NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MẠNG UBIQUITOUS VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

Nguyễn Kim Dung

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MẠNG UBIQUITOUS
VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

Chuyênngành: Kỹ thuật điện tử
Mãsố: 60.52.70

Người hướng dẫn khoahọc: TS. LÊ NHẬT THĂNG

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2012


2

LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống mạng Ubiquitous (mạng mọi lúc mọi nơi) đã bắt đầu và đang được các nhà khoa
học thế giới nghiên cứu và phát triển. Đây là hệ thống mạng sử dụng những công nghệ tiên
tiến nhất để cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ một cách thuận lợi nhất. Đúng như
theo ý nghĩa của từ Ubiquitous mọi lúc mọi nơi hệ thống mạng này sử dụng hệ thống mạng
tiên tiến như mạng cảm biến, các thiết bị thông minh và công nghệ tối tân nhất để đáp ứng
nhu cầu của con người một cách tự động, cho dù người đó đang ở đâu và vào lúc nào. Ý
tưởng của mạng này đang rất được các nhà khoa học trên thế giới chú trọng và nghiên cứu
để áp dụng rộng rãi.

Tuy nhiên hệ thống mạng Ubiquitous đang được nghiên cứu tại Việt Nam và ứng dụng
hạn chế. Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài nghiên cứu hệ thống mạng Ubiquitous và khả
năng ứng dụng tại Việt Nam để cung cấp một cái nhìn tổng quan về mạng Ubiquitous, về
tình hình phát triển của mạng Ubiquitous hiện nay trên thế giới và khả năng ứng dụng tại
Việt Nam.
Hệ thống mạng Ubiquitous là một hệ thống mạng tiên tiến, hỗ trợ tích cực cho việc phát
triển các dịch vụ truyền thông. Với xu hướng đang phát triển của Việt Nam, việc nghiên cứu
hệ thống mạng này và hướng ứng dụng tại Việt Nam là một nhu cầu cần thiết.
Nội dung của luận văn gồm có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống mạng Ubiquitous.
Trong chương 1 tác giả đã giới thiệu và phân tích cấu hình của hệ thống mạng
Ubiquitous và ứng dụng của mạng này tại Hoa Kỳ và tại Nhật Bản.
Chương 2: Các công nghệ tiên tiến sử dụng trong Ubiquitous
Tác giả đã phân tích các công nghệ tiên tiến được sử dụng trong mạng Ubiquitous
hiện nay. Những công nghệ và các thiết bị thông minh này ngày càng được đưa ra nhiều hơn
với nhiều tính năng mới hơn để áp dụng cho những dự án tầm vóc lớn đến nhỏ. Hỗ trợ cho
những công nghệ này là các thiết bị thông minh như thiết bị nhận dạng tần số sóng vô tuyến
RFID và thiết bị cảm biến sensors. Tác giả đã đi sâu vào phân tích thiết bị nhận dạng RFID
và cơ sở dữ liệu thông minh.
Chương 3: Ứng dụng và triển khai mạng Ubiquitous tại Việt Nam.


3

Tác giả đã phân tích và đánh giá tình hình phát triển của mạng Ubiquitous trên thế
giới và sự cần thiết cũng như khuyến nghị về lộ trình phát triển mạng Ubiquitous tại Việt
Nam.
Tác giả còn thực thi một ứng dụng của mạng Ubiquitous cho việc ngăn ngừa tai nạn
cho trẻ em. Ứng dụng này cho thấy rằng việc áp dụng mạng Ubiquitous vào Việt Nam từ
phạm vi nhỏ đến lớn đều rất quan trọng và làm cho cuộc sống của xã hội chúng ta phát triển

tiện nghi hơn, hữu ích hơn và tự động hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, TS. Lê Nhật Thăng, các thầy cô trong
Khoa Viễn Thông 1, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông và các bạn đồng nghiệp
trong Trung tâm Điện toán và Truyền số liệu VDC1 đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi rất
nhiều trong suốt quá trình làm luận văn.
Do thời gian nghiên cứu có hạn nên luận văn không tránh khỏi sơ suất về nội dung và
hình thức. Kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn bè đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2012

Người thực hiện

Nguyễn Kim Dung


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG UBIQUITOUS
Trong chương 1 tác giả giới thiệu và phân tích cấu hình của hệ thống mạng
Ubiquitous và ứng dụng của mạng này tại Hoa Kỳ và tại Nhật Bản.
Tại Hoa Kỳ, các ứng dụng của Ubiquitous đang được các nhà nghiên cứu quan tâm
và triển khai trong phạm vi từ nhỏ đến lớn. Công nghệ tối ưu nhất được áp dụng đặc biệt
trong lĩnh vực giao thông và sức khỏe.
Nhật Bản từ lâu đã được công nhận là nhà cách tân hàng đầu trong lĩnh vực ICT, và
hiện nay cũng là nước đi đầu trong việc phát triển tính toán và mạng khắp nơi (ubiquitous).
Với một tầm nhìn tổng thể, Nhật Bản đã đề xuất và triển khai thành công các chiến lược
quốc gia thích hợp với từng giai đoạn, có tính kế thừa cao như e-Japan, u-Japan, xây dựng

được một cơ sở hạ tầng hiện đại cùng với rất nhiều dịch vụ tiên tiến. Chính sách cạnh tranh,
tăng tốc cải tiến dịch vụ mang lại nhiều kết quả. Nhật Bản đặc biệt chú trọng đầu tư vào các
lính vực thế mạnh của mình là điện tử gia dụng và điện thoại di động, mở rộng nghiên cứu
và phát triển trong lĩnh vực nhận dạng vô tuyến và mạng cảm biến nhằm hình thành một xã
hội kết nối mọi lúc, mọi nơi. Đi cùng với quá trình phát triển của dịch vụ và công nghệ là sự
thành công trong nghiên cứu, xây dựng và ban hành các chính sách, quy định của nhà nước,
tổ chức các đơn vị quản lý nhà nước trong lĩnh vực ICT. Nhật Bản có thể được xem như là
hình mẫu cho các quốc gia khác trong việc hướng tới xã hội Ubiquitous.

