Bc nckhsv cbvt as608

BỘ CÔNG THƯƠNG KHOA ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ
THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

NĂM 2022 - 2023

Tên đề tài:
“Thiết kế tủ đựng vật dụng bảo mật bằng

công nghệ cảm biến vân tay”.

Giảng viên hướng dẫn: …………………………..

Chủ nhiệm đề tài: Tên SV chủ nhiệm đề tài Lớp …….

Thành viên: Tên…………………….. Lớp……..

HÀ NỘI 04/2023

1

BỘ CÔNG THƯƠNG KHOA ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ
THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

NĂM 2022 - 2023

Tên đề tài:
“Thiết kế tủ đựng vật dụng bảo mật bằng

công nghệ cảm biến vân tay”.

Giảng viên hướng dẫn: …………………………..

Chủ nhiệm đề tài: Tên SV chủ nhiệm đề tài Lớp …….

Thành viên: Tên…………………….. Lớp……..

HÀ NỘI 04/2023

2

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN

STT Họ và Tên Lớp Khoa Chức danh

1
2
3
4

DANH SÁCH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

STT Họ và Tên Chức vụ Khoa Nhiệm vụ

1 Trần Thị Hường Giảng viên Điện tử GV hướng dẫn

3

MỤC LỤC

MỤC LỤC...............................................................................................................................i
DANH MỤC BIỂU, BẢNG.................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH....................................................................................................iv
CÁC TỪ VIẾT TẮT..............................................................................................................v
LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỦ ĐỒ BẢO MẬT VÀ CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG
VÂN TAY..............................................................................................................................2

1.1 Tổng quan về tủ đồ bảo mật.........................................................................................2
1.1.1 Giới thiệu tủ đồ bảo mật và đặc điểm của tủ bảo mật...............................................2

1.1.2 Ứng dụng của tủ đồ bảo mật..................................................................................3
1.2 Tổng quan về công nghệ nhận dạng vân tay................................................................4

1.2.1 Lịch sử ra đời nhận dạng vân tay...........................................................................4
1.2.2 Hệ thống nhận dạng vân tay..................................................................................5
1.2.3 Ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay hiện nay.................................................6
1.3 Công nghệ IoTs............................................................................................................7
1.3.1 Khái niệm IoTs......................................................................................................8
1.3.2 IoTs từ góc nhìn kỹ thuật.......................................................................................9
1.3.3 Đặc điểm cơ bản và yêu cầu ở mức cao của một hệ thống IoT...........................11
1.3.4 Mơ hình của một hệ thống IoT............................................................................12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ................................15
2.1 Cảm biến vân tay........................................................................................................15
2.1.1 Giới thiệu cảm biến vân tay.................................................................................15
2.1.2 Giao tiếp phần cứng.............................................................................................16
2.1.4 Giao thức truyền thông giao tiếp..........................................................................19
2.1.5 Giới thiệu các tập tin giao tiếp giữa Module và MCU.........................................21
2.2 Arduino UNO R3.......................................................................................................24
Phần cứng của Adruino Uno R3:.........................................................................................25
2.3 Node MCU ESP8266................................................................................................28
2.3.1 Giới Thiệu...........................................................................................................28
2.3.2 ESP8266-12........................................................................................................29
2.3.3 Kit thu phát wifi esp8266 nodemcu lua d1 mini..................................................30
2.4 Module rơ-le 1 kênh 5V.............................................................................................32

4

2.5 Khóa chốt điện............................................................................................................33
2.6 Module LCD I2C........................................................................................................34
2.8 Cảm biến mở cửa........................................................................................................36
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, LẮP RÁP VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG.................................37
3.1 Thiết kế hệ thống........................................................................................................37
3.2 Lập trình hệ thống......................................................................................................38

3.2.1 Lưu đồ giải thuật..................................................................................................38
3.2.3 Chương trình hệ thống.........................................................................................39
3.3 Thi cơng mơ hình hệ thống.........................................................................................47
3.3.1 Thiết kế mạch in..................................................................................................47
3.3.2 Thi cơng mơ hình hệ thống..................................................................................48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..............................................................................................51
KẾT LUẬN......................................................................................................................51

