Ứng dụng công nghệ internet of things trong thu thập và đánh giá nhiệt độ, độ ẩm môi trường

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

Đề tài Ứng dụng công nghệ Internet of Things trong thu thập và đánh giá nhiệt
độ, độ ẩm môi trường tập trung vào các nội dung chính sau:
- Giới thiệu về công nghệ Internet of Things (IoT): Kiến trúc của IoT, Các công
nghệ truyền thông trong IoT.
- Tìm hiểu về cấu trúc chương trình C cho ESP8266 và Arduino IDE.
- Tìm hiểu về quá trình xây dựng ứng dụng IoT trên iot-playground.
- Tìm hiểu về Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22, Module Wifi ESP 8266, Module
nguồn LM2596.
- Ứng dụng công nghệ IoT trong xây dựng giao diện giám sát trên nền Web theo
thời gian thực, kèm theo cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm khi vượt ngưỡng.

1


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong
trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông và các thầy cô giáo trong Bộ
môn Công nghệ Điện tử, Khoa Công nghệ Điện tử và Truyền thông đã tận tình giảng
dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian
qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Thanh Tùng đã
tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm báo cáo.
Trong thời gian làm việc với thầy, cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức
bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm
túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học và công tác
sau này. Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành báo cáo.
Thái nguyên, Tháng 06 Năm 2016
SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ngô Thị Quỳnh Ánh

2


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Thanh Tùng và nghiên cứu trên Internet,
sách báo, các tài liệu trong và ngoài nước có liên quan, không sao chép hay sử dụng
bài làm của bất kỳ ai khác. Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ
ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. Tôi xin chịu hoàn toàn
trách nhiệm về lời cam đoan của mình trước các thầy cô và nhà trường.
Thái nguyên, Tháng 06 Năm 2016
SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ngô Thị Quỳnh Ánh

3


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN....................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................2
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................3
MỤC LỤC...................................................................................................................4
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...........................................................................................6
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................9

1.1. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ...........................................................9
1.1.1. Trên thế giới ......................................................................................................9
1.1.2. Tình hình trong nước .......................................................................................12
1.2. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................14
1.3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.............................................................................15
1.4. Mục tiêu của đề tài..............................................................................................15
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS .................16
2.1. Tổng quan về Internet of Things .........................................................................16
2.1.1. Giới thiệu về mô hình Internet of Things (IoT) ................................................16
2.1.2. Các công nghệ thành phần ...............................................................................20
2.1.3. Cấu trúc mạng mở rộng....................................................................................30
2.1.4. Các mô hình ứng dụng của IoT ........................................................................32
2.2. Kiến trúc tham chiếu của IoT ..............................................................................36
2.2.1. Tổng quan........................................................................................................36
2.2.2. Phân loại thiết bị IoT và phương thức kết nối internet ......................................37
2.2.3. Các yêu cầu của kiến trúc tham chiếu cho IoT .................................................38
2.2.4. Mô hình tham chiếu của IoT ............................................................................38
2.3. Giới thiệu về điện toán đám mây.........................................................................42
2.3.1. Giới thiệu chung ..............................................................................................42
2.3.2. Các đặc điểm ...................................................................................................43
2.4. Các công nghệ truyền thông trong IoT ................................................................45
2.4.1. Radio Frequency Identification (RFID)............................................................45
2.4.2. Bluetooth .........................................................................................................46
2.4.3. Zigbee..............................................................................................................47
4


2.4.4. Wifi .................................................................................................................51
2.4.5. RF Links ..........................................................................................................53
2.4.6. Mạng di động: Internet di động (Cellular Networks: The Mobile Internet).......54

2.4.7. Truyền thông có dây (Wired Communication) .................................................54
2.4.8. Lựa chọn công nghệ truyền thông cho IoT .......................................................55
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN.....................................................................57
3.1. Yêu cầu bài toán .................................................................................................57
3.2. Giải pháp thiết kế................................................................................................57
3.2.1. Sơ đồ khối........................................................................................................57
3.2.2. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống..................................................................57
3.3. Lựa chọn linh kiện ..............................................................................................58
3.3.1. Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT22.....................................................................58
3.3.2. Module wifi ESP8266 ......................................................................................60
3.3.3. Khối nguồn LM2596........................................................................................61
CHƯƠNG 4. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VÀ PHẦN MỀM PHỤ TRỢ .....................63
4.1. Giới thiệu môi trường lập trình Arduino IDE ......................................................63
4.2. Cấu trúc của một chương trình lập trình Arduino ................................................65
4.3. Một số ví dụ lập trình các ứng dụng ....................................................................66
4.3.1. Lập trình Điều khiển led ..................................................................................66
4.3.2. Lập trình gửi dữ liệu ra cổng truyền thông nối tiếp...........................................67
4.4. Lập trình cho ESP8266 trên Arduino IDE...........................................................68
4.4.1. Cấu hình cho Arduino IDE...............................................................................68
4.4.2. Tập lệnh AT giao tiếp với Module ESP8266. ...................................................69
CHƯƠNG 5. THỰC THI THIẾT KẾ ........................................................................71
5.1. Thiết kế phần cứng..............................................................................................71
5.2. Thiết kế phần mềm .............................................................................................71
5.2.1. Lưu đồ thuật toán .............................................................................................71
5.2.2. Server EasyIoT Cloud Beta và cách kết nối với phần cứng ..............................72
5.3. Một số hình ảnh của sản phầm ............................................................................75
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................78
PHỤ LỤC..................................................................................................................79
5

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1. Mô hình IoT ...............................................................................................16
Hình 2.2. Mô hình các công nghệ thành phần của IoT. ..............................................20
Hình 2.3. Mô hình hệ thống nhúng giám sát điều khiển từ xa.....................................20
Hình 2.4. Mô hình Ubiquitous computing..................................................................21
Hình 2.5. Xu hướng phát triển của Ubiquitous computing .........................................22
Hình 2.6. So sánh của Mark Weiser về hiện thực ảo và Ubiquitous Computing .........24
Hình 2.7. Mô hình hệ thống mạng thông tin di động tế bào........................................25
Hình 2.8. Mô hình đo lưu lượng nước lũ từ xa ...........................................................26
Hình 2.9. Mô hình mạng cảm biến chuyển tiếp thông tin đến trạm gốc. .....................27
Hình 2.10. Mô hình Mobile Computing. ....................................................................28
Hình 2.11. Mô hình Computing Netwworking ...........................................................29
Hình 2.12. Mô hình mạng mở rộng ............................................................................31
Hình 2.13. Mô hình TCP/IP .......................................................................................32
Hình 2.14. Kiến trúc phần cứng của hai đối tượng thông minh được trang bị các loại
thiết bị truyền thông khác nhau. .................................................................................35
Hình 2.15. Cấu phần của IoT .....................................................................................36
Hình 2.16. Hai mô hình kết nối của thiết bị IoT .........................................................38
Hình 2.17. Mô hình tham chiếu của IoT.....................................................................39
Hình 2.18. Mô hình của điện toán đám mây...............................................................43
Hình 2.19. Cơ chế hoạt động của thẻ RFID................................................................45
Hình 2.20. Một loại thẻ chip RFID phổ biến ..............................................................45
Hình 2.21. Hình ảnh module Bluetooth HC05 ...........................................................46
Hình 2.22. Mô hình mạng Zigbee ..............................................................................49
Hình 2.23. Cấu trúc của Zigbee..................................................................................50
Hình 2.24. Mô hình thu phát song Wifi......................................................................52
Hình 2.25. Phân loại tần số ........................................................................................53