1.1 Giới thiệu hệ thống mạng Ubiquitous
Mạng Ubiquitous là mạng tính toán khắp nơi tại bất cứ thời điểm nào. Hệ thống mạng
này sử dụng rất nhiều thiết bị và hệ thống tiên tiến phục vụ chúng ta một cách tự động.
Trước đây con người nghiên cứu và đưa ra những công nghệ phục vụ con người nhưng con
người phải điều khiển và vận hành chúng. Cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ,
cuộc sống của con người dần phụ thuộc vào máy móc. Sự ra đời của hệ thống mạng
Ubiquitous giúp con người bớt phụ thuộc vào máy móc và công nghệ. Bằng cách sử dụng
các thiết bị và công nghệ tiên tiến nhất, mạng Ubiquitous hướng tới máy móc tự động phục
vụ con người. Mạng Ubiquitous lý tưởng là khiến cho máy móc và công nghệ trở nên tự


5

nhiên khiến chúng ta sử dụng chúng mà thậm chí không phải suy nghĩ [1]. Mark Weiser là
người đầu tiên đưa ra ý tưởng về hệ thống mạng Ubiquitous vào năm 1990 [2].
Nếu máy tính có ở khắp mọi nơi và thực sự hữu dụng trong mạng Ubiquitous, chúng
phải đủ nhỏ và có khả năng liên lạc với nhau. Sự phát triển của công nghệ hỗ trợ những mục
đích này là công nghệ nano và công nghệ mạng vô tuyến.
Một xu hướng tối giản các thành phần máy tính xuống tỷ lệ phân tử được biết đến là
công nghệ nano. Công nghệ nano là công nghệ trung tâm của chip điện tử. Trong hệ thống
Ubiquitous, mạng vô tuyến được sử dụng để kết nối các thành phần máy tính. Mạng vô

tuyến được sử dụng để phát triển các ứng dụng với giao diện trong suốt.

1.2 Các ứng dụng của mạng Ubiquitous
1.2.1 Ứng dụng mạng Ubiquitous tại Hoa Kỳ
Mỹ là một trong những đất nước đi đầu trong ứng dụng và phát triển công nghệ truyền
thông. Đây là một trong những quốc gia có tỷ lệ số người dùng Internet di động cao nhất, đi
đầu trong việc triển khai các ứng dụng mạng tiên tiến nhất. Với những lợi thế này, Mỹ đã
triển khai nhiều giải pháp để có thể phát triển mạng tính toán khắp nơi Ubiquitous.

1.2.1.1

Cấu trúc mạng Ubiquitous tại Hoa Kỳ

Hình 1.3: Kiến trúc hệ thống mạng Ubiquitous
Hệ thống mạng Ubiquitous bao gồm các thiết bị máy tính nhỏ, các thiết bị cảm biến
được đặt trong rất nhiều đối tượng và nơi khác nhau. Các thiết bị này liên lạc với nhau qua


6

mạng vô tuyến và xử lý thông tin một cách tự động để cung cấp những dịch vụ hữu dụng
cho người sử dụng như là điều khiển hiệu năng môi trường và cung cấp thông tin tự động.
Như kiến trúc hệ thống mạng Ubiquitous chỉ ra trong hình 1.3, với ba lớp mạng: mạng cảm
biến hay các thẻ nhận diện, mạng truy nhập và mạng lõi.
Hệ thống mạng Ubiquitous có thể cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau. Ví dụ như hệ
thống điều khiển điều hòa để tạo ra môi trường thoải mái cho từng cá nhân. Hệ thống
Ubiquitous tự động kiểm tra sự liên quan của các thuốc để đưa ra lời khuyên cho các bé một
cách hiệu quả nhất. Hệ thống hiểu nơi nào và khi nào một vật phẩm được sản xuất. Hệ thống
hiểu được bạn đang ở đâu. Thậm chí hệ thống có thể hỗ trợ tiếng nước ngoài cho các du
khách nước ngoài. Hệ thống có thể hiểu chính xác vị trí của đối tượng để cung cấp cho

người sử dụng một cách chính xác và tiện lợi. Hệ thống còn đi vào phục vụ cho những
người khiếm thị hay khiếm thính để phục vụ họ tốt hơn cũng là để giảm bớt gánh nặng cho
cộng đồng.

1.2.1.2 Các ứng dụng của mạng Ubiquitous tại Mỹ
Mạng Ubiquitous quản lý cuộc gọi trong khách sạn
Hình 1.5 chỉ ra ví dụ về mạng Ubiquitous dựa vào giao thức SIP trong môi trường
khách sạn. Trong cấu hình này, mạng của khách sạn là chứa thông tin của khách hàng. SLP
server cung cấp thông tin về các dịch vụ có giá trị như là địa chỉ SIP của các thiết bị audio
hay video trong phòng của khách hay các thiết bị của khách. SIP server trong phòng khách
có thể liên lạc với server AAA chính để chứng thực khách và thực thi chứng thực để sử
dụng các dịch vụ trong môi trường. Ví dụ, SIP server có thể cho phép khách sử dụng các
thiết bị trong phòng của cô hay anh ấy nhưng không phải những thiết bị vốn có trong phòng
hội thảo của khách sạn.


