Ứng dụng công nghệ m2m phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện

Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu
thập số liệu và tính cước cho ngành điện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số
liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Học viên

Trần Đình nghĩa

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

1

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu
thập số liệu và tính cước cho ngành điện

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình nghiên cứu đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của
các thầy cô trong viện Điện tử - viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thầy

giáo hướng dẫn, bạn bè, người thân và đồng nghiệp, tôi đã hoàn thành được luận văn
của mình.
Nhân đây, tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn Viện Điện tử - viễn thông, Viện
Đào tạo sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi,
động viên giúp đỡ tôi hoàn thành nghiên cứu của mình.
Và đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo TS. Nguyễn Xuân Dũng,
người đã định hướng, giúp đỡ, chỉ bảo cho tôi rất tận tình, chu đáo trong từng giai
đoạn mà tôi nghiên cứu, đảm bảo hoàn thành luận văn đúng tiến độ và đảm bảo được
các yêu cầu đề ra.
Cuối cùng, xin được gửi lời cảm ơn người thân, bạn bè, đồng nghiệp, những
người đã luôn bên cạnh, động viên, là động lực giúp tôi hoàn thành luận văn của mình.
Tác giả luận văn

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

2

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu
thập số liệu và tính cước cho ngành điện

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ 2
MỤC LỤC ...................................................................................................................... 2
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. 6
DANH SÁCH HÌNH VẼ ............................................................................................... 7
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 9

1. Giới thiệu đề tài......................................................................................................... 9
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................. 9
3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 9
4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 10
Chương 1 ...................................................................................................................... 12
TỔNG QUAN VỀ M2M ............................................................................................. 12
1.1. Giới thiệu về M2M ................................................................................................. 12
1.1.1. Định nghĩa ................................................................................................................... 12
1.1.2. Kiến trúc M2M ........................................................................................................... 12
1.2. Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M ................................................................................ 13
1.3. Cơ hội và thách thức cho thị trường M2M ............................................................. 15
1.3.1. Cơ hội cho thị trường M2M ...................................................................................... 16
1.3.2. Thách thức cho thị trường M2M .............................................................................. 17
1.4. Xu hướng công nghệ kết nối M2M ......................................................................... 18
1.4.1. Xu hướng chung ................................................................................................. 18
1.4.2. Các lĩnh vực áp dụng mô hình M2M .................................................................. 22
1.4.3. Tình hình chung thị trường M2M tại Việt Nam ................................................. 23
1.5. Mô hình M2M của ngành điện lực tại Việt Nam .................................................... 26
1.5.1. Mục tiêu của Đề án phát triển lưới điện thông minh ............................................. 26
1.5.2. Lộ trình phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam.......................................... 28
1.5.3. Tình hình thực tế triển khai lưới điện thông minh tại Việt Nam .......................... 32
Chương 2 ...................................................................................................................... 35
GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

3

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu

thập số liệu và tính cước cho ngành điện

PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ..................................................................... 35
2.1. Hệ thống thông tin di động GSM ............................................................................ 35
2.1.1. Các hệ thống thông tin di động ................................................................................. 35
2.1.2. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM ............................................................. 37
2.1.3. Các đặc điểm của hệ thống thông tin di động GSM .............................................. 37
2.1.4. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS .......................................................................... 39
2.2. Phương thức truyền dữ liệu..................................................................................... 41
2.2.1. Bộ giao thức TCP/IP .................................................................................................. 41
2.2.2. Phương thức truyền dữ liệu GET và POST trong HTML ..................................... 44
2.3. Sơ đồ phân cấp chức năng hệ thống ....................................................................... 45
2.3.1. Sơ đồ khối tổng quan hệ thống ................................................................................. 45
2.3.2. Sơ đồ phân cấp chức năng của hệ thống ................................................................. 46
2.4. Thiết kế bảng cơ sở dữ liệu ..................................................................................... 46
2.4.1. Bảng người dùng: user ............................................................................................... 46
2.4.2. Bảng thông tin khách hàng: thong_tin_KH ............................................................ 47
2.4.3. Bảng tiêu thụ điện năng dien_nang .......................................................................... 47
2.4.4. Bảng tiền điện sử dụng tien_dien ............................................................................. 49
Chương 3 ...................................................................................................................... 50
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ........................................................................................... 50
3.1. Xây dựng phần cứng ............................................................................................... 50
3.1.1. Công tơ điện tích hợp mạch đếm xung .................................................................... 50
3.1.2. Bộ thu phát dữ liệu ..................................................................................................... 52
3.2. Xây dựng phần mềm ............................................................................................... 61
3.2.1. Lưu đồ thuật toán ....................................................................................................... 61
a. Chức năng xử lý và gửi dữ liệu lên server ..................................................................... 61
b. Chức năng cập nhật dữ liệu từ client ............................................................................ 62
c. Chức năng gửi thông báo cước...................................................................................... 62
3.2.2. Lập trình điều khiển hệ thống ................................................................................... 63

a. Lập trình cho phía client ................................................................................................ 63
b. Lập trình cho phía server ............................................................................................... 65
GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

4

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu
thập số liệu và tính cước cho ngành điện