Hình 2.26. Module GPRS ..........................................................................................54
Hình 2.27. Cổng kết nối Ethernet...............................................................................55
Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống .............................................................................57
Hình 3.2. Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT22...............................................................58
6


Hình 3.3. Gửi tín hiệu start ........................................................................................59
Hình 3.4. Đọc bit 0 ....................................................................................................59
Hình 3.5. Đọc bit 1 ....................................................................................................60
Hinh 3.6. Module wifi ESP8266 ................................................................................60
Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn LM2596 ........................................................61
Hình 3.8. Cầu trúc bên trong LM2596 .......................................................................62
Hình 3.9. Module LM2596 ........................................................................................62
Hình 4.1. Link download phần mềm Arduino. ...........................................................63
Hình 4.2. Cài đặt Arduino IDE ..................................................................................63
Hình 4.3. Giao diện lập trình Arduino........................................................................64
Hình 4.4. Chức năng các Menu chính ........................................................................64
Hình 4.5. Mở ứng dụng mẫu trong Arduino. ..............................................................65
Hình 4.6. Ví dụ điều khiển led. ..................................................................................66
Hình 4.7. Kết quả thu được trên màn hình Serial .......................................................67
Hình 4.8. Chọn Board................................................................................................68
Hình 4.9. Install ESP8266 vào Arduino IDE..............................................................68
Hình 5.1. Sơ đồ nguyên lý .........................................................................................71
Hình 5.2. Lưu đồ thuật toán phần cứng ......................................................................71
Hình 5.3. Lưu đồ thuật toán server.............................................................................72
Hình 5.4. Giao diện trên iot-playground.....................................................................73
Hình 5.5. Cửa sổ Sign Up ..........................................................................................73
Hình 5.6. Đăng nhập tài khoản vào server..................................................................73
Hình 5.7. Cửa sổ chính của server..............................................................................74

Hình 5.8. Cửa sổ chức năng chính của server............................................................74
Hình 5.9. Thư mục Modules ......................................................................................74
Hình 5.10. Khai báo tên module ...............................................................................75
Hinh 5.11. Thư mục User info ...................................................................................75
Hình 5.12. Hình ảnh thực tế phần cứng sản phẩm (node cảm biến) ............................75
Hinh 5.13. Dữ liệu thu được trên server .....................................................................76
Hinh 5.14. Dữ liệu dạng đồ thị thời gian thực ............................................................76
Hinh 5.15. Gửi Email cảnh báo..................................................................................76

7


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, con người ngày càng chế tạo
ra được nhiều các vật dụng thông minh hơn, hiện đại hơn. Từ đó có thể tối ưu hóa các
nhu cầu của con người một cách dễ dàng hơn. Mỗi giai đoạn phát triển của lịch sử thế
giới đều gắn liền với những cuộc cách mạng về khoa học kĩ thuật.Và ngày nay, cuộc
cách mạng Internet of Things đã tạo nên những thay đổi đáng kể cho cuộc sống con
người ở hiện tại và trong tương lai.
Internet of Things được ứng dụng vào rất nhiều mặt của cuộc sống. Ứng dụng
trong công nghiệp, nông nghiệp, giáo dục , y tế… Đặc biệt là ứng dụng trong việc
giám sát sự thay đổi của môi trường, và việc thu thập và đánh giá nhiệt độ độ ẩm môi
trường là một phần trong đó.Việc giám sát được nhiệt độ, độ ẩm môi trường thông qua
internet là một điều mang tính ứng dụng cao. Nhiệt độ, độ ẩm là một trong những đại
lượng vật lý được quan tâm nhiều do nó có vai trò quyết định trong nhiều tính chất của
vật chất. Vì thế đề tài: Ứng dụng công nghệ Internet of Things trong thu thập và
đánh giá nhiệt độ, độ ẩm môi trường đảm bảo tính cấp thiết, quan trọng mà xã hội
phát triển đặt ra. Đồ án gồm 2 phần chính với 5 chương cụ thể như sau:
Phần thứ nhất: Cơ sở lý thuyết, tập trung giới thiệu về Internet of Things, tầm

quan trọng, tính tương lai phát triển, kiến trúc và ứng dụng của IoT, các công nghệ
truyền thông có thể sử dụng trong IoT. Phần này gồm 2 chương:
Chương 1. Tổng quan.
Chương 2. Giới thiệu về Công nghệ Internet of Things.
Phần thứ hai: Tập trung vào thiết kế ứng dụng công nghệ IoT trong xây dựng giao
diện giám sát trên nền Web theo thời gian thực, kèm theo cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm khi
vượt ngưỡng. Phần này gồm 3 chương:
Chương 3. Phân tích bài toán.
Chương 4. Ngôn ngữ lập trình và phần mềm phụ trợ.
Chương 5. Thực thi thiết kế.

8


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Mỗi giai đoạn phát triển của lịch sử thế giới đều gắn liền với những cuộc cách
mạng về khoa học kĩ thuật.Và ngày nay, cuộc cách mạng Internet of Things đã tạo nên
những thay đổi đáng kể cho cuộc sống con người ở hiện tại và trong tương lai.
Với sự phát triển của Internet, smartphone và đặc biệt là các thiết bị cảm biến,
Internet of Things (IoT) đang trở thành xu hướng mới của thế giới. IoT được định
nghĩa là những vật dụng có khả năng kết nối Internet. Bạn vào nhà, mở khóa cửa, đèn
sẽ tự động sáng chỗ bạn đứng, điều hòa sẽ tự động điều chỉnh nhiệt độ, nhạc sẽ tự
động bật để chào đón bạn… những điều chỉ có trong phim khoa học viễn tưởng, đang
dần trở thành hiện thực với công nghệ IoT.
Việc giám sát được nhiệt độ, độ ẩm môi trường là một vấn đề rất quan trọng trong
các ngành công nghiệp cũng như nông nghiệp, và thật là tuyệt vời nếu ở bất kỳ nơi đâu
và lúc nào nếu bạn có internet thì bạn đề có thể làm được điều đó. Công nghệ Internet
of Things khiến điều này trở lên dễ dàng hơn.