KIẾN NGHỊ......................................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................52

5

DANH MỤC BIỂU, BẢNG

Bảng 2. 1: Kết nối phần cứng của cảm biến AS608............................................................16
Bảng 2. 2: Thanh ghi trạng thái của Module......................................................................18
Bảng 2. 3: Định dạng gói dữ liệu truyền và nhận của cảm biến vân tay............................19
Bảng 2. 4: Ý nghĩa của gói dữ liệu truyền của cảm biến vân tay........................................19
Bảng 2. 5: Mã xác nhận gửi về từng Module khi tiến hành giao tiếp.................................20
Bảng 2. 6: 23 mã Introduction code của các gói dữ liệu.....................................................21
Bảng 2. 7: Các gói dữ liệu tương ưng với từng mã Introduction Code...............................22
Bảng 2. 8: Định dạng gói trả về từ cảm biến về MCU........................................................23
Bảng 2. 9: Các mã Confirmation code mở rộng..................................................................24
Bảng 2. 10: Thông số của Arduino UNO R3.......................................................................28
Bảng 2. 11: Sơ đồ chân của kit thu phát wifi esp8266 nodemcu lua d1 mini......................31

6

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1: Tủ đồ bảo mật bằng vân tay.................................................................................2
Hình 1. 2: Tủ đồ bảo mật bằng mật mật khẩu và khóa..........................................................3
Hình 1. 3:Một số hình ảnh vân tay được sử dụng thời xưa...................................................4
Hình 1. 4: Cấu trúc cơ bản của hệ thống nhận dạng vân tay................................................5
Hình 1. 5: Thanh tốn mua hàng bằng dấu vân tay..............................................................6
Hình 1. 6: Máy chấm cơng.....................................................................................................7
Hình 1. 7: Khóa cửa bảo mật vân tay....................................................................................7

Hình 1. 8: Kết nối mọi vật......................................................................................................9
Hình 1. 9: Hệ thống IoT từ góc nhìn kỹ thuật........................................................................9
Hình 1. 10: Các loại thiết bị khác nhau và mối quan hệ [2]...............................................11
Hình 1. 11: Mơ hình IoTs.....................................................................................................13
Hình 2. 1: Cảm biến vân tay AS608.....................................................................................15
Hình 2. 2: Các ngõ ra giao tiếp của cảm biến AS608.........................................................16
Hình 2. 3: Khung dữ liệu truyền đi của cảm biến AS608....................................................17
Hình 2. 4: Phần cứng của Arduino UNO R3.......................................................................25
Hình 2. 5: Các chân vào ra của Arduino Uno.....................................................................27
Hình 2. 6: Một số chức năng của các chân trên Arduino (PinOut)....................................28
Hình 2. 7: ESP8266 và sơ đồ chân......................................................................................29
Hình 2. 8: Kit thu phát wifi esp8266 nodemcu lua d1 mini.................................................31
Hình 2. 9: Module rơ-le 1 kênh 5V......................................................................................33
Hình 2. 10: Khóa chốt điện LY-03 12V...............................................................................33
Hình 2. 11: Hình dáng của loại LCD 16x2..........................................................................34
Hình 2. 12: Sơ đồ chân của LCD.........................................................................................34
Hình 2. 14: Module I2C LCD..............................................................................................35
Hình 2. 15: Kết nối Module I2C với LCD 16x2...................................................................35
Hình 2. 16: Cảm biến mở cửa..............................................................................................36
Hình 3. 1: Sơ đồ khối của hệ thống.....................................................................................37
Hình 3. 2: Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế....................................................................37
Hình 3. 3: Lưu đồ giải thuật chương trình nhập dấu vân tay và quét dấu vân tay bảo mật39
Hình 3. 4: Lưu đồ giải thuật chương trình gửi cảnh báo khi cửa mở.................................39
Hình 3. 5: Mạch CPU sử dụng Arduino..............................................................................48
Hình 3. 6: Mạch in khối giao tiếp Wifi................................................................................48
Hình 3. 7: Bố trí thiết bị trên mơ hình.................................................................................49
Hình 3. 8: Mơ hình hồn thiện.............................................................................................49
Hình 3. 9: Hiển thị thơng báo trên mơ hình.........................................................................50
Hình 3. 10: Giao diện cảnh báo trạng thái cửa...................................................................50