7

Hình 1.5: Hệ thống Ubiquitous dựa vào SIP trong khách sạn.

1.2.2 Ứng dụng mạng Ubiquitous tại Nhật Bản
Nhật Bản cũng là một trong những đất nước đi đầu trong ứng dụng và phát triển công
nghệ truyền thông. Nhật cũng là một trong những nước đi đầu trong việc triển khai các ứng
dụng 4G, và cũng là quốc gia đầu tiên khai thác các dịch vụ thương mại dựa trên chuẩn WCDMA cùng với cơ sở hạ tầng dịch vụ truy nhập băng rộng phát triển và có giá thành rẻ.
Cùng với sự phát triển của các thiết bị di động, mạng cảm biến và các hệ thống RFID, Nhật
Bản đã có các chương trình phát triển và ứng dụng được triển khai trong thực tế.

1.2.2.1 U-Japan (Ubiquitous net Japan)
Mạng Ubiquitous của Nhật là nơi các giao tiếp quang, di động và điện tử được kết
nối đến một mạng. Với yêu cầu này thì bắt buộc phải liên quan đến mạng quốc tế. Để thực

tế hóa được mục tiêu này, tập trung vào ba lĩnh vực công nghệ: công nghệ mạng vi xử lý,
công nghệ nhận thực mạng Ubiquitous và công nghệ quản lý và điều khiển mạng
Ubiquitous. Khái niệm U-Japan được hình thành dựa trên 4 nguyên tắc cơ bản: Ubiquitous,
Universal, Unique, User – Oriented.


8

Hình 1.11 Mô hình phân lớp của mạng Ubiquitous

Chúng ta có thể thấy mô hình phân lớp chi tiết của mạng Ubiquitous qua hình 1.11 sau
với lớp mạng, lớp đầu cuối, lớp nền và lớp giải pháp.
Lộ trình của dự án triển khai mạng Ubiquitous tại Nhật từ năm 2002 đến 2010 cho thấy
Nhật Bản thực sự là một trong những nước đi đầu trong sự phát triển mạng Ubiquitous cùng
với Mỹ. Việt Nam sẽ phải học tập nhiều để có được lộ trình phát triển nhanh và hiệu quả
như vậy.

1.2.2.2 Hệ thống mạng Ubiquitous Ucode tại Tokyo
Hình 1.14 chỉ ra mô hình ứng dụng của mạng Ubiquitous tại Nhật Bản. Dự án
Ubiquitous Ucode này là dự án hỗ trợ việc du lịch một cách tự động và đã được triển khai
và kiểm nghiệm tại Tokyo. Dự án còn xây dựng rất nhiều dịch vụ Ubiquitous để phục vụ
trong cả công nghiệp cũng như cá nhân những người khiếm thị hay khiếm thính, là công cụ
hỗ trợ tự động rất tốt cho người nước ngoài đến đây du lịch.


9

Đối với bất kỳ đối tượng nào như sản phẩm product, chúng ta cần phải tích hợp thiết bị
nhận dạng ví dụ như RFID trong sản phẩm đó, để thiết bị nhận dạng này có thể gửi thông tin
của đối tượng như vị trí, đặc tính hay bất kỳ đặc điểm nào khác đến thiết bị giao tiếp

Ubiquitous. Thiết bị giao tiếp Ubiquitous này sẽ liên lạc và trao đổi với các server chứa
thông tin hay ucode để nhận định môi trường, thông tin dịch vụ hay thông tin hữu ích khác
để cung cấp dịch vụ Ubiquitous một cách tự động và hiệu quả.

Hình 1.14: Mô hình ứng dụng của mạng Ubiquitous tại Nhật Bản.

CHƯƠNG 2. CÁC CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN SỬ DỤNG TRONG
UBIQUITOUS
Tác giả phân tích các công nghệ tiên tiến được sử dụng trong mạng Ubiquitous hiện
nay. Những công nghệ và các thiết bị thông minh này ngày càng được đưa ra nhiều hơn với
nhiều tính năng mới hơn để áp dụng cho những dự án tầm vóc lớn đến nhỏ. Trong chương 2
này, tác giả đã phân tính công nghệ tiên tiến được sử dụng phổ biến nhất hiện nay trong
mạng ubiquitous. Hỗ trợ cho những công nghệ này là các thiết bị thông minh như RFID và
thiết bị cảm biến sensors. Tác giả đã đi sâu vào phân tích thiết bị nhận dạng RFID và cơ sở
dữ liệu thông minh. Dựa vào những công nghệ tiên tiến, cơ sở dữ liệu thông minh, các thiết
bị cảm biến sensors và các thiết bị thông minh, các ứng dụng của mạng Ubiquitous sẽ được
triển khai và mang lại nhiều tiện ích cho con người.


10

2.1 Mạng cảm biến

Hình 0.1. Một ví dụ về cấu hình mạng cảm biến
Một mạng cảm biến sẽ bao gồm một số thiết bị cảm biến không dây, các thiết bị cảm
biến không dây này bao gồm các bộ cảm biến, một nguồn cấp, thành phần giao tiếp không
dây và một server để tập hợp các dữ liệu từ bộ cảm biến. Mỗi thiết bị cảm biến không dây
đóng vai trò của một node trong mạng, vì vậy nó kèm theo chức năng định tuyến và chức
năng multi-hop để chuyển tiếp dữ liệu. Topo của mạng có thể là dạng hình sao, dạng cây
cluster hay dạng mesh (hình 2.1).

Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ các nhà khoa học bắt đầu tạo ra
những thiết bị cảm biến với kích thước siêu nhỏ và đa tính năng để đáp ứng được việc nhận
diện môi trường xung quanh nhiều hơn. Các thiết bị cảm biến này được đặt trong các đối
tượng hoặc vị trí để nhận biết sự thay đổi của đối tượng hay môi trường. Thông tin cảm biến
có thể là nhiệt độ, vị trí, tốc độ, sự di chuyển hay là khoảng cách.Mạng cảm biến trong hệ
thống ubiquitous (Ubiquitous Sensor Network - USN) sử dụng các thiết bị cảm biến để phát
hiện và nhận biết sự thay đổi trạng thái của đối tượng và môi trường xung quanh.

2.2Công nghệ RFID
Khái niệm
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng bằng sóng radio.
Công nghệ này cho phép các máy tính nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu nhận


11

sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý và lưu vết từng đối tượng riêng rẽ khi chúng được
di chuyển giữa các vị trí vật lý khác nhau.
Để quản lý một đối tượng, người ta gắn vào nó một thẻ có khả năng thu/phát tín hiệu
radio, đồng thời sử dụng một anten để tiếp nhận tín hiệu này. Nội dung của tín hiệu thu
được sẽ được anten chuyển về hệ thống thông tin quản lý đối tượng, thông thường là một hệ
thống máy tính phân tán. Dựa vào thông tin đó, hệ thống có thể biết được đối tượng đang ở
đâu, trạng thái ra sao, đồng thời có thể cập nhật các thông tin cần thiết lên thẻ.
Công nghệ RFID sử dụng giao tiếp không dây để truyền dữ liệu từ thẻ RFID (RFID
tag) đến bộ đọc. Thẻ RFID được gắn vào đồ vật cần được nhận dạng. Bộ đọc sẽ đọc dữ liệu
lưu trên thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu như chỉ ra trong hình 2.6.

Hình 2.6. Các thành phần chính của một hệ thống RFID
Sử dụng công nghệ RFID trong hệ thống mạng Ubiquitous.
Hệ thống Ubiquitous có thể thực thi công nghệ RFID để tích hợp vào trong các thiết bị

tính toán, nhận dạng và liên kết trong những đối tượng khác nhau. Các ứng dụng của
Ubiquitous có thể sử dụng RFID để tự động nhận dạng con người hay đối tượng, cũng như
vị trí, nội dung thông tin hay các dịch vụ dữ liệu. Sẽ càng dễ dàng hơn cho việc cung cấp
các ứng dụng một cách tự động trong mạng Ubiquitous bằng cách tích hợp công nghệ
RFID trong thế giới thực một cách hợp lý với các giải thuật tối ưu. Hệ thống RFID có
những yêu cầu về phần mềm và phần cứng mà mỗi ứng dụng khác nhau của Ubiquitous có
những yêu cầu cấu hình hệ thống RFID khác nhau và cần sử dụng bộ quản lý sự kiện RFID.


12

Hình 2.9: Bộ quản lý sự kiện của RFID.
Để có thể xử lý các sự kiện khác nhau thu được từ hệ thống RFID, bộ quản lý các sự
kiện này là cần thiết để xử lý những thông tin lấy được từ hệ thống RFID và xử lý, cung cấp
các dịch vụ Ubiquitous một cách hiệu quả như hình 2.9 chỉ ra.

2.3Công nghệ định vị
Công nghệ định vị được dùng để xác định vị trí của dữ liệu gốc hoặc lần theo dấu vết
của vật chuyển động. Công nghệ này là công nghệ cần thiết cho rất nhiều ứng dụng. Hơn
nữa đó cũng là công nghệ rất quan trọng trong lớp mạng vì công nghệ này có thể dùng để
điều khiển năng lượng truyền dẫn bằng cách giảm nhiễu vô tuyến dựa trên vị trí của node
không dây. Công nghệ này cũng có thể gán địa chỉ hiệu quả và thích hợp với topo phân cấp
cũng như áp dụng điều khiển định tuyến. Mặc dù có một số công nghệ như hệ thống GPS
hay các hệ thống sử dụng phương tiện khác như bức xạ hồng ngoại và sóng siêu âm cũng có
khả năng phát hiện vị trí nhưng ở đây chỉ sử dụng sóng vô tuyến để hạ giá thành, tối thiểu
hóa kích thước và tiết kiệm năng lượng của node không dây. Với phương pháp sử dụng
sóng vô tuyến có thể tính toán khoảng cách bằng cách đo thời gian truyền dẫn của sóng vô
tuyến hoặc cách khác để ước lượng khoảng cách là dựa trên cường độ trường của tín hiệu
nhận được. Phương pháp thứ nhất có vấn đề về tính chính xác trong đồng bộ thời gian tại
mỗi node không dây còn cách thứ hai là vấn đề về sự thay đổi cường độ trường của tín hiệu

nhận được.
Các phương pháp định vị trong tính toán khắp nơi về cơ bản có thể được phân loại
thành: phương pháp phân tích cảnh, phương pháp tiệm cận một số phương pháp hình học
như giao giao đường tròn, giao góc, giao hyperbolic… Để đạt được độ chính xác cao hơn,
một số hệ thống định vị thường kết hợp sử dụng các phương pháp trên. Ngoài ra, hệ thống
Ubiquitous cũng có thế sử dụng các thông tin định vị từ hệ thống định vị toàn cầu GPS.