Nhiệt độ, độ ẩm là một trong những đại lượng vật lý được quan tâm nhiều do nó
có vai trò quyết định trong nhiều tính chất của vật chất. Một trong những đặc điểm của
nhiệt độ là làm thay đổi liên tục các đại lượng chịu sự ảnh hưởng của nó, ví dụ như áp
suất, thể tích của một chất khí. Nó cũng là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến chính con
người chúng ta và tất cả sự sống trên trái đất. Ngày nay khi nền công nghiệp phát triển
mạnh, sản phẩm tạo ra ngày càng phong phú thì nhu cầu lưu trữ hàng hóa trong các
nhà kho càng lớn.Việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm khi bảo quản, lưu trữ sản phảm công
– nông nghiệp trong các nhà kho là rất quan trọng. Cũng giống như vậy, trong các
phòng thí nghiệm trong bệnh viện, trong các nhà kính trồng cây cảnh, khu sản xuất rau
sạch…việc đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm cũng là yếu tố quan trọng quyết đến đến chất
lượng sản phẩm...
1.1.1.Trên thế giới
Thế giới đang chuyển mình mạnh mẽ trước xu thế "Internet of Things" (IoT). Tới
năm 2021, dự kiến sẽ có 28 tỉ thiết bị kết nối trong đó có 15 tỉ thiết bị kết nối IoT.
Theo báo cáo Ericsson Mobility Report, tới năm 2021, dự kiến sẽ có 28 tỉ thiết bị
kết nối trong đó có 15 tỉ thiết bị kết nối IoT bao gồm thiết bị M2M (machine-to9


machine) như đồng hồ đo thông minh, cảm biến trên đường, địa điểm bán lẻ, các thiết
bị điện tử tiêu dùng như ti vi, đầu DVR, thiết bị đeo. 13 tỉ còn lại là điện thoại di động,
máy tính xách tay PC, máy tính bảng.
IDC dự kiến năm 2019, tòan cầu sẽ chi 1.300 tỉ đô la Mỹ cho IoT. Tới năm 2020,
theo dự đoán của Gartner thì giá trị gia tăng do IoT mang lại sẽ là 1.900 tỉ đô la Mỹ.
Và theo McKinsey, tới năm 2025 IoT sẽ đóng góp vào nền kinh tế toàn cầu là 11.000
tỉ đô la Mỹ.
Tới năm 2021, dự kiến số thuê bao sẽ lên tới 9,1 tỉ. Số thuê bao này cao hơn số
dân bởi mỗi người có thể sở hữu nhiều thiết bị.Trong các kết nối IoT như vậy, sẽ có
bao gồm cả những có đăng ký thuê bao SIM/eSIM được gắn ngay trong thiết bị và cả
những thiết bị như điện tử tiêu dùng không cần dùng SIM (Non-SIM).
IoT đang diễn ra một cách mạnh mẽ. 50% doanh nghiệp đã bắt đầu triển khai

những dự án về IoT. IoT mang lại một cơ hội doanh thu cho rất nhiều ngành và những
giải pháp đó bắt đầu thương mại hóa với tốc độ rất nhanh. Ngành dịch vụ tiện ích, giao
thông, tòa nhà thông minh và các ngành bán lẻ là những ngành đi đầu trong việc ứng
dụng IoT.
Tháng 2 vừa qua IBM giới thiệu một công cụ phát triển mã nguồn mở mới được
gọi là Quarks. Công cụ này được cho là sẽ giúp các nhà sản xuất và nhà lập trình phát
triển ứng dụng của mình hiệu quả hơn, dựa trên dữ liệu từ các cảm biến của thiết bị
Internet of Things (IoT).
Ứng dụng của Quarks: Thực chất, Quarks dựa trên nền tảng các sản phẩm của
IBM Streams, một công cụ doanh nghiệp giúp xử lý lượng lớn các dữ liệu trực tiếp.
Nhưng Quarks khác biệt ở chỗ, nó được thiết kế từ đầu để cung cấp cho các nhà sản
xuất và nhà lập trình một công cụ mã nguồn mở, cho việc xây dựng các ứng dụng dựa
trên các thiết bị kết nối. Ý tưởng này là một biện pháp để họ tận dụng lợi thế để xử lý
dữ liệu trực tiếp từ các thiết bị IoT theo cách đơn giản và hiệu quả. Ví dụ, bạn có thể
theo dõi sức khỏe của một bệnh nhân tiểu đường với các thiết bị đeo trên người, hoặc
một nhân viên làm việc tại mỏ than với chiếc mũ bảo hiểm có gắn các cảm biến. Mỗi
tình huống này đều liên quan đến việc giám sát dữ liệu ngay khi cảm biến thu nhận
được, sau đó truy cập và truyền dữ liệu đó theo thời gian thực tới người hay thiết bị
cần thiết. Ví dụ, khi một cảm biến trên mũ bảo hiểm của người thợ mỏ phát tín hiệu
cảnh báo điều kiện không an toàn, họ cần được biết ngay lập tức. Sẽ không thể có độ
10


trễ khi thiết bị truyền dữ liệu về cơ sở dữ liệu của doanh nghiệp, để so sánh với các dữ
liệu khác. Trong khi các chương trình có thể tạo điều kiện đẩy nhanh tốc độ giao tiếp
giữa thiết bị và thiết bị, thiết bị và con người, nhưng tiềm năng của chúng vẫn chưa kết
thúc tại đây. Các phần mềm còn có thể gửi các dữ liệu về doanh nghiệp, để có thể so
sánh được với lượng dữ liệu lớn hơn thông qua các thiết bị tương tự theo thời gian. Ví
dụ với một thiết bị y khoa, các nhà nghiên cứu có thể xem làm thế nào một nhóm
người phản ứng với phác đồ điều trị theo thời gian, hay bác sỹ của các bệnh nhân có

