa về địa điểm, và
việc xử lí dữ liệu đó đƣợc xem nhƣ khơng hiệu quả. Ngồi ra, việc xử lí một khối
lƣợng lớn dữ liệu trong thời gian ngắn đủ để đáp ứng cho hoạt động của các đối
tƣợng cũng là một thách thức hiện nay.

1.5. Các cơng nghệ thành phần
Hình 1.3 mơ tả các cơng nghệ thành phần của IoT.

Hình 1.3: Các công nghệ thành phần của IoT
Các công nghệ thành phần này bao gồm: Mạng cảm biến không dây, đo
lƣờng từ xa, hệ thống nhúng, hệ thống tính tốn khắp nơi và di động, mạng điện
thoại di động, mạng máy tính.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


9

1.6. Các tổ chức quy chuẩn IoT
Trong năm 2014 các sản phẩm IoT xuất hiện khá nhiều, nhƣng điều đáng chú
ý nhất khơng nằm ở chính các thiết bị mà ở các tiêu chuẩn đƣợc xây dựng cho IoT.
Có ít nhất 5 nhóm cơng ty và tổ chức đã cơng bố các chuẩn IoT mới trong những

năm vừa qua, ngoài ra cịn có 1 nhóm khác năm 2013.
1.6.1. AllSeen Alliance
Liên minh này đƣợc thành lập vào tháng 12/2013 với sự tham gia của LG,
Panasonic, Sharp, Silicon Image, TP-Link, HTC, Qualcomm và hiện đã có hơn 100
thành viên. Đƣợc dẫn đầu bởi Hiệp hội Linux, liên minh này sẽ nhắm đến việc xóa
bỏ những rào cản cũng nhƣ thúc đẩy sự sáng tạo trong việc phát triển Internet of
Things. Hiệp hội Linux nói rằng sự hiện diện của AllSeen Alliance là cần thiết bởi
khơng một cơng ty riêng lẻ nào có khả năng đáp ứng lại tất cả những tình huống sử
dụng IoT trong cuộc sống thƣờng ngày, cả trong mảng sản phẩm tiêu dùng lẫn sản
phẩm dành cho doanh nghiệp.
Các thành viên của liên minh sẽ đóng góp nguồn lực về phần mềm cũng nhƣ
kĩ thuật để "cùng thiết lập một bộ khung mã nguồn mở cho phép các hãng sản xuất
phần cứng, nhà cung cấp dịch và nhà phát triển phần mềm tạo ra những thiết bị và
dịch vụ có tính tƣơng thích với nhau". Bộ khung này đƣợc xây dựng dựa trên dự án
nguồn mở AllJoyn do Qualcomm khởi xƣớng cách đây ít đâu. Các sản phẩm IoT,
ứng dụng, dịch vụ tạo bằng AllJoyn có thể liên lạc với nhau thơng qua nhiều kết
nối: Wi-Fi, Ethernet, thậm chí là cả đƣờng dây điện. AllJoyn khơng địi hỏi hệ điều
hành phải giống nhau (Linux, Android, iOS, Windows hay các loại OS nhúng đều
đƣợc), cũng không bắt buộc các máy móc phải kết nối vào Internet bởi chúng có thể
liên lạc ở cấp độ ngang hàng (ad-hoc).
1.6.2. Open Internet Consortium (OIC)
OIC ra đời vào tháng 7/2014 và đƣợc hỗ trợ bởi Samsung, Intel, Dell cùng
nhiều công ty nhỏ hơn. Gary Martz, một quản lý sản phẩm của Intel, cho biết OIC
sẽ tạo ra các tiêu chuẩn xoay quanh việc "giao tiếp, khám phá và chứng thực thiết
bị" dựa trên nhiều kết nối khác nhau, trong đó bao gồm WiFi, Bluetooth và cả NFC.
OIC cho biết nền tảng phần mềm mã nguồn mở của họ sẽ ra mắt vào cuối năm 2014
để thúc đẩy sử dụng phát của thiết bị IoT. Ngồi ba cơng ty trên, OIC cịn có sự góp
mặt của Atmel, Broadcom và Wind River. Cấu hình của OIC sẽ đƣợc ra mắt vào
đầu năm 2015, còn sản phẩm thƣơng mại sẽ xuất hiện vào cuối năm 2016.
Điểm đánh chú ý đó là cả AllSeen và OIC đều đang cố gắng tạo ra những

nền tảng mở phục vụ cho việc kết nối các thiết bị Internet of Things, nhƣng riêng
với AllSeen thì họ phát triển dựa trên nền tảng AllJoyn có sẵn của Qualcomm. Gary