7

CES CÁC TỪ VIẾT TẮT
PC
UART Consumer Electronic Show
SPI Personal Computer
RFID Universal Asynchronius serial Receiver and Transmit
USB Serial Peripheral Interface
ICSP Radio Frequency Identification
AC Universal Serial Bus
DC In-Circiut Serial Programming
PWM Alternating Current
LED Direct Current
TCP Pulse Width Modulation
UDP Light Emitting Diode
GPIO Transfer Control Protocol
CSS User Datagram Protocol
IP General Purpose Input Output
SRAM Cascading Style Sheets
EEPROM Internet Protocol
TTL Static Random Access Memory
MOSI Electrically Erasable Programmable
MISO Transistor- Transistor Logic
SCK Master Out Slave In
SDA Master In Slave Out
IRQ Serial Clock
Serial Data
Interrupt Request

8

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, công nghệ bảo mật vân tay đã và đang được ứng
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Nhận thấy việc lưu trữ vật dụng
của tổ chức hoặc gửi đồ của cá nhân như giảng viên, sinh viên hiện nay chưa được
đề cao về sự thuận tiện cũng như tính bảo mật.

Từ những vấn đề trên, nhóm nghiên cứu đề xuất đề tài: “Thiết kế tủ đựng vật
dụng bảo mật bằng công nghệ cảm biến vân tay”. Đề tài nghiên cứu ứng dụng công
nghệ cảm biến vân tay và IoTs nhằm xây dựng hệ thống bảo mật và giám sát tủ
đựng vật dụng ở mọi nơi.

9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỦ ĐỒ BẢO MẬT VÀ CÔNG
NGHỆ NHẬN DẠNG VÂN TAY.

1.1 Tổng quan về tủ đồ bảo mật
1.1.1 Giới thiệu tủ đồ bảo mật và đặc điểm của tủ bảo mật

Tủ đồ bảo mật đang dần trở thành thiết bị phổ biến và được ứng dụng ở
nhiều nơi bởi mỗi cá nhân, gia đình hay tập thể đều có những giấy tờ, vật dụng quan
trọng cần được bảo mật. Tủ bảo mật là loại tủ có kích thước, hình dáng giống như tủ
đựng hồ sơ, tài liệu bình thường nhưng có tính bảo mật cao hơn. Tủ thường được
dùng để cất giữ những giấy tờ hồ sơ quan trọng, tài sản riêng. Tủ bảo mật được thiết
kế tiêu chuẩn với các loại phổ biến là tủ 2 cánh, 4 cánh và 6 cánh. Ngồi ra, tủ cịn
được thiết kế theo yêu cầu, mục đích và nhu cầu cụ thể của từng người sử dụng.

Hiện nay có nhiều cơng nghệ bảo mật được tích hợp trong tủ đồ để nâng cao

khả năng bảo vệ cho tài sản như mật khẩu số, thẻ RFID, vân tay sinh trắc học,…mà
phổ biến nhất là mật khẩu số và thẻ RFID vình sự đơn giản và giá thành phù hợp
với đại đa số người sử dụng. Công nghệ vân tay cũng đã được ứng dụng nhiều trong
các sản phẩm máy chấm công, cửa thông minh, tủ thông minh,…tuy nhiên giá thành
cao hơn khiến cho chúng chỉ được sử dụng trong các cơ quan, môi trường đặc thù
chứ chưa quá phổ biến cho người dùng thông thường.