thể nhận dữ liệu một cách thường xuyên để theo dõi sức khỏe của các bệnh nhân.
Thậm chí, các phần mềm có thể liên kết với nền tảng Watson Health của IBM, để
có thể đánh giá tập dữ liệu trong điều kiện y tế. Sau đó, nền tảng này sẽ gửi lại phản
hồi cho người bệnh hay bác sỹ để đưa ra phương pháp điều trị thích hợp.
Đại diện Ericsson cho biết, ngay từ đầu năm 2016, hãng này đã giới thiệu giải
pháp Connected Water với nhiệm vụ giám sát chất lượng nước dựa trên kết nối
4G/LTE và Internet of Things tại triển lãm CES (Mỹ). Ericsson và nhà mạng AT&T
hợp tác triển khai giải pháp giúp tổ chức bảo vệ sông Chattahoochee ở Atlanta kiểm
soát nước sông và cảnh báo kịp thời về sự ô nhiễm. Lưu vực sông này được sử dụng để
cung cấp nguồn nước sinh hoạt cho hơn 4.000 người dân. Các thiết bị cảm biến đầu
tiên được đặt ở khu vực đầu nguồn con sông tại Proctor Creek. Dòng chảy của con
sông này ảnh hưởng tới hơn 60.000 người dân sinh sống ở các khu công nghiệp, khu
dân cư, công viên, trường học quanh đó. Connected Water đặt những cảm biến giá
thành rất thấp vào dòng nước trong hệ thống sông hồ. Chúng có vai trò đo và ghi nhận
thời gian thực các thông số quan trọng về chất lượng nước như độ sạch, lượng kim loại
nặng và liên tục chuyển thông số này qua đám mây và mạng di động thông qua công
nghệ LTE Low Power Wide Area (LSWA). Các thiết bị này có tuổi thọ pin rất lâu đảm
bảo tính hiệu quả lâu dài, giúp chính quyền địa phương giám sát hiệu quả và có hành
động kịp thời, nhanh chóng đối với các vấn đề ô nhiễm nếu xảy ra.
Trên thế giới đã và đang nghiên cứu một số hệ thống, thiết bị đo nhiệt độ trong tất
cả các lĩnh vực có thể kể đến như :
Nhà chế tạo chip vi điều khiển hàng đầu thế giới – Atmel đã cho ra mắt dòng chip
đo nhiệt độ có tên gọi AT30TS750, truyền thông theo giao thức số với bộ nhớ
EEPROM tích hợp.

11


Alfredo Milani Comparetti đã cho ra đời phần mềm Speedfan theo dõi điện áp, tốc
độ quạt và nhiệt độ trong máy tính với màn hình phần cứng chip.

Tại Úc các nhà vật lý học thuộc Đại học Adelaide tuyên bố đã chế tạo thành công
nhiệt kế chính xác nhất thế giới.
Hãng Cypress Micro System đã cho ra đời công nghệ PSOC (Programmable
System On Chip) để có thể phát triển các thiết bị đo nhiệt độ dựa trên công nghệ này.
1.1.2. Tình hình trong nước
Trước việc IoT phát triển mạnh mẽ trên thế giới, Việt Nam cũng là một nước đón
đầu xu thế mới. Ngày 13/11/2015, trong khuôn khổ hội nghị quốc tế với chủ đề: Ứng
dụng của Internet of Things cho đô thị thông minh và chất lượng cuộc sống diễn ra tại
khu công nghệ cao TP.HCM (SHTP), các ứng dụng IoT trong thực tế, xu hướng công
nghệ và thị trường của IoT, khởi nghiệp cùng IoT cùng khuyến nghị của chuyên gia về
phát triển trên nền tảng IoT tiếp tục được các nhà khoa học và các chuyên gia trao đổi.
Tại Việt Nam, IoT đã được ứng dụng từ lâu dưới các hình thức tự động hóa như
hệ thống điều khiển đèn giao thông, hệ thống tưới tiêu tự động …, tuy nhiên chỉ đến
năm 2015 thì khái niệm Internet of Things (IoT) mới được nhắc đến nhiều thông qua
các hội thảo, hội nghị về xu hướng công nghệ của Cisco, Intel, Hội Tin học TP.HCM
và một số công ty trong nước như MobiFone, DTT, Sao Bắc Đẩu.
Trước đó, IBM có chiến dịch Hành tinh thông minh hơn nhấn mạnh vào các thành
phố thông minh hơn, trong đó Đà Nẵng được chọn thực hiện thí điểm này từ năm
2012-2013.
Tuy vậy, hiện chưa có ứng dụng IoT thực sự nào ảnh hưởng mạnh tới đời sống xã
hội trong nước. Với giao thông , trong thời gian tới một số ứng dụng như thu phí
không dừng, phạt nguội bằng camera dự báo sẽ phổ biến tại các thành phố lớn như
TP.HCM, Hà Nội. Các lĩnh vực tiềm năng như y tế điện tử, nông nghiệp thông minh,
bất động sản thông minh sẽ cần thêm thời gian để có những ứng dụng IoT phù hợp với
Việt Nam.
Trong công nghiệp nội địa, sản phẩm IoT của doanh nghiệp trong nước hiện chỉ
đếm được trên đầu ngón tay như: sản phẩm chip vi mạch của Trung tâm Nghiên cứu
và đào tạo thiết kế vi mạch - ICDREC; hệ thống cảm ứng độ ẩm, nhiệt độ trong nông
nghiệp của công ty Mimosa tại hệ sinh thái khởi nghiệp công nghệ - khu công nghệ

12


phần mềm đại học quốc gia TP.HCM; chương trình TUHOC STEM và các dịch vụ
trên nền OEP của công ty DTT (trụ sở chính tại Hà Nội).
Các hệ thống IoT tại Việt Nam hiện có đều là của các doanh nghiệp nước ngoài,
các doanh nghiệp trong nước mới chỉ tập trung vào các ứng dụng trên nền tảng điện
thoại di động, máy tính và còn chưa khai thác hết tính thông minh của các hệ thống
cảm biến hay khai thác dữ liệu big data. Và đặc biệt các thiết bị phần cứng thì hầu hết
là nhập khẩu như camera, thiết bị RFID, các cảm biến hóa học.
Giải pháp IoT không chỉ là phần mềm, phần cứng tiêu chuẩn (máy tính, điện
thoại) mà còn là các phần cứng đặc thù như camera, RFID, cảm biến môi trường... Có
thể thấy, các hệ thống này liên quan tới các ngành vật liệu, hóa học, sinh học, vật lý, y
tế và đây là cơ hội cho các ngành khoa học công nghệ tại Việt Nam phối hợp để làm ra
những ứng dụng hữu ích.
Trong phiên thảo luận về nền tảng cho phát triển IoT của hội nghị, xu hướng
nguồn mở trong sự phát triển của IoT thế giới và Việt Nam được thể hiện rõ trong các
bài trình bày “Một kiến trúc mở cho việc phát triển nhà tự động” của TS. Phạm Hoàng
Anh, Đại học Bách Khoa TP.HCM; “Công nghệ mã nguồn mở, sự tự do phát triển:
Nhà Thông minh, Thành phố Thông minh” của ông Pau Ceano, Công ty Vector 3 S.A
và “Nền tảng mở cho IoT - Open IoT platfrom – IOP” của ông Nguyễn Thế Trung,
Công ty cổ phần công nghệ DTT.
Trong phần trình bày của mình, dựa trên thực tế đã triển khai dịch vụ tư vấn chiến
lược, kiến trúc tổng thể CNTT, giải pháp CNTT cho giáo dục, y tế, giao thông vận tải
và văn hóa theo mô hình PPP (hợp tác công tư) và quá trình tham gia xây dựng chuẩn
nguồn mở OIC cùng thế giới, phát triển cộng đồng OIP tại Việt Nam, ông Nguyễn Thế
Trung - Tổng giám đốc công ty cổ phần công nghệ DTT - đưa ra 3 khuyến nghị đối
với Việt Nam để phát triển IOT.
Ông Nguyễn Thế Trung đề nghị Chính phủ khởi tạo một hệ sinh thái sáng tạo hỗ
trợ doanh nghiệp vừa và nhỏ (DNVVN) và doanh nghiệp khởi nghiệp thông qua hợp