13

2.4Cơ sở dữ liệu thông minh
Với hệ thống cơ sở dữ liệu đủ lớn và xử lý dữ liệu thông minh để cung cấp dữ liệu và
tài nguyên cho các ứng dụng một cách hiệu quả nhất (như ví dụ chỉ ra trong hình 2.12). Cơ
sở dữ liệu thông minh sẽ bao gồm các thông tin nhận dạng môi trường và đối tượng để cung
cấp cho các ứng dụng trong mạng Ubiquitous. Một ví dụ của cơ sở dữ liệu thông minh là hệ
thống cơ sở dữ liệu để lưu vết và lưu trữ thông tin về các đối tượng được gắn thẻ RFID.
Thông tin lưu trữ trong cơ sở dữ liệu có thể là ID của đối tượng, các thông tin mô tả
về đối tượng, nhà sản xuất ra đối tượng, sự di chuyển và vị trí của đối tượng. Loại thông tin
lưu trữ trong cơ sở dữ liệu thay đổi theo từng ứng dụng cụ thể. Các cơ sở dữ liệu có thể kết
nối với nhau. Sự liên kết này cho phép chia sẻ dữ liệu một cách có hiệu quả.

Hình 2.12: Ví dụ cơ sở dữ liệu thông minh

Có thể ứng dụng cơ sở dữ liệu thông minh bằng cách sử dụng RFID để tập hợp thông
tin liên kết với dữ liệu cá nhân. Sự liên kết này có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp. Ví dụ một
siêu thị có thể sử dụng RFID để nhận xác khách hàng theo tên và bản ghi về thói quen trong
siêu thị, bao gồm các loại hàng họ hay đi xem và số lần chỉ xem hàng mà không mua. Ứng
dụng này sử dụng thẻ RFID để lưu trữ dữ liệu cá nhân.
2.5 Công nghệ bảo mật
Công nghệ bảo mật là một công nghệ quan trọng cần được áp dụng trong mạng

Ubiqtuious khi chúng ta muốn triển khai hệ thống trong mạng công cộng (Hình 2.13). Vì hệ
thống mạng Ubiquitous hướng tới phục vụ con người mọi lúc mọi nơi. Các thiết bị thông


14

minh hay hệ thống xử lý các thông tin này đều chứa đựng những thông tin của cá nhân hay
cơ quan rất quan trọng mà nó chỉ được phép truy cập bởi đúng đối tượng. Không ai có thể
sử dụng những thông tin cá nhân riêng tư này cho những mục đích xấu. Để thực thi các ứng
dụng Ubiquitous, các thiết bị trong mạng Ubiquitous cận phải nhận dạng người sử dụng, đối
tượng hay môi trường và cẩn phải được bảo đảm an toàn trong từng dịch vụ cho những đối
tượng khác nhau.

Hình 2.13: An ning trong mạng Ubiquitous
Hiện nay đã có nhiều giao thức bảo mật tiên tiên được đưa ra, chúng ta có thể áp
dụng những giao thức bảo mật này để tang cường an ninh của sự trao đổi các bản tin giữa
các thiết bị hay đối tượng trong mạng Ubiquitous. Tuy nhiên vì các thiết bị thông minh
được sử dụng trong mạng Ubiquitous như thiết bị siêu nhỏ cảm biến, smart phone hay RFID
có những cấu hình hạn chế và biện pháp bảo mật vẫn cần được các nhà khoa học trên thế
giới và trong nước tiến hành và nghiên cứu đưa ra những giao thức tối giản với độ bảo mật
cao.

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI MẠNG UBIQUITOUS
TẠI VIỆT NAM
3.1 Tiến trình phát triển hệ thống mạng và dịch vụ Ubiquitous trên thế giới
Hiện nay hệ thống mạng và dịch vụ Ubiquitous đã và đang được quan tâm triển khai
trên toàn thế giới và có sự phát triển mạnh ở các nước phát triển như Mỹ, Châu Âu và Nhật
Bản, Hàn Quốc.

15

Cơ sở hạ tầng mạng đang được các nhà cung cấp dịch vụ nâng cấp để cung cấp các
dịch vụ Ubiquitous. Các mạng viễn thông hiện nay đang ngày càng hội tụ để cung cấp đến
người sử dụng các dịch vụ khác nhau mà không cần quan tâm đến sự khác biệt của cơ sở hạ
tầng và phương tiện truyền thông. Chính sự hội tụ này có thể cung cấp bất kỳ dịch vụ nào từ
bất kỳ nơi nào tới bất kỳ đối tượng nào dễ dàng hơn. Mạng toàn cầu được hoàn thiện bằng
cách kết nối liên thông nhiều công nghệ truy nhập và truyền tải khác nhau, như kiến trúc IP,
mạng không dây và di động, mạng băng rộng, mạng cáp đồng và sợi quang, mạng truyền
hình và các kiến trúc mạng được xây dựng dựa vào yêu cầu người sử dụng (mạng gia đình).
Mạng thế hệ kế tiếp (NGN) sẽ bao gồm hàng triệu các thiết bị đầu cuối với khả năng luôn
luôn cho phép hội tụ ứng dụng và dịch vụ sử dụng phương tiện truyền thông mới.
Sự phát triển của công nghệ mạng mới, và thị trường di động, thiết bị thông minh,
mạng hội tụ băng rộng đã đẩy sự phát triển của mạng Ubiquitous trên thế giới nên một bước
mới. Các chính sách của chính phủ như Nhật Bản, Mỹ, Hàn Quốc đã có những định hướng
phát triển và cung cấp được những ứng dụng thiết thực cho xã hội hoặc chuẩn bị những
nghiên cứu về môi trường thông minh cho sự phát triển tương lai của con người.