Chương 4 ...................................................................................................................... 67
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .......................................................................................... 67
4.1. Mô hình hệ thống .................................................................................................... 67
4.1.1. Mô hình phía client .................................................................................................... 67
4.1.2. Giao diện trang dành cho khách hàng ...................................................................... 68
4.1.3. Giao diện chức năng quản trị .................................................................................... 69
4.2. Vận hành kiểm thử .................................................................................................. 69
4.3. Đánh giá kết quả ..................................................................................................... 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 73
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 74

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

5

HV: Trần Đình Nghĩa

Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu
thập số liệu và tính cước cho ngành điện

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
M2M
ETSI
PAN
2G, 3G
BSS
BTS
CBGV
CDMA
CEPT

Tiếng Anh
Machine to Machine
European Telecommunications
Standards Institute
Personal Area Network
Second Generation, Third
Generation,
Base Station Subsystem
Base Transceiver Station

Thế hệ thứ 2, 3

Code Division MultiAccess
European Conference of Postal

and Telecommunications
Administrations

Đa truy nhập phân chia theo mã

ETSI

Equipment Identity Register
European Telecommunications
Standards Institute

FDMA

Frequency Division MultiAccess

GPRS

General Packet Radio Service
Global System for Mobile
Communications

GSM

IMSI
ISDN

Tổ chức bưu chính viễn thông
châu Âu
Bộ nhận dạng thiết bị
Tổ chức Tiêu chuẩn Viễn thông

Châu Âu
Đa truy nhập phân chia theo tần
số
Dịch vụ vô tuyến gói chung
Mạng di động toàn cầu
Học sinh sinh viên

HSSV
IMEI

Phân hệ trạm gốc
Trạm gốc
Cán bộ giáo viên (giảng viên)

Cơ sở dữ liệu

CSDL
EIR

Tiếng Việt

International Mobile Equipment
Identity
International mobile subscriber
identity
Integrated Services for Digital
Network

LMSI

Local Mobile Subscriber Identity

MS
MSC
PDU
PLMN
SIM
SMS

Mobile Station
Mobile Switching Center
Protocol Data Unit
Public Land Mobile Network
Subscriber Identity Module
Short Message Service

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

6

Số liệu nhận dạng di động quốc
tế
Bộ nhận dạng máy di động quốc
tế
Mạng số tích hợp đa dịch vụ
số nhận dạng thuê bao di động
nội bộ
Máy di động
Trung tâm chuyên mạch di động
Đơn vị dữ liệu giao thức

Mạng di động mặt đất
Thẻ đăng ký
Dịch vụ bản tin ngắn
HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu
thập số liệu và tính cước cho ngành điện

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Kiến trúc mô hình M2M ................................................................................ 12
Hình 1.2: Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M ....................................................................... 14
Hình 1.3: Các công nghệ kết mối M2M ........................................................................ 19
Hình 1.4: Xu hướng các công nghệ mạng WAN M2M .................................................. 20
Hình 1.5: Mô hình chuyển đổi IMSI qua OTA .............................................................. 20
Hình 1.6: Cơ chế thay đổi IMSI cho SIM M2M ............................................................ 21
Hình 1.7: Các lĩnh vực áp dụng mô hình M2M ............................................................ 22
Hình 1.8: Số lượng kết nối M2M theo ngành vào năm 2020 ........................................ 23
Hình 1.9: Dự báo số lượng kết nối M2M tại Việt Nam ................................................. 24
Hình 1.10: Các lĩnh vực ứng dụng M2M tại Việt Nam ................................................ 24
Hình 2.1: Khái quát bộ giáo thức TCP/IP ................................................................... 44
Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống ....................................................................................... 45
Hình 2.3: Sơ đồ tổng quát chức năng hệ thống ............................................................. 46
Hình 2.4: Bảng người dùng ........................................................................................... 46
Hình 2.5: Bảng thông tin khách hàng ........................................................................... 47
Hình 2.6: Bảng danh sách khách hàng ......................................................................... 47
Hình 2.7: Bảng điện năng ............................................................................................. 48
Hình 2.8: thông tin sử dụng điện năng của khách hàng ............................................... 48
Hình 2.9: Bảng tiền điện ............................................................................................... 49
Hình 2.10: Bảng giá cước tiền điện hàng tháng ........................................................... 49

Hình 3.1: Công tơ điện một pha .................................................................................... 51
Hình 3.2: Cảm biến thu phát hồng ngoại ...................................................................... 51
Hình 3.3: Mạch thu thập dữ liệu ................................................................................... 52
Hình 3.4: Một số chân chức năng của mạch arduino Uno R3 ...................................... 54
Hình 3.5: Phần mềm lập trình cho mạch Arduino ........................................................ 55
Hình 3.6: IC SIM 900A và module SIM 900A ............................................................... 58
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý IC Sim 900A ....................................................................... 58
GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

7

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu
thập số liệu và tính cước cho ngành điện