tác với các đối tác toàn cầu để định chuẩn. Thông qua các vườn ươm công nghệ, Chính
phủ có chính sách ưu đãi để thu hút các doanh nghiệp khởi nghiệp của khu vực và thế
giới tham gia, tận dụng thế mạnh của nguồn nhân lực và chi phí sản xuất tại Việt Nam.

13


Nhằm phục vụ cho yêu cầu sản xuất trong tất cả các ngành kinh tế, nông nghiệp,
và công nghiệp... Đã có nhiểu báo cáo, tài liệu nghiên cứu về vai trò và các giải pháp
kiểm soát nhiệt độ như:
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đo giám sát nhiệt, ẩm cho các kho nông
lâm sản có môi trường khắc nghiệt của Phạm Minh Tuấn, Phạm Thượng Cát, Trần
Đức Minh, Viện Công nghệ Thông Tin, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý của mặt đường bê tông
nhựa của TS. Nguyễn Thống Nhất và ThS. Trần Văn Thiện, mục đích của đề tài nhằm
tạo được mặt đường bê tông nhựa có chất lượng, có cường độ ổn định và tuổi thọ cao.
Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước “Ảnh hưởng của Enso đến các
cực trị nhiệt độ và lượng mưa ở Việt Nam và khả năng dự báo” của Nguyễn Đức Ngữ,
Trung tâm Khoa học công nghệ Khí tượng Thủy văn và Môi trường đã làm sáng tỏ cơ
chế tác động của ENSO và đánh giá khả năng dự báo mùa đối với sự xuất hiện các cực
trị nhiệt độ và lượng mưa trên cơ sở các thông tin, nhận thức về ENSO.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay trong đời sống cũng như xã hội việc ứng dụng công nghệ Internet of
Things là rất cần thiết, con người có thể điều khiển mọi thứ xung quanh mình nhanh và
hiệu quả hơn.Vì vậy vậy chúng ta tìm hiểu về nó là một điều thật sự đúng đắn.
Hiện nay trong đời sống và tất cả các lĩnh vực khác về kinh tế, quốc phòng, công
nghiệp, nông nghiệp,... việc đo và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm đóng vai trò hết sức quan
trọng vì nó liên quan đến chất lượng sản phẩm. Ví dụ như cảnh báo quá nhiệt trong lò
luyện kim, cán thép, hệ thống đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường đất để phục vụ tưới
tiêu.... Do đó việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống đo và cảnh báo nhiệt độ, độ ẩm

ngày càng đòi hỏi độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu của thị trường. Cùng với sự phát
triển nhanh chóng của công nghệ và hệ thống thông tin thì việc đo và cảnh báo an toàn
về nhiệt độ , độ ẩm sẽ được đảm bảo chính xác và từ đó kịp thời hạn chế các hậu quả
do nhiệt độ, độ ẩm gây ra ở mức thấp nhất. Các hệ thống đo và cảnh báo nhiệt độ, độ
ẩm sẽ giúp cho con người chủ động hơn trong việc cảnh báo an toàn cho các hệ thống
dây chuyền, các kho bảo quản sản phẩm, cũng như cảnh báo cho chính con người
chúng ta. Do vậy việc thực hiện đề tài: Ứng dụng công nghệ Internet of Things trong
thu thập và đánh giá nhiệt độ, độ ẩm môi trường đảm bảo tính cấp thiết, quan trọng
trong sự phát triển của thế giới hiện đại.
14


1.3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài ứng dụng công nghệ Internet of Things trong thu thập và đánh giá nhiệt độ
độ ẩm môi trường có thể được ứng dụng thực tiễn trong các ngôi nhà thông minh, ứng
dụng trong nông nghiệp ở các trang trại cần sự đảm bảo về nhiệt độ độ ẩm( trang trại
chăn nuôi gà, trồng nấm, vườn ươm cây, lò ấm trứng…). Ứng dụng trong công nghiệp
để đảm bảo tính chính xác trong sản xuất. Sản phẩm cũng có thể được ứng dụng trong
giám sát, quan trắc, thời tiết môi trường. Dựa vào sự thay đổi của nhiệt độ độ ẩm môi
trường theo thời gian để có những dự báo cũng như biện pháp phù hợp với khu vực
cần khảo sát thực nghiệm.
1.4. Mục tiêu của đề tài
Đề tài ứng dụng công nghệ Internet of Thing trong thu thập và đánh giá nhiệt độ
độ ẩm môi trường có mục tiêu cần đạt được là:
- Nghiên cứu và tìm hiểu lý thuyết chung về công nghệ Internet of Things
- Ứng dụng công nghệ Internet of Things vào việc thiết kế thi công sản phẩm thu
thập và đánh giá nhiệt độ, độ ẩm môi trường.

15

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS

2.1. Tổng quan về Internet of Things
2.1.1. Giới thiệu về mô hình Internet of Things (IoT)
2.1.1.1. IoT là gì?
IoT (Internet of Things) là một mạng lưới gồm các đối tượng có khả năng kết nối
Internet và tác động qua lại giữa các dịch vụ web.
IoT không chỉ là các máy "giao tiếp" với nhau mà còn nhiều thứ khác nữa, bao
gồm khả năng thay đổi hoàn toàn thế giới, cả trong cuộc sống và cách chúng ta cảm
nhận trong thực tế.