3.2 Đánh giá khả năng và đề xuất triển khai hệ thống mạng và dịch vụ
Ubiquitous tại Việt Nam
3.2.1 Đánh giá khả năng triển khai hệ thống mạng Ubiquitous tại Việt Nam
Mạng điện thoại di động: phát triển lên 4G
Dịch vụ viễn thông: các dịch vụ gia tăng trực tuyến trong thương mại điện tử như thẻ tín
dụng, chứng minh thư số (dùng để truy nhập, thanh toán mọi khoản tiền: mua hàng, mua vé
máy bay, tàu hỏa, thanh toán trong siêu thị ....), chìa khóa bảo mật ...
Xu hướng phát triển mạng là “tích hợp thoại với dữ liệu” thông qua sự kết nối của mạng
điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN), mạng NGN và dữ liệu.
Mạng ngoại vi: Phát triển theo hướng ngầm hóa, cáp quang hóa.
Mạng chuyển mạch: Phát triển công nghệ NGN.
Mạng truyền dẫn: Phát triển theo hướng cáp quang hóa, áp dụng các công nghệ ghép

kênh WDM, DWDM.
Mạng Internet: Chuyển từ IPv4 sang IPv6.
Ở Việt Nam, một số dịch vụ của hệ thống mạng Ubiquitous đang được đưa ra xem xét
và thử nghiệm. Ví dụ, VDC tiến hành thử nghiệm dịch vụ iFindU như phần sau trình bày.


16

3.2.1.3 Dịch vụ iFindU của VDC
VDC đã tiến hành xem xét và thử nghiệm dịch vụ iFindU bằng cách cung cấp dịch vụ
định vị, một ứng dụng của hệ thống mạng Ubiquitous.
Dịch vụ này hướng tới cung cấp cho toàn bộ các đối tượng doanh nghiệp, quảng cáo
hay giải trí. Hệ thống này bao gồm ba hệ thống con, hệ thống cổng định vị, hệ thống mạng
lõi, và hệ thống hướng tới khách hàng. Hình 3.5 chỉ ra mô hình kỹ thuật chi tiết của dịch vụ
iFindU.

Hình 3.5: Mô hình kỹ thuật của iFindU
Các dịch vụ được đề xuất trong khi thử nghiệm dịch vụ iFindU tại VDC là dịch vụ tìm
bạn, tìm địa điểm, kiểm soát con cái, quản trị, giám sát bán hàng hay tìm ô tô bị mất cắp, …
Dịch vụ này này được thử nghiệm là chạy tốt nhưng vẫn còn một số lỗi như xác định vị
trí chưa đúng lắm vì nó dựa vào định dạng của tế bào nên chưa chính xác như GPS. Một số
vị trí chưa xác định được vì không có dữ liệu bản đồ do chỉ nhập được một số vùng trong 63
tỉnh thành. Hệ thống chỉ xác định được tọa độ chứ không có địa chỉ. Ngoài ra còn một số
vấn đề liên quan tới tính riêng tư cá nhân.
Do vậy, để triển khai hệ thống mạng và dịch vụ Ubiquitous tại Việt Nam vẫn còn phải
tiến hành nhiều bước. Sau đây tác giả sẽ đi chi tiết vào những đề xuất triển khai hệ thống
mạng Ubiquitous tại Việt Nam.


17

3.2.2 Đề xuất triển khai hệ thống mạng và dịch vụ Ubiquitous tại Việt Nam
So với Mỹ hay Nhật Bản, hệ thống mạng viễn thông của Việt Nam vẫn còn đang phát
triển và có một khoảng cách khá lớn. Mỹ và Nhật có chiến lược phát triển công nghệ thông
tin và cơ sở hạ tầng viễn thông từ rất sớm và có sự đầu tư lớn để có được những bước phát
triển mạnh mẽ như hiện nay. Cơ sở hạ tầng mạng truy nhập nhập đáp ứng tốc độ truy cập
băng rộng lên tới vài trục Mbps. Công nghệ di động đã tiến tới thế hệ 3G, 4G. Mạng vô
tuyến băng rộng hình thành và có sự hội tụ giữa cố định và di động. Đó là cơ sở tạo điều
kiện thuận lợi cho sự hình thành phát triển một xã hội Ubiquitous.

Hình 3.8: Cấu trúc mạng Ubiquitous
Để có thể triển khai mạng Ubiquitous ngoài việc phát triển các kỹ thuật tính toán thì cần
phải có một cơ sở hạ tầng vững trắc đáp ứng nhiều loại hình mà mạng Ubiquitous đưa ra.
Xét về mặt tổng thể chúng ta chưa thể xây dựng một mô hình mạng Ubiquitous rộng khắp
trên cả nước như Nhật Bản và Hàn Quốc đã làm. Hiện tại chúng ta phải tiến hành từng bước
để xây dựng cơ sở hạ tầng vững chắc, đáp ứng được yêu cầu của mạng Ubiquitous và tiến
hành nghiên cứu nhiều hơn nữa để đưa ra những ứng dụng mạng Ubiquitous từ phạm vi nhỏ
trong mỗi gia đình đến những phạm vi lớn như toàn nước.
Theo các mô hình phát triển Ubquitous của Nhật Bản và Hàn Quốc thì mô hình xây
dựng mạng Ubiquitous có kiến trúc phân lớp, có thể tổng hợp theo 4 lớp cơ bản như chỉ ra
trong hình 3.8: hạ tầng mạng; đầu cuối Ubiquitous; lớp nền; và lớp giải pháp. Tiến trình
phát triển theo hướng từ dưới lên trên với việc đầu tiên là thiết lập cơ sở hạ tầng mang và