Hình 3.8: Sơ đồ chân Breakout SIM900A ..................................................................... 59
Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán xử lý và gửi dữ liệu lên server ......................................... 61
Hình 3.10: Lưu đồ thuật toán cập nhật dữ liệu từ client ............................................... 62
Hình 3.11: Lưu đồ thuật toán gửi thông báo cước ........................................................ 63
Hình 3.12: Minh họa lập trình cho phía client .............................................................. 64
Hình 3.13: Minh họa lập trình cho phía Server ............................................................ 66
Hình 4.1: Mô hình client ............................................................................................... 67
Hình 4.2: Giao diện trang chủ ...................................................................................... 68
Hình 4.3: Giao diện thông tin tiền cước khách hàng .................................................... 68
Hình 4.4: Chức năng quản lý khách hàng ..................................................................... 69
Hình 4.5: Kết quả thử nghiệm hệ thống ........................................................................ 70

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

8

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu
thập số liệu và tính cước cho ngành điện

MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu đề tài
Mô hình M2M (Machine-to-Machine) đang ngày càng được triển khai rộng rãi
trên toàn thế giới trong rất nhiều lĩnh vực từ năng lượng, vận tải, an nình cho đến y tế,
xây dựng và bán lẻ v.v…Sự bùng nổ của thị trường M2M đã mở ra rất nhiều cơ hội
cho các thành viên trong chuổi cung ứng dịch vụ này từ các nhà sản xuất module kết
nối, các nhà sản xuất thiết bị đầu cuối M2M, các nhà mạng viễn thông cung cấp kết
nối cho đến các nhà cung cấp hạ tầng platform hỗ trợ triển khai dịch vụ M2M, các nhà
tích hợp hệ thống và các nhà phát triển ứng dụng M2M. Tại Việt Nam, thị trường
M2M tuy phát triển muộn hơn các nước trong khu vực nhưng cũng đã bắt đầu tăng
trưởng nhanh chóng trong những năm gần đây.
Chính vì vậy, đề tài đã thực hiện nghiên cứu kiến trúc tổng quan của một mô
hình M2M, thu thập các số liệu thống kê tình hình triển khai dịch vụ M2M trên thế
giới cũng như trong nước, qua đó thiết kế chế tạo mô hình giám sát điện năng tiêu thụ
từ xa.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tổng quan về mô hình M2M, tìm hiểu về
những ứng dụng của mô hình này trong các lĩnh vực khác nhau trên thế giới cũng như
ở Việt Nam hiện nay. Từ đó ứng dụng vào nghiên cứu thiết kế mô hình tự động đo
lường, thu thập dữ liệu và tính cước trong ngành điện.
Hệ thống tự động đo đếm điện năng của hộ gia đình, tự động tính toán và gửi số

liệu về máy chủ. Máy chủ sẽ cung cấp thông tin về việc sử dụng điện năng cho chủ hộ
biết bằng cách truy cập vào website dịch vụ.
3. Phương pháp nghiên cứu
a. Phân tích hệ thống
 Xác định mục tiêu của hệ thống:
Xác định yêu cầu là bước đầu tiên của quá trình phân tích hệ thống. Yêu cầu
được phát hiện và cấu trúc lại trên cơ sở các thông tin dữ liệu khảo sát và nghiên cứu
GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

9

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu
thập số liệu và tính cước cho ngành điện

hệ thống thực. Do vậy, kết quả cũng như chất lượng của nó có một ý nghĩa quyết định
chất lượng của hệ thống được xây dựng trong các bước sau này.
Sử dụng các phương pháp truyền thống để xác định yêu cầu như:
-

Phỏng vấn

-

Quan sát

-

Điều tra bằng hỏi

-

Nghiên cứu tài liệu

 Phân tích dữ liệu vào ra
Mục tiêu phân tích dữ liệu là xác định các thông tin cơ bản, cần thiết của hệ
thống, mô tả cấu trúc và mỗi quan hệ giữa chúng. Trên cơ sở những thông tin này để
có thể tổ chức lưu trữ và khai thác dữ liệu một cách hiệu quả. Ví dụ như: xác định các
dữ liệu đầu vào cho hệ thống bao gồm những gì, lấy từ đâu, dữ liệu đầu ra sau khi xử
lý là gì?

b. Thiết kế, xây dựng hệ thống
Trong phần thiết kế xây dựng hệ thống, đã nghiên cứu về các phương thức
truyền dữ liệu, để từ đó thiết kế xây dựng phần cứng và phần mềm cho phù hợp.
c. Vận hành kiểm thử và đánh giá hệ thống
Công việc tiếp theo sau khi xây dựng xong hệ thống sẽ là kiểm tra khả năng
hoạt động, các đảm bảo được các tính năng theo yêu cầu. Từ đó có thể kết luận, đánh
giá về hệ thống.
4. Nội dung nghiên cứu
Luận văn được chia thành 4 chương, bao gồm các nội dung cơ bản như sau:
Chương 1: Tổng quan: Giới thiệu tổng quan về mô hình M2M, ưu nhược
điểm, xu thế và tình hình ứng dụng của mô hình này trên thế giới cũng như của Việt
Nam từ trước đến nay.
Chương 2: Phân tích thiết kế hệ thống: Trong chương này tập trung nghiên
cứu về tổng quan mô hình hệ thống, phân tích các đối tượng dữ liệu vào ra và các
phương thức truyền dữ liệu.