Hình 2.1. Mô hình IoT
IoT là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết (identifiable)
cũng như chỉ sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối. Cụm từ này
được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999. Ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra
Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID
(một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một số loại cảm
biến khác. IoT sau đó cũng được dùng nhiều trong các ấn phẩm đến từ các hãng và nhà
phân tích.
Vào tháng 6 năm 2009, Ashton từng cho biết rằng "hiện nay máy tính - và Internet
gần như phụ thuộc hoàn toàn vào con người để chuyển tải dữ liệu. Gần như tất cả

16


trong số 50 Petabyte dữ liệu đang có trên Internet (vào thời điểm đó) đều được ghi lại
hoặc tạo ra bởi con người chúng ta, thông qua các cách thức như gõ chữ, nhấn nút,
chụp ảnh, quét mã vạch... Con người chính là nhân tố quyết định trong thế giới
Internet hiện nay. Thế nhưng con người lại có nhiều nhược điểm: chúng ta chỉ có thời

gian hạn chế, khả năng tập trung và độ chính xác cũng ở mức thấp so với máy móc.
Điều đó có nghĩa là chúng ta không giỏi trong việc thu thập thông tin về thế giới xung
quanh, và đây là một vấn đề lớn.
Một quan điểm khác lại cho rằng, IoT gồm các đối tượng thông minh có thể được
điều khiển và tương tác với những đối tượng có thể đáp ứng tương tác từ xa, hay có
thể làm việc độc lập nhằm cung cấp các dịch vụ và giải pháp mà không cần sự can
thiệp của con người.
Hiện nay, IoT đang trải qua giai đoạn phát triển "bộc phát" và điều này xảy ra nhờ
vào một số nhân tố, trong đó gồm IPv6, 4G, chi phí, tính sẵn có của công nghệ. Trong
những năm tiếp theo, bạn sẽ thấy ngày càng có nhiều thiết bị trên thị trường. Những
thách thức đang diễn ra là quản lý dữ liệu và chuyển sang IPv6 (IPv6 đã sẵn sàng và
chạy với địa chỉ đã được cấp phát. IPv4 đã cạn kiệt và 2011 chỉ còn lại những địa chỉ
cuối cùng).
2.1.1.2. Xu hướng và tính chất của IoT
2.1.1.2.1. Sự thông minh
Sự thông minh và tự động trong điều khiển thực chất không phải là một phần
trong ý tưởng về IoT. Các máy móc có thể dễ dàng nhận biết và phản hồi lại môi
trường xung quanh (ambient intelligence), chúng cũng có thể tự điều khiển bản thân
(autonomous control) mà không cần đến kết nối mạng.
Việc tích hợp trí thông minh vào IoT còn có thể giúp các thiết bị, máy móc, phần
mềm thu thập và phân tích các dấu vết điện tử của con người khi chúng ta tương tác
với những thứ thông minh, từ đó phát hiện ra các tri thức mới liên quan tới cuộc sống,
môi trường, các mối tương tác xã hội cũng như hành vi con người.
2.1.1.2.2. 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 lưới các sensor chính là một thành phần đơn giản của IoT.

17

2.1.1.2.3. Là một hệ thống phức tạp
Trong một thế giới mở, IoT sẽ mang tính chất phức tạp bởi nó bao gồm một lượng
lớn các đường liên kết giữa những thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau, ngoài ra còn
bởi khả năng thêm vào các nhân tố mới.
2.1.1.2.4. Kích thước
Một mạng lưới IoT có thể chứa 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối và
mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một người trong thành
thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối tượng có khả năng theo dõi.
2.1.1.2.5. 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 được sử dụng để quản lí thông tin được xử lý bởi con người. Do đó
những thông tin như địa điểm, thời gian, không gian của đối tượng không mấy quan
trọng bởi người xử lí thông tin có thể quyết định các thông tin này có cần thiết hay
không, 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 được xem như không hiệu quả. Ngoài ra, việc xử lí một khối lượng lớn dữ liệu
trong thời gian ngắn đủ để đáp ứng cho hoạt động của các đối tượng cũng là một thác
thức hiện nay.
2.1.1.2.6. Luồng năng lượng mới
Hiện nay, IoT đang trải qua giai đoạn phát triển "bộc phát" và điều này xảy ra nhờ
vào một số nhân tố, trong đó gồm IPv6, 4G, chi phí, tính sẵn có của công nghệ.
ARM đã "nhanh chân" trong việc nhận ra rằng, ổ đĩa có xu hướng sử dụng các bộ
vi điều khiển 32-bit là giải pháp cho những người có ý định thực hiện một số quyết
định của riêng họ theo một cách tự động. Gary tin rằng, khả năng của các bộ vi điều
khiển này ngày càng tăng, điều này có nghĩa là người dùng có thể làm những điều mà
trước đây là bất khả.
Axel Pawlik, Giám đốc quản lý của RIPE NCC lý giải tại sao IPv6 cần thiết cho
tương lai của IoT, với IPv6 chúng ta sẽ có lượng địa chỉ phong phú và điều này sẽ mở
ra khả năng gán địa chỉ cho mỗi thiết bị (gadget) và chip. Các giải pháp sẽ dễ dàng và

đơn giản hơn, rõ ràng hơn, có thể phục hồi đến từng mục địa chỉ riêng, và phạm vi
phát triển vô cùng to lớn.

18


2.1.1.3. Những thách thức ảnh hưởng đến sự phát triển của mô hình IoT
2.1.1.3.1. Chưa có sự chuẩn hóa
Sự chuẩn hóa ở đây được hiểu như là một ngôn ngữ giao tiếp chung. Ở mức cơ
bản nhất, Internet là một mạng dùng để nối thiết bị này với thiết bị khác. Nếu chỉ riêng
có kết nối không thôi thì không có gì đảm bảo rằng các thiết bị biết cách giao tiếp với
nhau (ví dụ như bạn có thể đi từ Việt Nam đến Mỹ, nhưng không đảm bảo rằng bạn có
thể nói chuyện tới với người Mỹ).
Để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau, chúng sẽ cần một hoặc nhiều giao thức
(protocols), có thể xem là một thứ ngôn ngữ chuyên biệt để giải quyết một tác vụ nào
đó. Chắc chắn bạn đã ít nhiều sử dụng một trong những giao thức phổ biến nhất thế
giới, đó là HyperText Transfer Protocol (HTTP) để tải web. Ngoài ra chúng ta còn có
SMTP, POP, IMAP dành cho email, FTP dùng để trao đổi file, …vv. Những giao thức
như thế này hoạt động ổn bởi các máy chủ web, mail và FTP thường không phải nói
với nhau nhiều, khi cần, một phần mềm phiên dịch đơn giản sẽ đứng ra làm trung gian
để hai bên hiểu nhau. Còn với các thiết bị IoT, chúng phải đảm đương rất nhiều thứ,
phải nói chuyện với nhiều loại máy móc thiết bị khác nhau. Đáng tiếc rằng hiện người
ta chưa có nhiều sự đồng thuận về các giao thức để IoT trao đổi dữ liệu.
2.1.1.3.2. Hàng rào subnetwork
Như đã nói ở trên, thay vì giao tiếp trực tiếp với nhau, các thiết bị IoT hiện nay
chủ yếu kết nối đến một máy chủ trung tâm do hãng sản xuất, một nhà phát triển nào
đó quản lí. Cách này cũng vẫn ổn, những thiết bị vẫn hoàn toàn nói được với nhau
thông qua chức năng phiên dịch của máy chủ. Thế nhưng mọi chuyện không đơn giản
như thế, cứ mỗi một mạng lưới như thế tạo thành một subnetwork riêng, và vấn đề là
các máy móc nằm trong subnetwork này không thể giao tiếp tốt với subnetwork khác.