Hình 1. 1: Tủ đồ bảo mật bằng vân tay

10

Hình 1. 2: Tủ đồ bảo mật bằng mật mật khẩu và khóa

Đặc điểm của tủ bảo mật:
– Được làm từ vật liệu thép sơn tĩnh điện dày từ 0.8 mm đến 1.2 mm (tùy theo

nhu cầu của người sử dụng) nên có độ bền rất cao. Chất liệu thép sơn tĩnh
điện giúp tủ bảo mật có độ bóng, mịn tuyệt đối, đặc biệt là khả năng chống
ăn món, chống oxi hóa.
– Đáy tủ có hệ thống bánh xe sắt giúp việc di chuyển tủ sang các vị trí khác
nhau dễ dàng ( vì tủ có trọng lượng lớn)
– Đặc điểm quan trọng nhất của tủ bảo mật chính là hệ thống bảo mật của tủ
nằm trên các cánh tủ. Với công nghệ bảo mật khác nhau như khóa mã (mật
khẩu) riêng biệt, khóa chìa 4 cạnh,… hệ thống an toàn giúp cánh được bảo
vệ an tồn gây khó khăn với những nguy cơ cố tình cạy, phá trong thời gian
ngắn.

1.1.2 Ứng dụng của tủ đồ bảo mật
Tủ bảo mật được sử dụng phổ biến trong các công ty, trường học để bảo

quản những dụng cụ, hồ sơ quan trọng, có giá trị, tránh việc xâm phạm tủ một cách
có chủ ý khi chưa được phép.

Hạn chế việc mất cắp những đồ đạc được lưu trữ trong tủ. Ngồi ra với tính
bảo mật và độ bền cao, tủ bảo mật cịn được ưa chuộng trong mơi trường quân đội,

11

nơi đề cao tính bảo mật và kỷ luật để bảo quản giấy tờ của lãnh đạo, quân tư trang
của quân nhân.
1.2 Tổng quan về công nghệ nhận dạng vân tay
1.2.1 Lịch sử ra đời nhận dạng vân tay

Từ thế kỉ thứ XIV, việc sử dụng dấu vân tay và vân chân để nhận dạng đã
được người Ấn Độ áp dụng. Khi một đứa trẻ ra đời, người Trung Quốc đã dùng
mực bơi đen chân tay nó và in dấu lên một tờ giấy. Người Mỹ bắt đầu sử dụng dấu
vân tay vào tháng 7 năm 1858. William Idiot, một quan cai trị người Singapore tại
Lào, do quá bức xúc với tính gian trá đã bắt thương gia bản xứ là Rajyadhar Konai
in dấu bàn tay lên mặt sau của tờ hợp đồng.

Khoa học về dấu vân tay được Francis Galton khởi xướng vào cuối thế kỉ thứ
XIX. Năm 1880, Henry Faulds đưa ra lý luận về số lượng vân tay RC (Ridge
Count) để đánh giá mức độ phụ thuộc của vân tay vào gen di truyền. Năm 1868 nhà
bác học Roberts chỉ ra rằng mỗi ngón tay có một mơi trường phát triển vi mô khác
nhau. Năm 1968 nhà bác học Holt đã chứng minh được rằng có thể dự đốn tương
đối chính xác tổng số lượng vân tay TRC (Total Ridge Count) và mức độ phụ thuộc
của chúng vào gen di truyền của mỗi người. Vào nửa sau của thế kỉ XIX, Richard
Edward Henry của Scotland Yard (cơ quan an ninh của Anh) đã phát triển phương
pháp phân loại và nhận dạng dấu vân tay. Phương pháp này được Francis Galton cải
tiến vào năm 1892. Juan Vucetich đã tạo ra một hệ thống phân loại khác cho các

nước dùng tiếng Tây Ban Nha. Sau Vụ án Francisca Rojas ở Necochea, Argentina
trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới chính thức thừa nhận việc lăn tay để làm
phương pháp nhận dạng thay cho phép đo người Bertillon của Alphonse Bertillon.

Hình 1. 3:Một số hình ảnh vân tay được sử dụng thời xưa

12

1.2.2 Hệ thống nhận dạng vân tay
Hệ thống nhận dạng vân tay hoạt động theo nguyên tắc: Khi đặt ngón tay lên

trên một thiết bị đọc dấu vân tay, ngay lập tức thiết bị này sẽ qt hình ảnh ngón tay
đó và đưa vào hệ thống. Hệ thống sẽ xử lý dấu vân tay, chuyển sang dạng dữ liệu số
rồi đối chiếu các đặc điểm của vân tay đó với dữ liệu đã được lưu trữ trong hệ
thống. Nếu dấu vân tay này khớp với dữ liệu sẽ cho phép hệ thống thực hiện các
chức năng tiếp theo.