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

10

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường, thu
thập số liệu và tính cước cho ngành điện

Chương 3: Xây dựng hệ thống: Chương thứ 3 tập trung xây dựng về phần
cứng cũng như phần mềm điều khiển, hiển thị của hệ thống.
Chương 4: Kết quả nghiên cứu: chương cuối cùng này trình bày những kết
quả nghiên cứu đã đạt được, vận hành thử những chức năng cơ bản của hệ thống.
Đồng thời cũng đánh giá một cách khách quan về những ưu điểm và hạn chế của hệ
thống.

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

11

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ M2M
1.1.

Giới thiệu về M2M

1.1.1. Định nghĩa
M2M là một khái niệm khá rộng thường được sử dụng để mô tả mô hình sử
dụng các các thiết bị đầu cuối (như cảm biến, máy đo, thiết bị định vị v.v…) để thu
thập các thông tin từ xa (như nhiệt độ, năng lượng tiêu thụ, vị trí v.v…) và sau đó
truyển qua mạng viễn thông không dây hoặc cố định đến các máy chủ ứng dụng
để phân tích, xử lý và tổng hợp thành các thông tin có ý nghĩa hơn phục vụ cho các
mục đích khác nhau (như quản lý, kinh doanh, an ninh v.v…).
1.1.2. Kiến trúc M2M
Kiến

trúc

chung

cho

mô

hình

M2M

được

ETSI

(European

Telecommunications Standards Institute) chuẩn hóa thành ba domain như hình vẽ
bên dưới bao gồm domain thiết bị đầu cuối M2M, domain mạng truyển tải và
domain ứng dụng M2M.

Hình 1.1: Kiến trúc mô hình M2M

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

12

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện

Thiết bị đầu cuối M2M: Các thiết bị có khả năng thu thập dữ liệu và gửi đến
máy chủ ứng dụng một cách tự động hoặc khi được yêu cầu. Các thiết bị đầu cuối
có thể kết nối đến mạng truyền tải theo hai cơ chế sau:
 Kết nối trực tiếp: Các thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng truyền tải thông
qua các thủ tục đăng ký (registration), xác thực (authentication), cấp
phép (authorization), quản lý và provisioning. Thiết bị đầu cuối có thể
cung cấp dịch vụ cho các thiết bị khác kết nối với nó;
 Kết nối thông qua Gateway: Các thiết bị đầu cuối kết nối đến mạng
truyển tải thông qua thiết bị M2M Gateway. Mạng M2M nội bộ (M2M
Area Network) được sử dụng để kết nối các thiết bị đầu cuối với M2M
Gateway. M2M Gateway đóng vai trò là một Proxy cho mạng truyền tải
và hỗ trợ mạng truyền tải thực hiện các chức năng xác thực, cấp phép,
quản lý và provisioning.
Mạng M2M nội bộ (M2M Area network): Mạng M2M nội bộ sử dụng các

công nghệ mạng PAN (Personal Area Network) như IEEE 802.15, ZigBee, SRD,
UWB v.v…
Mạng truyền tải (Communication Network): Mạng truyển tải giúp kết nối
các thiết bị đầu cuối hoặc M2M Gateway với các máy chủ ứng dụng. Mô hình
M2M có thể sử dụng các công nghệ sau cho mạng truyền tải: xDSL, vệ tinh, GSM,
GPRS, UMTS, LTE, W-LAN, WiMAX v.v…Mạng truyền tải có thể được chia nhỏ
thêm thành mạng truy cập (access), mạng truyền dẫn (transport) và mạng core.
Ứng dụng M2M: Ứng dụng chứa logic của dịch vụ M2M
1.2.

Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M
Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M bao gồm:
 Các nhà sản xuất thiết bị đầu cuối
 Các nhà sản xuất module kết nối để tích hợp vào thiết bị
 Các nhà cung cấp hạ tầng mạng truyền tải
 Các nhà cung cấp hạ tầng hỗ trợ quản lý, triển khai dịch vụ M2M

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

13

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện
 Các nhà phát triển ứng dụng, tích hợp hệ thống
 Các nhà cung cấp dịch vụ

Hình 1.2: Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M

Các thiết bị đầu cuối M2M rất đa dạng và thường chỉ thực hiện một số chức
năng nhất định tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng chẳng hạn như đồng hồ điện, thiết
bị giám sát xe v.v… Các thiết bị đầu cuối được tích hợp các module kết nối hỗ trợ
các giao diện vô tuyến di động hoặc các công nghệ kết nối vô tuyến phạm vi hẹp
(short-range wireless communication technologies) như Zigbeevà Zwave để có thể
trao đổi dữ liệu với mạng truyền tải. Các nhà sản xuất module kết nối có thể cung
cấp các modem hoặc gateway riêng biệc để các thiết bị đầu cuối kết nối trực tiếp
vào hoặc thông qua các công nghệ kết nối phạm vi gần. Một số nhà sản xuất cung
cấp các module/gateway nâng cao cho phép lập trình các ứng dụng M2M tích hợp
(embedded M2M application) trên các module/gateway này để thực hiện một số
chức năng như tổng hợp dữ liệu, quản lý việc gửi dữ liệu v.v…
Các nhà cung cấp mạng truyển tải có thể là các nhà mạng di động, các nhà
mạng cố định hoặc các nhà cung cấp đường truyền vệ tinh. Tuy nhiên, một số ứng
dụng M2M chỉ giới hạn trong một phạm vi nhỏ chẳng hạn như tòa nhà, khi đó mạng
truyền tải chỉ đơn giản là mạng LAN và lúc này các nhà mạng không tham gia vào
chuỗi cung ứng dịch vụ.