Một số trong những vấn đề nói trên chỉ đơn giản là vấn đề về kiến trúc mạng, về
kết nối mà các thiết bị sẽ liên lạc với nhau (Wifi, Bluetooth, NFC,...). Những thứ này
thì tương đối dễ khắc phục với công nghệ không dây ngày nay. Còn với các vấn đề về
giao thức thì phức tạp hơn rất nhiều, nó chính là vật cản lớn và trực tiếp trên còn
đường phát triển của Internet of Things.
2.1.1.3.3. Chi phí phát triển mạng
Cách duy nhất để các thiết bị IoT có thể thật sự giao tiếp đó là khi có một động lực
kinh tế đẩy mạnh khiến các nhà sản xuất đồng ý chia sẻ quyền điều khiển cũng như dữ
19


liệu mà các thiết bị của họ thu thập được, hiện tại các động lực này không nhiều. Ví
dụ: một công ty thu gom rác muốn kiểm tra xem các thùng rác có đầy hay chưa. Khi
đó, họ phải gặp nhà sản xuất thùng rác, đảm bảo rằng họ có thể truy cập vào hệ thống
quản lí của từng thùng một. Điều đó khiến chi phí bị đội lên, và công ty thu gom rác có
thể đơn giản chọn giải pháp cho một người chạy xe kiểm tra từng thùng một.
2.1.2. Các công nghệ thành phần

Hình 2.2. Mô hình các công nghệ thành phần của IoT.
2.1.2.1. Hệ thống nhúng (Embedded Systems)

Hình 2.3. Mô hình hệ thống nhúng giám sát điều khiển từ xa
20


2.1.2.1.1. Định nghĩa
Hệ thống nhúng (Embedded system) là một thuật ngữ để chỉ một hệ thống có khả
năng tự trị được nhúng vào trong một môi trường hay một hệ thống trung tâm. Đó là
các hệ thống tích hợp cả phần cứng và phần mềm phục vụ các bài toán chuyên dụng
trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, tự động hoá điều khiển, quan trắc và truyền tin.

2.1.2.1.2. Đặc điểm
Các hệ thống nhúng được thiết kế để thực hiện một số nhiệm vụ chuyên dụng chứ
không phải đóng vai trò là các hệ thống máy tính đa chức năng. Một hệ thống nhúng
thường không phải là một khối riêng biệt mà là một hệ thống phức tạp nằm trong thiết
bị mà nó điều khiển. Phần mềm được viết cho các hệ thống nhúng được gọi là
firmware và được lưu trữ trong các chip bộ nhớ ROM hoặc bộ nhớ flash. Phần mềm
thường chạy với số tài nguyên phần cứng hạn chế: không có bàn phím, màn hình hoặc
có nhưng với kích thước nhỏ, dung lượng thấp.
2.1.2.1.3. Kiến trúc phần mềm của hệ thống nhúng
- Vòng lặp kiểm soát đơn giản.
- Hệ thống ngắt điều khiển.
- Đa nhiệm tương tác.
- Đa nhiệm ưu tiên.
- Vi nhân ( Microkernel) và nhân ngoại (Exokernel).
- Nhân khối ( Monolithic kernels ).
2.1.2.2. Tính toán khắp nơi ( Ubiquitous Computing)

Hình 2.4. Mô hình Ubiquitous computing
21


2.1.2.2.1. Quan điểm của Mark Weiser
Mark Weiser (1952-1999) được xem là cha đẻ của tính toán khắp nơi, ông là
người đã đưa ra thuật ngữ “ubiquitous computing” (gọi tắt là ubicomp) đề cập tới xu
hướng đó là trong tương lai con người cùng một lúc sẽ không chỉ tương tác với duy
nhất một máy tính như hiện nay mà thay vào đó sẽ tương tác với một tập hợp các máy
tính nhỏ được kết nối mạng với nhau, thông thường chúng có tính vô hình và hiện diện
bên trong trong các vật dụng hay các đối tượng mà chúng ta thấy hàng ngày. Công
nghệ máy tính được đánh giá là một trong những công nghệ vĩ đại nhất mang lại nhiều
lợi ích to lớn cho con người.

Theo Mark Weiser, Ubicomp không có nghĩa là khắp nơi đều có các máy tính
truyền thống mà là có các máy tính có khả năng tính toán ở khắp mọi nơi, chúng có thể
được nhúng trong môi trường theo cách mà chúng có thể được sử dụng khi cần đến
trong khi chúng ta không phải bận tâm đến sự có mặt của chúng, máy tính sẽ trở nên
rộng khắp khi chúng âm thầm hỗ trợ người sử dụng.
Hình dưới cho là tiên đoán của Mark Weiser về xu hướng phát triển của máy tính
trong tương lai được ông đưa ra trong một tài liệu năm 1996, cho tới thời điểm này các
mốc thời gian do ông đưa ra có lẽ hơi sớm nếu nhìn lại thực tế triển khai của tính toán
khắp nơi hiện nay, tuy vậy xu hướng mà ông quan niệm đang ngày càng được củng cố.

Hình 2.5. Xu hướng phát triển của Ubiquitous computing
22


Trong bài viết “Máy tính của thế kỷ21” Mark Weiser đã đưa ra những nhận định
của mình về máy tính trong thế kỷ 21, theo ông ở đó con người và máy tính được hợp
nhất như là một thực thể thống nhất. Ông đã mô tả“Các công nghệ cơ bản sẽ biến
mất.Chúng liên kết với nhau thành kết cấu của cuộc sống hàng ngày cho tới khi không
thể phân biệt được với nhau”.Về bản chất, quan điểm của ông là trong tương lai sẽ tồn
tại các thiết bị tính toán khắp nơi trong môi trường thực mà người sử dụng hầu như
không cảm nhận được sự hiện diện của chúng.
2.1.2.2.2. Tính toán khắp nơi và hiện thực ảo.
Đối nghịch với tính toán khắp nơi, theo Mark Weiser đó là hiện thực ảo (Virtual
reality), trong hiện thực ảo “thế giới thực được mang vào máy tính” trong khi tính toán
khắp nơi lại “mang máy tính vào thế giới thực”. Theo ông hiện thực ảo dựa trên các
mô hình phức tạp của thế giới đang tồn tại hoặc thế giới tưởng tượng.
Mô hình này không chỉ đơn thuần tồn tại trong không gian ba chiều mà chúng còn
bao gồm nhiều mô tả tĩnh và động đã được mô hình hóa, hiện thực ảo tập trung các
công cụ phức tạp để mô phỏng thếgiới hơn là ẩn mình trong thế giới mà chúng tồn tại,
trong thế giới đó con người được đặt trong môi trường do máy tính tạo ra, ngược lại