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


10

Martz thậm chí cịn chia sẻ thêm là OIC sẽ tập trung vào những lĩnh vực mà Liên
minh AllSeen không chú trọng, ví dụ nhƣ bảo mật và một vài thứ khác.
1.6.3. Thread Group
Đƣợc thành lập bởi ARM, Samsung và Nest Labs (hiện đã về tay Google),
Thread nhắm đến việc sử dụng giao thức mạng dạng mesh để các thiết bị IoT có thể
kết nối khơng chỉ với một hai máy xung quanh mà với nhiều thiết bị cùng lúc. Tiêu
chuẩn của Thread còn tập trung vào việc giảm lƣợng điện tiêu thụ của sản phẩm
IoT, đồng thời sử dụng một loại chip mạng hiện có trên thị trƣờng để cấp địa chỉ
IPv6 cho các thiết bị. Tổ chức này đƣợc thành lập vào tháng 7/2014 và hiện có hơn
50 thành viên. Họ dự tính sẽ bắt đầu cấp chứng chỉ cho các thiết bị Thread trong
nửa đầu năm 2015.
1.6.4. Industrial Internet Consortium (IIC)
General Electric, Cisco Systems, IBM, Intel và nhà mạng AT&T đã ra tuyên
bố thành lập IIC vào tháng 3 năm 2014. Tuy nhiên, IIC đánh mạnh vào mảng thiết
bị IoT dùng cho doanh nghiệp chứ không phải là trong các ngôi nhà của ngƣời tiêu
dùng phổ thông. Hãy tƣởng tƣợng đến các cảm biến, các hệ thống máy móc tự động
cũng nhƣ dàn bóng đèn, quạt tản nhiệt đƣợc dùng trong các nhà máy chẳng hạn. IIC
cho biết bản thân họ sẽ không đƣa ra các tiêu chuẩn cho IoT, thay vào đó sẽ cùng
làm việc với các tổ chức chính quy nhằm đảm bảo rằng thiết bị IoT sẽ hoạt động tốt
ở mọi phân khúc thị trƣờng.
Nhóm cũng muốn cải thiện việc giao tiếp giữa các máy móc cơng nghiệp vốn
đã cũ kĩ trong thời buổi hiện nay bằng cách đƣa ra các thiết kế tham chiếu cũng nhƣ

tạo ra những phƣơng pháp thử nghiệm khác nhau. Hiện tại IIC có hơn 100 thành
viên và mới đây có thêm sự tham gia của Microsoft, Samsung, Huawei.
1.6.5. IEEE P2413
Viện kĩ thuật điện điện tử (IEEE) là một trong những cơ quan chính quy có
nhiệm vụ đề ra các tiêu chuẩn quan trọng trong thế giới công nghệ hiện nay, điển
hình nhƣ kết nối khơng dây. IEEE cũng chính là đơn vị bị các cơng ty thƣơng mại
cho rằng quá chậm chạp trong việc đƣa ra tiêu chuẩn cho IoT. Hiện nay IEEE đã
thành lập nên các nhóm thành viên để làm việc với phần còn lại của thị trƣờng IoT.
Họ tổ chức cuộc họp đầu tiên của mình vào tháng 7 năm 2014 với sự có mặt của 23
nhà sản xuất cũng nhƣ tổ chức có liên quan.
Ở trên là 5 tiêu chuẩn IoT lớn, ngoài ra cịn có thêm oneM2M, ISA100 và
những tiêu chuẩn khác đang ngày càng xuất hiện nhiều hơn bởi các đơn vị, công ty
nhỏ hơn. Tuy nhiên, không phải tất cả các chuẩn này đều dùng để giải quyết cùng
một vấn đề, một số chuẩn đƣợc xây dựng để bổ trợ cho một chuẩn khác. Chúng ta

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


11

có thể thấy rằng AllSeen, OIC và IIC thì đang cạnh tranh với nhau, trong khi Thread
có thể đƣợc dùng nhƣ một nền tảng chung cả ba chuẩn này.
1.7. Các chuẩn truyền thông cho IoT
1.7.1. Chuẩn IEEE 802.15.4
1.7.1.1. Giới thiệu chung
Chuẩn IEEE 802.15.4 là một chuẩn truyền thông không dây cho các ứng
dụng công suất thấp và tốc độ dữ liệu thấp. Tiêu chuẩn này đã đƣợc phát triển cho
mạng cá nhân (PAN) bởi nhóm làm việc trong Viện kỹ thuật điện và điện tử
(IEEE). Chuẩn IEEE 802.15.4 có tốc độ dữ liệu tối đa là 250.000 bit/s và công suất
đầu ra tối đa 1mW. Các thiết bị IEEE 802.15.4 có một phạm vi phủ sóng hẹp trong