Hình 1. 4: Cấu trúc cơ bản của hệ thống nhận dạng vân tay

Hệ thống này gồm 2 phần:
– Verification (Xác nhận dấu vân tay): Đầu tiên một người sẽ cung cấp dấu

vân tay cùng với thông hoặc đặc điểm cá nhân của người đó như họ tên, ngày
sinh, quê quán..Bước này nhằm tạo ra một cơ sở dữ liệu tương ứng dấu vân
tay và các đặc điểm liên quan. Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là sử dụng
các diot phát sáng để truyền các tia gần hồng ngoại (Near Infrared NIR) tới
ngón tay và chúng sẽ được hấp thụ lại bởi hồng cầu trong máu. Vùng các tia
bị hấp thụ trở thành vùng tối trong hình ảnh và được chụp lại bởi camera
CCD. Sau đó, hình ảnh được xử lý và tạo ra mẫu vân tay. Mẫu vân tay được
chuyển đổi thành tín hiệu số và là dữ liệu để nhận dạng người sử dụng chỉ

trong vòng chưa đến 2 giây
– Identification (Nhận diện dấu vân tay): Dấu vân tay sẽ được đưa thu thập
từ một sensor để đối chiếu với database chứa các vân tay để truy ra các đặc
điểm muốn truy xuất. Việc đối sánh ảnh vân tay cần nhận dạng chỉ cần được
tiến hành trên các vân tay (có trong cơ sở dũ liệu) thuộc loại đã được xác
định nhờ quá trình phân loại. Đây là giai đoạn quyết định xem hai ảnh vân
tay có hồn tồn giống nhau hay không và đưa ra kết quả nhận dạng, tức là
ảnh vân tay cần nhận dạng tương ứng với vân tay của cá thể nào đã được lưu
trữ trong cơ sở dữ liệu.

13

Có 2 phương pháp nhận dạng vân tay thường được sử dụng là:
– Phương pháp 1: Dựa vào các đặc tính cụ thể của dấu vân tay, như điểm cuối,

điểm rẽ nhánh của các vân trên tay.
– Phương pháp 2: So sánh tồn bộ đặc tính của dấu vân tay.
1.2.3 Ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay hiện nay

Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ nhận dạng
vân tay đã được phát triển và ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực của đời sống.
Những thiết bị điện tử có khả năng sử dụng dữ liệu sinh trắc học trong thời gian
thực để bảo vệ thơng tin bí mật của con người. Con người sẽ không phải tạo, lưu
giữ hay ghi nhớ mật khẩu dành cho thư điện tử, thẻ ngân hàng.

Dấu vân tay không những được sử dụng trong lĩnh vực hình sự mà cịn được
sử dụng trong việc xác nhận nhân thân của cá nhân khi truy cập mạng hoặc mở
khoá. Một số ngân hàng đã bắt đầu thanh toán thẻ ATM sử dụng máy đọc vân tay.
Trong y học, dựa trên những bức tranh vân tay đặc trưng, người ta phát hiện ra
những bệnh do sai lệch gen. Chính phủ một số nước đã thực hiện việc thắt chặt an

ninh và quản lý hộ chiếu bằng cách thử nghiệm công nghệ nhận dạng vân tay. Tại
Mỹ, thẻ tín dụng sắp tới kỳ trở thành đồ cổ, trong các chuỗi siêu thị Thrifway,
khách hàng trả tiền mua hàng bằng cách nhận dạng vân tay.

Hình 1. 5: Thanh toán mua hàng bằng dấu vân tay

Hiện nay đã có trên 100 quốc gia sử dụng hộ chiếu điện tử bằng công nghệ
nhận dạng vân tay. Sử dụng vân tay được đánh giá là một giải pháp bảo mật hữu
hiệu và xác nhận nhân thân chính xác.