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

14

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện
Middleware cung cấp các tính năng giúp cho việc quản lý và triển khai các
dịch vụ M2M được hiệu quả hơn như tính năng quản lý thiết bị đầu cuối, quản lý
SIM, quản lý kết nối, tính năng hỗ trợ phát triển ứng dụng M2M. Middleware được
cung cấp thông qua các M2M Platform bởi các nhà mạng lớn hoặc các nhà cung cấp

M2M Platform như Jasper Wireless, Wyless và Aeris Communication. Một số nhà
mạng di động hợp tác với các nhà cung cấp M2M Platform theo mô hình SaaS
(Software as a Service).
Các nhà tích hợp hệ thống là những công ty cung cấp các giải pháp M2M
hoàn chỉnh bằng cách kết hợp các phần cứng và phần mềm cần thiết. Các nhà tích
hợp hệ thống có thể tự phát triển các ứng dụng M2M hoặc mua lại từ các nhà phát
triển ứng dụng M2M. Các nhà tích hợp hệ thống đóng vai trò đại diện cho các
KHDN trong việc lựa chọn các nhà cung cấp thiết bị đầu cuối, các nhà mạng và các
nhà cung cấp M2M Platform.
Các nhà cung cấp dịch vụ là những công ty, doanh nghiệp áp dụng mô hình
M2M vào hoạt động sản xuất kinh doanh của họ. Người dùng cuối cùng trong chuỗi
cung ứng dịch vụ M2M có thể là khách hàng hoặc nhân viên của nhà cung cấp dịch
vụ. Chẳng hạn như trong ứng dụng giám sát bệnh nhân từ xa, nhà cung cấp dịch vụ
là các bệnh viện, phòng khám và người dùng cuối cùng là các bác sĩ, y tá và bệnh
nhân. Trong ứng dụng đo lường thông minh (smart meter), nhà cung cấp dịch vụ là
các công ty cung cấp điện, nước, ga.
Chuỗi cung ứng dịch vụ M2M được mô tả ở trên có thể thay đổi tùy thuộc
vào thị trường cũng như lĩnh vực ứng dụng. Các nhà mạng, đặc biệt là các nhà
mạng di động ngày càng mở rộng vai trò của họ hơn trong chuỗi cung ứng dịch vụ
này, từ các nhà cung cấp đường truyền thuần túy cho đến cung cấp hạ tầng
middleware hỗ trơ quản lý và phát triển các dịch vụ M2M và thậm chí là đóng vai
trò là các nhà tích hợp hệ thống để cung cấp các giải pháp M2M hoàn chỉnh đến các
KHDN.
1.3.

Cơ hội và thách thức cho thị trường M2M
Thực tế hiện nay, mô hình M2M không thực sự là một khái niệm mới hay

một cuộc cách mạng về công nghệ, nó đã được sử dụng trong một số lĩnh vực trong

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

15

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện
suốt hơn một thập kỷ qua. Thị trường M2M đã và đang tăng trưởng và phát triền khi
mà ngày càng có nhiều ngành hơn ứng dụng mô hình M2M vào công việc sản xuất
kinh doanh.
1.3.1. Cơ hội cho thị trường M2M
Một số thuận lợi chính có khả năng thúc đẩy thị trường M2M tăng trưởng
mạnh trong thời gian tới như sau:
 Chi phí cho thiết bị đầu cuối và kết nối thấp: Những tiến bộ trong ngành
vật liệu bán dẫn và công nghệ vô tuyến cùng với việc chuẩn hóa các giao thức kết
nối mạng WAN dẫn đến giá thành cho các module kết nối giảm. Bên cạnh đó thì
các nhà mạng ngày càng cung cấp nhiều gói cước mềm dẻo, linh hoạt hơn cho các
nhà cung cấp dịch vụ M2M giúp giảm được chi phí kết nối qua đó thúc đẩy thị
trường M2M phát triển.
 Các mạng viễn thông di động và cố định IP được triển khai rộng khắp:
IP đã trở thành nền tảngchung cho hầu hết các loại mạng khác nhau và hầu
hết các nhà mạng trên thế giới triển khai hạ tầng mạng IP của họ với qui mô quốc
gia hoặc thậm chí là qui mô toàn cầu. Việc sử dụng chung một nền tảng công nghệ
kết nối giúp đơn giản hóa việc triển khai và quản lý các thiết bị đầu cuối cũng như
các ứng dụng.
 Vùng phủ rộng khắp của các mạng viễn thông: Trong giai đoạn đầu khi thị
trường M2M mới phát triển, các mạng viễn thông thường không cung cấp vùng phủ
đủ rộng cũng như không đáp ứng được tốt các yêu cầu kỹ thuật về mặt kết nối cho