vài chục mét. Điểm chính trong các đặc điểm kỹ thuật của chuẩn IEEE 802.15.4 là
cho phép các bộ thu phát chi phí thấp và ít phức tạp, điều này đã làm cho chuẩn
IEEE 802.15.4 phổ biến với mạng cảm biến không dây. Nhiều công ty sản xuất các
thiết bị tuân thủ theo chuẩn IEEE 802.15.4.
Bởi sự có mặt khắp nơi của chuẩn IEEE 802.15.4 và sự sẵn có của các bộ thu
phát vơ tuyến tƣơng thích với IEEE 802.15.4, nên gần đây rất nhiều ngăn xếp vô
tuyến công suất thấp đã đƣợc xây dựng trên chuẩn IEEE 802.15.4 nhƣ là:
WirelessHART, ISA100a, IPv6 và ZigBee.
Tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 xác định 2 lớp:
 Lớp vật lý: Chỉ rõ các bản tin đƣợc gửi và đƣợc nhận trên các kênh truyền
vô tuyến vật lý nhƣ thế nào.
 Lớp điều khiển truy nhập kênh truyền (MAC): Chỉ rõ các bản tin đến từ
các lớp vật lý sẽ đƣợc xử lý nhƣ thế nào.
Mỗi nút trong mạng theo chuẩn IEEE 802.15.4 có một địa chỉ 64 bit nhận
dạng thiết bị duy nhất. Do kích thƣớc gói tin bị giới hạn bởi chuẩn IEEE 802.15.4,
nên độ dài 64 bit địa chỉ là khơng khả thi. Do đó, chuẩn IEEE 802.15.4 cho phép
các nút sử dụng địa chỉ với độ dài 16 bit. Các địa chỉ ngắn đƣợc gán bởi điều phối
viên PAN và chỉ có giá trị trong khn khổ của một PAN. Các nút có thể lựa chọn
để gửi gói tin bằng cách sử dụng cả hai định dạng địa chỉ.
Địa chỉ đƣợc viết dƣới dạng hệ thập lục phân (Hexa) phân cách nhau bằng
dấu hai chấm. Một ví dụ về độ dài một địa chỉ 802.15.4 là 00:12:75:00:11:6 e:cd:
fb. Hình 1.4 là một ví dụ về hai địa chỉ IEEE 802.15.4 là một địa chỉ dài và một địa
chỉ ngắn.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


12

Hình 1.4: Hai định dạng địa chỉ hỗ trợ IEEE 802.15.4

là địa chỉ dài (64 bit) và địa chỉ ngắn (16 bit)
Các địa chỉ dài là duy nhất trên thế giới và mỗi thiết bị IEEE 802.15.4 đƣợc
gán một địa chỉ khi đƣợc sản xuất. Mỗi nhà sản xuất yêu cầu 24 bit nhận dạng duy
nhất OUI của nhà sản xuất (Organizational Unique Identifier) lấy từ tổ chức IEEE.
Các OUI đƣợc sử dụng nhƣ là 24 bit địa chỉ đầu tiên của thiết bị. Còn lại 40 bit
đƣợc gán bởi nhà sản xuất và phải là duy nhất cho mỗi thiết bị.
Các địa chỉ ngắn đƣợc gán bởi các điều phối viên mạng PAN. Một địa chỉ
ngắn chỉ có hiệu lực trong phạm vi mạng PAN đó. Tuy nhiên, một thiết bị với một
địa chỉ ngắn có thể truyền thơng với các thiết bị bên ngoài mạng PAN bằng cách
mang thêm 16 bit định danh mạng PAN của nó và mạng PAN của thiết bị đích trong
mỗi bản tin đƣợc gửi đi. Tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 không chỉ định bất kỳ thuật toán
cụ thể nào sẽ đƣợc sử dụng bởi một điều phối viên PAN khi gán các địa chỉ ngắn
trong phạm vi mạng PAN.
Chuẩn IEEE 802.15.4 hoạt động trên 3 băng tần số vơ tuyến đƣợc cấp phép
miễn phí. Bởi những quy định khác nhau về tần số vô tuyến, nên tần số đƣợc cấp
phép ở các nƣớc trên thế giới cũng khác nhau. Tại Hoa Kỳ, chuẩn IEEE 802.15.4 sử
dụng băng tần 902-982MHz. Tại châu Âu, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng băng tần
868-868.8MHz. Các nƣớc còn lại thế giới, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng băng tần
2400-2483.5MHz.
Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa 26 kênh hoạt động khác nhau. Trong mỗi
băng tần có quy định một số kênh nhƣ đƣợc chỉ ra trong hình 1.5. Channel 0 đƣợc
quy định chỉ ở châu Âu và nằm trên băng tần 868MHz. Các kênh từ 1-10 đƣợc quy
định chỉ ở Hoa Kỳ trên băng tần 902-982MHz. Khoảng cách giữa các kênh là
2MHz. Các kênh từ 11-26 đƣợc quy định trên băng tần 2,4 GHz. Khoảng cách giữa
các kênh là 5MHz.
Chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng hai loại điều chế vô tuyến tùy thuộc vào tần
số kênh. Các kênh từ 0-10 sử dụng khoá dịch pha nhị phân (BPSK), trong khi đó
các kênh từ 11-26 sử dụng khố dịch pha vng góc (QPSK). Trên tất cả các kênh,
chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng điều chế trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS).