18

cuối cùng là từng bước triển khai ứng dụng các giải pháp Ubiquitous trong các lĩnh vực đời
sống xã hội.
Có thể thấy rằng nếu chúng ta thực hiện theo cách mà Nhật Bản và Mỹ đã làm thì
phải mất hàng chục năm nữa mới có thể phát triển mạnh ứng dụng của Ubiquitous. Do vậy

giải pháp đưa ra là dần từng bước thực hiện đồng thời các hạng mục theo mô hình với quy
mô nhỏ, tiếp đến phát triển mở rộng ra toàn quốc và tiến tới xây dựng một xã hội
Ubiquitous.
a, Hạ tầng mạng:
Tập chung phát triển mạng truy nhập băng rộng dựa trên nền ADSL, phát triển mạnh
hơn nữa dịch vụ Internet băng rộng qua truyền hình cáp và cáp quang và khai thác vệ tinh
Vinasat 1 phục vụ truy cập Internet cho những vùng sâu vùng xa. Xúc tiến nâng cấp thông
tin di động hiện tại từ 3, 3.5 G lên hệ thống 4G. Phát triển hạ tầng mạng Wifi và Wimax
từng bước xây dựng các mạng vô tuyến nội hạt băng rộng tiến tới kết nối các mạng này với
nhau tạo tiến tới mạng vô tuyến băng rộng phát triển trong cả nước.
Về vấn đề hội tụ, ở Việt Nam có khá nhiều nhà khai thác dịch vụ Internet, di động và cố
định tuy nhiên đặc diểm chung là đa phần các các nhà khai thác đều có ít nhất là 2 mạng
hoạt động độc lập với nhau. Tiến trình hội tụ cần được đồng thời thực hiện trong chính các
mạng của những doanh nghiệp tham gia. Khi các doanh nghiệp xây dựng xong mạng hội tụ
của mình thì thực hiện kết hợp với nhau và với mạng quảng bá vệ tinh (Vinasat -1) mặt đất
(các mạng truyền hình số) để tiến tới hoàn thiện hạ tầng mạng hội tụ băng rộng.
b, Thiết bị đầu cuối
Chúng ta có dự án xây dựng nhà máy điện thoại di động. Nên có những phát triển theo
theo hướng thiết bị đầu cuối có khả năng tích hợp các tính năng Ubiquitous chứ không chỉ
được sử dụng như các máy đầu cuối di động nghe và gọi.
Có chính sách hợp lý trong phát triển các thẻ cũng như đầu đọc cảm biến và thiết bị nhận
dạng RFID.
Chung ta cũng cần phát triển hệ thống hạ tầng nền hiện tại để tích ứng với môi
trường mạng Ubiquitous trong tương lai.
c, Xây dựng các giải pháp triển khai mạng Ubiquitous:
Bên cạnh việc phát triển hệ thống chúng cũng cần nghiên cứu ứng dụng Ubiquitous
trong những lĩnh vực phù hợp với điều kiện về kinh tế, xã hội, chính trị của đất nước theo
quy mô nhỏ (trong khu vực hẹp như trường đại học, khu công nghệ cao …) sau đó phát triển

19

kết nối các thành viên lại với nhau từ đó dần phát triển trong toàn xã hội trên cơ sở hạ tầng
đã hoàn tất.
Các lĩnh vực cần được nghiên cứu triển khai Ubiquitous bao hàm:
-

Là thế mạnh của Việt Nam đang được nhà nước và cả xã hội quan tâm.

-

Cần thiết để đảm bảo an toàn đời sống dân sinh cơ bản trong xã hội.

-

Có giá trị thiết thực trong phát triển kinh tế đất nước.

Liên quan đến ứng dụng thiết thực mang lại hiệu quả kinh tế chúng ta có thể triển khai
Ubiquitous trong xây dựng ngôi nhà thông minh trong nông nghiệp, các cảm biến được sử
dụng thu thập thông tin về điều kiện môi trường và dĩnh dưỡng như: nhiệt độ, độ ẩm, ánh
sáng, nồng độ chất dinh dưỡng… để điều khiển các máy bơm, quạt gió…tạo điều kiện thuận
lợi cho cây trồng phát triển.
Một ứng dụng Ubiquitous với quy mô lớn hơn đó là triển khai hệ thống quản lý hàng
hóa, động vật …với công nghệ RFID (nhận dạng đối tượng qua sóng vô tuyến mà không
cần tầm nhìn thẳng) để nhận dạng mã sản phẩm điện tử EPC (Electric Product Code) trên hệ
thống hạ tầng sẵn có là Internet. Qua đó các mã sản phẩm (EPC) ghi trên thẻ RFID có thể
được chuyển đổi sang dạng địa chỉ Internet và trỏ đến các trang thông tin, cơ sở dữ liệu
cung cấp các thông tin về đối tượng được gắn thẻ. Dựa trên các thông tin này các nhà sản
suất đưa ra định hướng phát triển thị trường cho hợp lý.
Để các dịch vụ Ubiquitous có thể triển khai được thành công, việc áp dụng những biện

pháp an ninh và xử lý dữ liệu một cách thông minh, chính xác là vô cùng quan trọng. Hệ
thống có thể nhận biết được các đối tượng và xử lý, tự động cung cấp dịch vụ một cách
thông minh cho tất cả các đối tượng nhưng cũng đảm bảo được rằng không phải ai cũng có
quyền sử dụng những thông tin cá nhân này để người sử dụng có sự an tâm khi sử dụng dịch
vụ Ubiquitous.