các ứng dụng M2M. Sự phát triển của các mạng băng rộng cố đinh và di động giúp
cho các ứng dụng M2M có thể được triển khai với qui mô lớn hơn với khả năng lựa
chọn được nhiều nhà cung cấp mạng kết nối.
 Các yêu cầu pháp lý: Hiện tượng nóng lên toàn cầu tạo ra một xu hướng
sử dụng công nghệ mới đó là việc sử dụng các công nghệ xanh. Chính phủ của các
quốc gia trên thế giới đang thúc đẩy việc phân phối và sử dụng năng lượng một
cách hiệu quả hơn. Công nghệ thông tin và viễn thông đóng một vai trò quan trọng
trong việc giảm thiểu khí thải nhà kính bằng cách giám sát và điều khiển việc tiêu
thụ năng lượng một cách chặt chẻ hơn. Điều khiển và giám sát từ xa là một trong

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

16

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện
những ứng dụng quan trọng của mô hình M2M và thúc đẩy sự phát triển của công
nghệ M2M trong lĩnh vực công nghệ xanh.

1.3.2. Thách thức cho thị trường M2M
Bên cạnh các cơ hội thì thị trường M2M cũng phải đối mặt với một số thách
thực không nhỏ, đặc biệt là khi các dịch vụ được tiển khai với qui mô lớn. Một số
rào cản cho sự phát triển của thị trường M2M như sau:
 Nhiều tiêu chuẩn chưa được hoàn thiện dẫn đến phân mảnh thị trường: Có
rất nhiều tiêu chuẩn được đưa ra để cùng giải quyết một vấn đề nhưng không có tiêu
chuẩn nào đủ hoàn thiện để có thể đáp ứng được yêu cầu cho một giải pháp M2M
hoàn thiện. Ví dụ ZifgBee, Zwave, Wireless HART, IERF 6LowPAN/ROLL đều là

các tiêu chuẩn cho công nghệ kết nối phạm vi gần giữa các thiết bị đầu cuối và các
router/gateway. Các tiêu chuẩn cho lớp ứng dụng (application level) được xây dựng
cho một số lĩnh vực như y tế và đo lường năng lượng thông minh, tuy nhiên cũng
không có một quy chuẩn chung nào. Hầu hết các ứng dụng kết nối đến các thiết bị
đầu cuối sử dụng các giao thức riêng do đó làm cho việc tích hợp hệ thống trở nên
phức tạp dẫn đến chi phí cho việc tích hợp tương đối cao.
 Rào cản pháp lý: Các vấn đề pháp lý có thể gây cản trở cho việc triển khai
M2M ở quy mô toàn cầu do sự khác nhau về luật pháp tại mỗi nước. Các quy định
pháp lý có thể liên quan đến lớp ứng dụng chẳng hạn như các thông tin về sức khỏe
cần phải được thu thập, lưu trữ và phổ biến như thế nào hoặc thậm chí liên quan đến
lớp kết nối. Ngoài ra, giấy phép triển khai có thể phải được cấp riêng tại mỗi nước,
mỗi khu vực làm cho chi phí triển khai tăng thêm.
 Tính bảo mật và tính riêng tư: Trong một số lĩnh vực M2M, thông tin từ
các thiết bị sở hữu bởi các cá nhân được thu thập do đó có một xu hướng phản đối
việc thu thập thông tin này do vi phạm quyền riêng tư. Chẳng hạn như khi tất cả
hàng hóa con người mua đều được gắn chip kể cả ví tiền của họ, khi đó thông tin về
ví trí của người dùng, hành vi tiêu dùng của họ sẽ được thu thập. Xu hướng phản
đối này liên quan đến quyền riêng tư này có thể kiềm hảm sự phát triển của thị
trường M2M
 Khó khăn trong việc thay đổi nhà cung cấp đường truyền: Một trở ngại
của các KHDN khi triển khai mô hình M2M sử dụng mạng viễn thông di động làm
GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

17

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện

đường truyển là khó khăn trong việc thay đổi nhà cung cấp hạ tầng truyền tải. Một
số loại thiết bị đầu cuối được tích hợp sẳn SIM và không thể tháo rời và do đó
không thể thay đổi nhà mạng. Thậm chí nếu SIM có thể tháo rời được, thì chi phí
nhân công để thay đổi SIM cho hàng ngàn thiết bị đầu cuối cũng rất tốn kém. Điều
này gây khó khăn cho các KHDN muốn thay đổi nhà mạng trước khi thiết bị khấu
hao hết. Một giải pháp cho vấn đề này là mô hình nhà các mạng sử dụng chung
băng thông.
 Khó khăn về mặt công nghệ: Một số khó khăn về mặt kỹ thuật cũng cần
được giải quyết để thị trường M2M có thể phát triển tốt hơn, chẳng hạn như các vấn
đề liên quan đến quản lý thiết bị đầu cuối, cơ chế xác thực thiết bị đầu cuối, các cơ
chế tính cước .v.v..
1.4.