14

Tại Việt Nam, công nghệ nhận dạng vân tay đã đang đi vào đời sống với các
ứng dụng như: chấm công, điểm danh nhân viên, thanh toán online trên
smartphone,..Các thiết bị bảo vệ sử dụng vân tay như khóa cửa, két sắt,..

Hình 1. 6: Máy chấm cơng

Hình 1. 7: Khóa cửa bảo mật vân tay

Ưu và nhược điểm của công nghệ cảm biến vân tay:
 Ưu điểm:
– Mở khoá thiết bị hoặc ứng dụng chỉ với một cú chạm.
– Tính xác thực cao vì vân tay mỗi người là duy nhất.
– Yên tâm bởi hệ thống sẽ cho nhận dạng nhiều ngón tay khác nhau.
 Nhược điểm:
– Cảm biến vân tay chỉ là một hệ thống xác thực, nếu ứng dụng vào
điện thoại thì nguy cơ về thất thốt vệ dữ liệu trên điện thoại người sử
dụng là rất cao, khi bạn ngủ hoặc mất ý thức thì chính ngón tay sẽ mở
khố tất cả

1.3 Cơng nghệ IoTs
Thiết bị (device):
15

Đối với Internet Of Things, đây là một phần của cả hệ thống với chức
năng bắt buộc là truyền thông và chức năng không bắt buộc là: cảm biến, thực
thi,thu thập dữ liệu, lưu trữ và xử lý dữ liệu.

Internet Of Things:
Là một cơ sở hạ tầng mang tính tồn cầu cho xã hội thơng tin, mang đến
những dịch vụ tiên tiến bằng cách kết nối các “Things” (cả physical lẫn virtual) dựa
trên sự tồn tại của thông tin, dựa trên khả năng tương tác của các thơng tin đó, và
dựa trên các cơng nghệ truyền thông.
Things:
Đối với Internet Of Things, “Thing” là một đối tượng của thế giới vật chất
(physical things) hay thế giới thông tin ảo(virtual things). “Things” có khả năng
được nhận diện, và “Things” có thể được tích hợp vào trong mạng lưới thơng tin
liên lạc.
1.3.1 Khái niệm IoTs.
IoT có thể được coi là một tầm nhìn sâu rộng của công nghệ và cuộc sống.
Từ quan điểm của tiêu chuẩn kỹ thuật, IoT có thể được xem như là một cơ sở hạ
tầng mang tính tồn cầu cho xã hội thông tin, tạo điều kiện cho các dịch vụ tiên tiến
thông qua sự liên kết các “Things”. IoT dự kiến sẽ tích hợp rất nhiều cơng nghệ
mới, chẳng hạn như các công nghệ thông tin machine-to-machine, mạng tự trị, khai
thác dữ liệu và ra quyết định, bảo vệ sự an ninh và sự riêng tư, điện toán đám mây.
Như hình dưới, một hệ thống thơng tin trước đây đã mang đến 2 chiều – “Any
TIME” và “Any PLACE” communication. Giờ IoT đã tạo thêm một chiều mới
trong hệ thống thơng tin đó là “Any THING” Communication (Kết nối mọi vật).

Trong hệ thống IoT, “Things” là đối tượng của thế giới vật chất (Physical)
hoặc các thơng tin (Virtual). “Things” có khả năng nhận diện và có thể tích hợp
vào mạng thơng tin. “Things” có liên quan đến thơng tin, có thể là tĩnh hay
động. “Physical Things” tồn tại trong thế giới vật lý và có khả năng được cảm
nhận, được kích thích và kết nối. Ví dụ về “Physical Things” bao gồm các mơi
trường xung quanh, robot cơng nghiệp, hàng hóa, hay thiết bị điện. “Virtual
Things” tồn tại trong thế giới thông tin và có khả năng được lưu trữ, xử lý, hay
truy cập. Ví dụ về “Virtual Things” bao gồm các nội dung đa phương tiện và các
phần mềm ứng dụng.