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


13

Hình 1.5: Chuẩn IEEE 802.15.4 quy định 26 kênh vơ tuyến vật lý
Giống nhƣ kỹ thuật điều chế, tốc độ bit là phụ thuộc vào kênh vô tuyến. Tốc
độ bit của kênh là 0 là 20.000 bit/s. Đối với các kênh từ 1-10, tốc độ bit là 40.000
bit/s và cho các kênh 11-26 tốc độ bit là 250.000 bit/s.
1.7.1.2. Module truyền thông CC2420
Module truyền thông CC2024 là sử dụng một chip CC2420 thu nhận tín hiệu
radio theo chuẩn IEEE 802.15.4 và có cơng suất thấp (hình 1.6).

Hình 1.6: Module truyền thơng CC2420
Các đặc điểm chính của CC2420 bao gồm:
 Thu phát khơng dây 2400-2483.5 MHz.
 Dịng tiêu thụ rất thấp (19,7 mA trong chế độ nhận, và 17,4 mA cho chế độ
phát).
 Độ nhạy cao (-94 dBm).
 Các bộ khuếch đại tạp âm thấp và cơng suất cao (PA) tích hợp trên chip.
 Tốc độ truyền RF có thể đạt 250kbit/s.
 Đo đƣợc cƣờng độ RF.
 3 kênh ADC 10 bit, 4 timers / 2PWMs, 2 UARTs, RTC, Watchdog, SPI, mã
hoá DES, 26 cổng I/O .

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


14

 Điện áp nguồn ni 2.7 - 3.6 V.
 Có giao diện truyền thông SPI với tần số nối tiếp lên đến 10MHz.
1.7.1.3. Module truyền thông CC2430 DRF1605H
Module RF CC2530 DRF1605H sử dụng chip truyền sóng CC2530 của
Texas Instrument cho khoảng cách lên đến 1,6 km. Module CC2530 đƣợc tích hợp
nhân vi điều khiển 8051 với các ngoại vi tích hợp sẵn nhƣ UART, SPI, I2C,
GPIO,...nên có thể lập trình kết nối trực tiếp với các cảm biến và ngoại vi khác.
Module đã đƣợc nạp sẵn firmware mẫu truyền nhận UART và có thể sử dụng
trực tiếp nhƣ một module truyền UART từ xa hoặc lập trình lại để thực hiện các
chức năng khác. Module DRF1605H giao tiếp thông qua giao diện UART (TX &
RX), truyền năng lƣợng cao nên khoảng cách truyền có thể đạt tới 1,6 km. Một vài
thông số kỹ thuật của module CC2530 DRF1605H nhƣ:
 Module sử dụng nguồn nuôi 3.3V, khoảng từ 2.6V đến 3.6V.
 Giao tiếp UART với các tốc độ truyền: 9600bps, 19200bps, 38400bps,
57600bps, 115200bps.
 Có thể chỉnh tần số sóng từ 2405 MHz – 2480 MHz (mỗi bƣớc 5 MHz).
 Dòng tiêu tốn tốc đa: 120mA (gửi), 45mA (nhận).
 Độ nhạy: -110dBm

Hình 1.7: Module CC2530 DRF1605H
1.7.2. Chuẩn WiFi
1.7.2.1. Giới thiệu chung
Wi-Fi viết tắt của cụm từ “Wireless Fidelity” – một tập hợp các chuẩn tƣơng
thích với mạng khơng dây nội bộ dựa trên đặc tả IEEE 802.11 (802.11a, 802.11b,
802.11g, 802.11n, …). Wi-Fi cho phép các máy tính hoặc PDA (thiết bị cá nhân kỹ
thuật số) hỗ trợ kết nối khơng dây có thể truy cập vào mạng internet trong phạm vi
phủ sóng của các điểm truy cập khơng dây (hay cịn gọi là “hostpot”). Tốc độ kết
nối của các chuẩn thuộc Wi-Fi rất khác nhau, cụ thể:

LUAN VAN CHAT LUONG download : add