Xu hướng công nghệ kết nối M2M

1.4.1. Xu hướng chung
Tổ chức Machina Research dự báo số lượng kết nối M2M toàn cầu được sẽ
tăng từ 2 tỷ trong năm 2011 lên 18 tỷ kết nối vào năm 2022 với tốc độ tăng trưởng
hàng năm là 22%. Hiện tại, khoảng 23% thiết bị có kết nối được phân loại là thiết bị
M2M, đến năm 2022 con số này được dự báo sẽ tăng lên khoảng 61%.
Trong số các công nghệ được sử dụng để truyển tải thông tin từ các thiết bị đầu
cuối đến các máy chủ ứng dụng, công nghệ kết nối phạm vi hẹp được sử dụng
nhiều nhất và sẽ chiếm khoảng 73% các kết nối M2M vào năm 2022. Lý do công
nghệ này được sử dụng nhiều là do kết nối từ các thiết bị đầu cuối đến các máy chủ
ứng dụng có thể triển khai theo 2 mô hình là mô hình kết nối trực tiếp và mô hình
kết nối qua gateway, trong trường hợp sử dụng mô hình thứ 2, các dịch vụ M2M
chủ yếu sử dụng công nghệ kết nối phạm vi hẹp được kết nối nhiều thiết bị đầu cuối
vào một gateway do đó tương ứng với một kết nối mạng WAN có thể có rất nhiều
kết nối sử dụng kết nối phạm vi hẹp.

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

18

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện

Hình 1.3: Các công nghệ kết mối M2M
Các kết nối sử dụng công nghệ di động sẽ tăng trường từ 146 triệu kết nối
vào cuối năm 2011 lên 2,6 tỷ kết nối vào cuối năm 2022. Hiện tại số lượng kết nối
M2M di động chỉ chiểm khoảng 2% tổng số kết nối M2M, tuy nhiên vào năm 2022
con số này dự kiến sẽ đạt khoảng 22% tổng số các kết nối M2M. Trong số các công
nghệ di động thì công nghệ 2G, đặc biệt là GPRS đang được sử dụng nhiều nhất,
tuy nhiên trong tương lai công nghệ 3G và LTE sẽ được sử dụng nhiều hơn do ngày
càng có nhiều ứng dụng M2M yêu cầu băng thông cao vì vậy đến năm 2022 số
lượng kết nối M2M 3G và LTE chiểm khoảng 99% tổng số các kết nối M2M di
động.
Như vậy, nếu không tính công nghệ kết nối phạm vi hẹp thì có thể thấy là
công nghệ di động sẽ thống trị thị trường cung cấp đường truyền cho các dịch vụ
M2M nhờ một số lợi thế nhất định của công nghệ này, chẳng hạn sự đơn giản trong
việc triển khai và khả năng hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi việc quản lý tính di động
của các thiết bị đầu cuối. Ngược lại mạng cố định được dự báo sẽ không được các
dịch vụ M2M sử dụng nhiều trong tương lai.

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

19

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện

Hình 1.4: Xu hướng các công nghệ mạng WAN M2M
[Nguồn: Machina Reseach]

Mặc dù có nhiều lợi thế, tuy nhiên công nghệ kết nối di động vẫn còn một
hạn chế khiến cho việc triển khai các dịch vụ M2M gặp nhiều khó khăn đó là khi
thiết bị roaming sang khu vực phủ sóng của một nhà mạng khác, chi phí cho các kết
nối M2M bị tăng lên đáng kể. Để giải quyết vấn đề trên thì một giải pháp đã được
đưa ra đó là mô hình Multiple IMSI SIMvới cơ chế thay đổi thông số IMSI của SIM
thông qua OTA. Với mô hình này thì một SIM card có thể được gán nhiều IMSI và
do đó được sở hữu chung bởi nhiều nhà mạng

Hình 1.5: Mô hình chuyển đổi IMSI qua OTA
GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

20

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện
Trong mô hình này, các nhà mạng sẽ hợp tác với một tổ chức thứ ba cung
cấp hạ tầng quản lý SIM M2M có nhu cầu roaming cho tất cả các nhà mạng này.

Các nhà mạng phải cung cấp các thông tin chi tiết của SIM như IMSI, MSISDN,
ICCID, SIM profile cho tổ chức quản lý SIM này. Cơ chế thay đổi IMSI khi thiết bị
di chuyển từ quốc gia này sang quốc gia khác như sau:
 Hệ thống quản lý SIM của nhà mạng chủ phát hiện trạng thái roaming
của SIM và gửi lệnh thay đổi IMSI dựa trên kịch bản kinh doanh đến hệ
thống quản lý SIM tập trung của tổ chức thứ ba.
 Hệ thống quản lý SIM tập trung sẽ gửi lệnh thay đổi IMSI đến mạng chủ
để cập IMSI tương ứng của nhà mạng khách cho SIM
 Sau khi được cập nhật IMSI, thiết bị có thể sử dụng dịch vụ với giá cước
trong nước của mạng khách