3.3 Mô phỏng chương trình cảnh báo cho thiết bị cảm biến trong mạng
Ubiquitous.
Tác giả thực thi ứng dụng đơn giản của Ubiquitous là “Ngăn ngừa tai nạn cho trẻ em” để
đưa ra cảnh báo cho các bậc cha mẹ về việc nguy hiểm có thể xảy ra cho bé khi các bé cố
tình mở cửa mà không cho cha mẹ biết dựa vào thiết bị cảm biến trong mạng Ubiquitous.
Có thể sử dụng một số thiết bị cảm biến như Sunspot trong gia đình. Thiết bị cảm biến
Sunspot thứ 1 được gắn vào cửa phòng của bé và thiết bị Sunspot cảm biến thứ hai được sử


20

dụng cho bố mẹ. Sử dụng chức năng cảm nhận tốc độ di chuyển của thiết bị cảm biến
Sunspot đã gắn trên cửa để biết được cửa bị mở hay không. Nếu các bé mở cửa thì thiết bị
cảm biến giúp cho hệ thống phát hiện các bé đang mở cửa. Thông tin này sẽ được thông báo
cho các bậc bố mẹ bằng cách truyển thông tin đến thiết bị cảm biến Sunspot của bố mẹ và
them tín hiệu cảnh báo trong môi trường ảo ở server.
Hệ thống này sử dụng tính năng đo tốc độ và nhiệt độ của thiết bị cảm biến Sunspot
trên cửa để biết được của có sự chuyển động, tức là cậu bé hoặc cô bé đang cố gắng mở cửa
mà không được sự cho phép của bố mẹ. Nếu điều này xảy ra, thiết bị cảm biến sẽ gửi thông
tin đến cha mẹ và gửi cảnh báo trong môi trường ảo ở Server. Hệ thống sử dụng thiết bị
cảm biến của Sunspot để biết được nhiệt độ trong nhà có vấn đề.
Sơ đồ kiến trúc ứng dụng này được thấy trong hình sau:

Đo tốc độ

Đo Tốc độ,
Nhiệt độ

Đo Tốc độ,
Nhiệt độ

Server

Hình 3.2: Kiến trúc của ứng dụng Ubiquitous “Ngăn ngừa tai nạn cho trẻ em”
Tác giả thu được kết quả của các thiết bị cảm biến như sau:


21

Thu được kết quả nhận được ở phía bố mẹ và server như sau:

Hình 3.3: Kết quả của ứng dụng “Ngăn ngừa tai nạn cho trẻ em”
Chương trình đã mô phỏng một mô hình đơn giản của mạng Ubiquitous bằng cách sử
dụng thiết bị cảm biến Sunspot để nhận biết sự thay đổi của môi trường, sự thay đổi của
việc mở cửa hay nhiệt độ trong phòng để tự động gửi cảnh báo cho các bậc cha mẹ.
Ứng dụng này cho thấy hệ thống mạng Ubiquitous thực sự mang lại cho cuộc sống của
chúng ta thuận tiện hơn và hơn hết có thể cung cấp những dịch vụ thực sự cần thiết cho từng
gia đình.


22

KẾT LUẬN
Hệ thống mạng Ubiquitous là một hệ thống mạng tiên tiến, giúp nền khoa học công
nghệ trở nên phát triển hơn. Với hướng đang phát triển của Việt Nam, việc nghiên cứu hệ

thống mạng này và hướng ứng dụng tại Việt Nam là một nhu cầu cần thiết.
Luận văn ‘Nghiên cứu hệ thống mạng Ubiquitous và khả năng ứng dụng tại Việt Nam’
đã nghiên cứu và giải quyết được các vấn đề sau :
-

Phân tích cấu trúc và yêu cầu của hệ thống mạng Ubiquitous nói chung.

-

Phân tích và đánh giá các ứng dụng của mạng Ubiquitous tại Hoa Kỳ và Nhật Bản.
Tác giả mô tả những đặc điểm cơ bản của thị trường viễn thông hai nước này và phân
tích những chính sách và hướng phát triển của các ứng dụng tại hai quốc gia. Dựa
vào những phân tích này, tác giả đi sâu vào phân tích các công nghệ tiên tiến trong
Ubiquitous.

-

Phân tích các công nghệ tiên tiến sử dụng trong mạng Ubiquitous và những thiết bị
thông minh như RFID hay sensor được sử dụng phổ biến để tạo lên những ứng dụng
tiến bộ của mạng Ubiquitous.

-

Tác giả đánh giá tình hình phát triển của hệ thống mạng và dịch vụ Ubiquitous trên
thế giới nói chung và phân tích cụ thể cơ sở hạ tầng và thị trường ViệtNam để đánh
giá khả năng phát triển hệ thống mạng Ubiquitous cũng như việc triển khai những
ứng dụng của các dịch vụ này tại Việt Nam.

-

Tác giả đưa ra khuyến nghị cho lộ trình phát triển và triển khai mạng Ubiquitous tại
Việt Nam.

-

Tác giả thực thi một chương trình mô phỏng đơn giản của Ubiquitous là “Ngăn ngừa
tai nạn cho trẻ em”. Ứng dụng này cho thấy việc thực thi các dịch vụ của mạng
Ubiquitous thực sự mang lại cho cuộc sống của chúng ta lên một tầm cao mới trong
sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Kim Dung


23