16

Hình 1. 8: Kết nối mọi vật

1.3.2 IoTs từ góc nhìn kỹ thuật.
Như đề cập ở 1.1, “Things” trong IoTs có thể là đối tượng vật lý (Physical)

hoặc là đối tượng thơng tin (hay cịn gọi là đối tượng ảo – Virtual). Hai loại đối
tượng này có thể ánh xạ (mapping) qua lại lẫn nhau. Một đối tượng vật lý có thể
được trình bày hay đại diện bởi một đối tượng thông tin, tuy nhiên một đối
tượng thông tin có thể tồn tại mà khơng nhất thiết phải được ánh xạ từ một đối
tượng vật lý nào.

Hình 1. 9: Hệ thống IoT từ góc nhìn kỹ thuật

Trong hình 1.9, một “device” là một phần của hệ thống IoT. Chức năng bắt
buộc của một device là giao tiếp, và chức năng không bắt buộc là cảm biến, thực
thi, thu thập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu và xử lý dữ liệu. Các thiết bị thu thập các

17

loại thông tin khác nhau và cung cấp các thông tin đó cho các network khác nơi mà
thơng tin được tiếp tục xử lý. Một số thiết bị cũng thực hiện các hoạt động dựa
trên thông tin nhận được từ network.

Truyền thông thiết bị - thiết bị: Có 3 cách các devices sẽ giao tiếp lẫn nhau.
(a) Các devices giao tiếp thông qua các mạng lưới thông tin liên lạc gọi là gateway,
hoặc (b) các devices giao tiếp qua mạng lưới thông tin liên lạc mà khơng có một
gateway, hoặc (c) các device liên lạc trực tiếp với nhau qua mạng nội bộ.

Trong hình 1.9, mặc dù ta thấy chỉ có sự tương tác diễn ra ở Physical
Things (các thiết bị giao tiếp với nhau). Thực ra vẫn còn hai sự tương tác khác
đồng thời diễn ra. Đó là tương tác Virtual Things (trao đổi thông tin giữa các
virtual things), và tương tác giữa Physical Things và Virtual Things.

Các ứng dụng IoT rất đa dạng, ví dụ, “hệ thống giao thông thông minh”,
“Lưới điện thông minh”, “sức khỏe điện tử”, hoặc “nhà thông minh”. Các ứng
dụng có thể được dựa trên một nền tảng riêng biệt,cũng có thể được xây dựng
dựa trên dịch vụ chung, chẳng hạn như chứng thực, quản lý thiết bị, tính phí,
thanh toán…

Các “Communication networks” chuyển dữ liệu được thu thập từ devices
đến các ứng dụng và device khác, và ngược lại, các network này cũng chuyển các
mệnh lệnh thực thi từ ứng dụng đến các device. Vai trò của communication
network là truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả và tin cậy.

Yêu cầu tối thiểu của các “device” trong IOT là khả năng giao tiếp [2].
Thiết bị sẽ được phân loại vào các dạng như thiết bị mang thông tin, thiết bị thu
thập dữ liệu, thiết bị cảm ứng (sensor), thiết bị thực thi:

– Thiết bị mang dữ liệu (Data carrierring device): Một thiết bị mang thông
tin được gắn vào một Physical Thing để gián tiếp kết nối các Physical Things
với các mạng lưới thông tin liên lạc.

– Thiết bị thu thập dữ liệu (Data capturing device): Một device thu thập
dữ liệu có thể được đọc và ghi, đồ ng thời có khả năng tương tác với Physical
Things. Sự tương tác có thể xảy ra một cách gián tiếp thơng qua device mang dữ
liệu, hoặc trực tiếp thông dữ liệu gắn liền với Physical Things. Trong trường hợp
đầu tiên, các device thu thập dữ liệu sẽ đọc thông tin từ một device mang tin và có
ghi thơng tin từ các network và các device mang dữ liệu.