trong tính toán khắp nơi con người sống trong thế giới thực và vẫn tận dụng được
những khả năng to lớn của máy tính. Chẳng hạn trong một số dự án người sử dụng
được đeo một loại kính đặc biệt trong các cảnh nhân tạo, đeo găng tay hay thậm chí
mặc một bộ đồ đặc biệt để có thể cảm nhận được những hiệu ứng khiến người sử dụng
có thể di chuyển và tương tác với các đối tượng ảo… Khi độ phức tạp của các mô hình
tăng lên, ngày càng nhiều khía cạnh của thế giới thực được mô phỏng trong hiện thực
ảo, cuối cùng hầu hết mọi thứ xuất hiện trong thế giới ảo thậm chí là con người trở
thành vai trò phụ đối với máy tính.
Mặc dù hiện thực ảo có thể đạt được mục đích riêng trong việc cho phép con
người khám phá, học tập, tìm hiểu một lĩnh vực nào đó mà bình thường con người
không thể có điều kiện hoặc khả năng tiếp cận chẳng hạn như phía bên trong các ô, bề
mặt của các hành tinh nào đó, mạng thông tin của các cơ sở dữ liệu phức hợp…
Tuy nhiên Mark Weiser vẫn phủ định vai trò trung tâm của máy tính trong hiện
thực ảo đồng thời đề xuất mô hình tính toán khắp nơi nhằm đảo ngược vai trò trên,
trong đó loại bỏ vai trò trung tâm của máy tính bằng cách nhúng chúng vào môi trường
hoặc trong các đối tượng vật lý, trong các căn phòng được thiết kế sao cho con người
23


trở thành trung tâm… Trong tình huống này, ông sử dụng thuật ngữ “cảm xúc ảo”
(embodied virtuality) để thay thế cho cụm từ “Ubiquitous computing” (tính toán khắp
nơi). Hình dưới do Mark Weiser đưa ra nhằm mô tả rõ hơn quan điểm của ông về sự
đối lập giữa tính toán khắp nơi và hiện thực ảo.

Hình 2.6. So sánh của Mark Weiser về hiện thực ảo và Ubiquitous Computing
2.1.2.2.3. Công nghệ Calm
Mark Weiser và Seely Brown đã sử dụng thuật ngữ “công nghệ calm” (calm
technology) để mô tả một khía cạnh quan trọng khác trong lĩnh vực ubicomp: Thực tế
là máy tính không còn giữ vị trí độc tôn trong trung tâm sự chú ý của người sử dụng.
Trong nhiều trường hợp các công việc tính toán có thể hoàn toàn diễn ra sau hậu

trường và tạo ra tác động tới nhận thức bên ngoài của người dùng theo cách khiêm tốn.
Như vậy, tính toán khắp nơi là quan điểm về thế hệ máy tính kế tiếp trong đó con
người và máy tính được xem như sẽ hợp nhất với nhau. Tất cả các hành động tự nhiên
của con người đều được tăng cường trong khía cạnh tính toán. Năng lực tính toán này
thường được nhúng với các hoạt động của con người theo cách mà các thiết bị tính
toán vô hình trong bối cảnh nào đó. Nó đi ngược lại với khái niệm về cách tương tác
với máy tính mà hiện nay chúng ta đang tiến hành. Thách thức lớn nhất mà chúng ta
phải đối mặt trong việc hiện thực hoá khái niệm tính toán khắp nơi đó là sự kết hợp
của nhiều công nghệ liên quan. Các công nghệ liên quan bao gồm phần cứng, phần
mềm, cảm biến thực, liên kết với người sử dụng và triển khai, tính tỷ lệ, an toàn và
riêng tư. Tính toán khắp nơi là một lĩnh vực phong phú cho các nhà nghiên cứu trong
đó các quy tắc chưa được vạch ra và biên giới chưa được định hình đầy đủ.
2.1.2.2.4. Tính toán khắp nơi và bài toán định vị.
Trong tính toán khắp nơi chúng ta cần phải giải quyết nhiều vấn đề phức tạp khác
nhau chẳng hạn như các vấn đề về mặt công nghệ, công suất tiêu thụ, tính bảo mật…
24


Một trong những bài toán quan trọng mà chúng ta cần giải quyết đó là vấn đề về xác
định vị trí của các đối tượng hay còn gọi là bài toán định vị.
Các hệ thống định vị trong môi trường bên ngoài (outdoor), chẳng hạn như GPS
đã được triển khai hết sức rộng rãi và mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong nhiều ứng
dụng. Với môi trường trong nhà (indoor) đã có nhiều công nghệ và phương pháp khác
nhau được khai thác sử dụng trong các hệ thống định vị, tuy nhiên phần lớn trong số
chúng có giá thành tương đối cao và đang trong quá trình nghiên cứu hoàn thiện. Để
xác định được vị trí của một đối tượng trong môi trường indoor thường chúng ta phải
kết hợp nhiều vấn đề công nghệ, phương pháp với nhau, đây là những công việc tương
đối phức tạp về mặt công nghệ và kỹ thuật.
2.1.2.3. Điện thoại di động( Mobile Telephony)
2.1.2.3.1. Giới thiệu về điện thoại di động

Mobile Telephony ( Điện thoại di động ) được trưởng thành từ ngành công nghiệp
điện thoại với những hứa hẹn trong mạng điện thoại truy nhập rộng khắp.

Hình 2.7. Mô hình hệ thống mạng thông tin di động tế bào
Điện thoại di động thường được gọi là điện thoại tế bào bởi vì trong điện thoại di
động hoạt động theo cấu trúc của mạng không dây. Các mạng được chia thành các tế
bào nơi mỗi điện thoại được kết nối với một tế bào xác thực tại bất kỳ thời điểm nào.
Một tế bào bao gồm một khu vực vật lý có kích thước được xác định bởi các nhà điều
hành mạng. Vì mỗi tế bào thường xử lý một số lượng hạn chế các cuộc gọi điện thoại
đồng thời, các nhà khai thác mạng có kế hoạch mạng lưới của họ để các tế bào nhỏ
hơn và nhiều hơn ở những nơi khai thác mong đợi nhiều người thực hiện cuộc gọi điện
thoại. Mỗi tế bào được điều hành bởi một tháp di động trên đó một trạm thu phát
không dây được gắn kết.
25