– Thiết bị cảm ứng và thiết bị thực thi (sensing device and actuation
device): Một device cảm nhận và device thực thi có thể phát hiện hoặc đo lường
thông tin liên quan đến môi trường xung quanh và chuyển đổi nó sang tín hiệu
dạng số. Nó cũng có thể chuyển đổi các tín hiệu kỹ thuật số từ các mạng thành
các hành động(như tắt mở đèn, hù còi báo động …). Nói chung, thiết bị và thiết bị

18

thực thi kết hợp tạo thành một mạng cục bộ giao tiếp với nhau sử dụng công nghệ
truyền thông

– khơng dây hoặc có dây và các gateway.
– General device: Một general device đã được tích hợp các network thông
qua mạng dây hoặc không dây. General device bao gồm các thiết bị và đ dùng cho
các domain khác nhau của IOT, chẳng hạn như máy móc, thiết bị điện trong nhà, và
smart phone.

Hình 1. 10: Các loại thiết bị khác nhau và mối quan hệ [2]

1.3.3 Đặc điểm cơ bản và yêu cầu ở mức cao của một hệ thống IoT.
1.3.3.1 Đặc tính cơ bản.

Đặc tính cơ bản của IoT bao gồm [1], [2]:
– Tính kết nối liên thơng (interconnectivity): với IoT, bất cứ điều gì cũng
có thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc
tổng thể.
– Những dịch vụ liên quan đến “Things”: hệ thống IoT có khả năng cung
cấp các dịch vụ liên quan đến “Things”, chẳng hạn như bảo vệ sự riêng tư và
nhất quán giữa Physical Thing và Virtual Thing. Để cung cấp được dịch vụ này, cả
công nghệ phần cứng và công nghệ thông tin(phần mềm) sẽ phải thay đổi.
– Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó
có phần cứng khác nhau, và network khác nhau. Các thiết bị giữa các network có
thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các network.
– Thay đổi linh hoạt: Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ, ngủ
và thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay đổi,và tốc độ đã thay
đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi.
– Quy mơ lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và

19

giao tiếp với nhau. Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối
Internet hiện nay. Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn
nhiều so với được truyền bởi con người.
1.3.3.2 Yêu cầu ở mức cao đối với một hệ thống IoTs.

Một hệ thống IoT phải thoả mãn các yêu cầu sau:
– Kết nối dựa trên sự nhận diện: Nghĩa là các “Things” phải có ID riêng
biệt. Hệ thống IOT cần hỗ trợ các kết nối giữa các “Things”, và kết nối được
thiết lập dựa trên định danh (ID) của Things.

– Khả năng cộng tác: hệ thống IoT khả năng tương tác qua lại giữa các
mạng và Things.

– Khả năng tự quản của mạng: Bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự
recovery, tự tối ưu hóa và tự có cơ chế bảo vệ. Điều này cần thiết để mạng có
thể thích ứng với các lĩnh vực ứng dụng khác nhau, môi trường truyền thông
khác nhau, và nhiều loại thiết bị khác nhau.

– Dịch vụ thoả thuận: dịch vụ này để có thể được cung cấp bằng cách thu
thập, giao tiếp và xử lý tự động các dữ liệu giữa các “Things” dựa trên các quy
tắc (rules) được thiết lập bởi người vận hành hoặc tùy chỉnh bởi các người dùng.

– Các khả năng dựa vào vị trí (location-based capabilities): Thơng tin liên
lạc và các dịch vụ liên quan đến một cái gì đó sẽ phụ thuộc vào thơng tin vị trí
của Things và người sử dụng. Hệ thống IoT có thể biết và theo dõi vị trí một
cách tự động. Các dịch vụ dựa trên vị trí có thể bị hạn chế bởi luật pháp hay quy
định, và phải tuân thủ các yêu cầu an ninh.

– Bảo mật: Trong IoT, nhiều “Things” được kết nối với nhau. Chình điều
này làm tăng mối nguy trong bảo mật, chẳng hạn như bí mật thông tin bị tiết lộ,
xác thực sai, hay dữ liệu bị thay đổi hay làm giả.

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

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

tiện dụng.

– Khả năng quản lý: hệ thống IoT cần phải hỗ trợ tính năng quản lý các
“Things” để đảm bảo mạng hoạt động bình thường. Ứng dụng IoT thường làm
việc tự động mà không cần sự tham gia của con người, nhưng tồn bộ q trình
hoạt động của họ nên được quản lý bởi các bên liên quan. [3]

20