Hình 1.6: Cơ chế thay đổi IMSI cho SIM M2M

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

21

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện
1.4.2. Các lĩnh vực áp dụng mô hình M2M
Ngày nay, mô hình M2M ngày càng được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực
nhằm nâng cao tính hiệu quả trong công việc sản xuất, kinh doanh và quản lý. Tổ
chức Beecham Research đã đưa ra danh sách các ngành áp dụng mô hình M2M phổ
biển nhất như vận tải, năng lượng, xây dựng, an ninh, bán lẻ v.v… Mỗi lĩnh vực
thường bao gồm một số nhóm ứng dụng chính chẳng hạn như lĩnh vực vận tải bao
gồm các nhóm ứng dụng quản lý giao thông, nhóm ứng dụng quản lý phương tiện
vận tải, nhóm ứng dụng quản lý hạ tầng giao thông.

Hình 1.7: Các lĩnh vực áp dụng mô hình M2M
[Nguồn: Beecham Research]

Hiện tại, lĩnh vực có số lượng kết nối M2M nhiều nhất chính là lĩnh vực vận
tải, tuy nhiên theo dự báo của tổ chức Analysys Mason thì đến năm 2020 lĩnh vực
năng lượng sẽ là ngành áp dụng mô hình M2M nhiều nhất và chiếm 60% tổng số
GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

22

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện
lượng kết nối M2M. Ngoài ra, hai lĩnh vực khác cũng được dự báo là tăng trưởng
nhanh đó là ngành an ninh và y tế.

Hình 1.8: Số lượng kết nối M2M theo ngành vào năm 2020
[Nguồn: Analysys Mason]

1.4.3. Tình hình chung thị trường M2M tại Việt Nam
Tại Việt Nam, nhu cầu về dịch vụ M2M và đặc biệt là dịch vụ Cellular M2M
(dịch vụ M2M truyền dữ liệu qua mạng di động) ngày càng tăng vì các doanh
nghiệp Việt Nam ngày càng nhận thức được rằng mô hình M2M giúp cho công việc
của họ trong các lĩnh vực kinh doanh; quản lý giám sát thiết bị, máy móc; an ninh,
năng lượng, vận chuyển hàng hóa, quảng cáo v.v... đạt được hiệu quả cao hơn. Các
công ty vận tải, các ngân hàng và ngành điện lực là các đơn vị tiên phong trong việc
áp dụng mô hình M2M tại Việt Nam.

Theo dự báo của Machina Reserach số lượng kết nối M2M tại Việt Nam sẽ
tăng từ khoảng 800.000 kết nối trong năm 2013 lên đến gần 7.000.000 kết nối vào
năm 2020 với doanh thu bình quân cho mỗi kết nối (ARPU) là 3 USD 1 tháng.

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

23

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện

Hình 1.9: Dự báo số lượng kết nối M2M tại Việt Nam
[Nguồn: Machina Research]

Theo số liệu của Machina Research thì dẫn đầu số lượng kết nối M2M tại
Việt Nam là ngành điện lực với hai ứng dụng chính là lưới điện thông minh (smart
grid) và công tơ điện thông minh (smart meter) , chiếm 69% tổng số kết nối, tiếp
theo là ngành vận tải với ứng dụng quản lý phương tiện vận tải, chiếm khoảng 19%
tổng số kết nối.

Hình 1.10: Các lĩnh vực ứng dụng M2M tại Việt Nam
[Nguồn: Machina Research]

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

24

HV: Trần Đình Nghĩa


Ứng dụng công nghệ M2M phát triển hệ thống tự động hóa quá trình đo lường,
thu thập số liệu và tính cước cho ngành điện
Sự gia tăng nhu cầu ứng dụng mô hình M2M tại Việt Nam đẫn đến việc
ngày càng có nhiều nhà tích hợp hệ thống tại Việt Nam nghiên cứu và cung cấp các
giải pháp M2M cho các KHDN. Một số dịch vụ M2M truyền thống như lưới điện
thông minh, quản lý vận tải, nhà thông mình đã được triển khai khá phổ biến tại
Việt Nam, trong khi đó một số dịch vụ M2M mới đang được các nhà cung cấp hợp
tác thử nghiệm với một số doanh nghiệp.
Dịch vụ M2M
Vehicle Telematics
Smart Home/ Home
Security

Nhà cung cấp dịch vụ
- Có hơn 30 nhà cung cấp dịch vụ
- Hiện tại, có nhiều nhà cung cấp (DiGihome,
MVCORP, Astec…) nhưng theo kiểu các tính
năng nhỏ lẻ, không mang tính tổng thể.
- MVCorp, Ecapro, Astec, Quang Dũng …

ATM Monitoring

- Chưa được các ngân hàng áp dụng rộng rãi. Hiện

Solution

tại mới có MVCorp đưa giải pháp thử nghiệm trên

cây ATM của MB

BTS Management

- Các nhà cung cấp: Viettel, MV CORP, Astec,

Solution

Ecapro... ( có sản phẩm đầu 2012)

Giám sát trạm bơm từ

- Công ty Bách Việt (Bavitech - Sài Gòn) có giải

xa

pháp Cello của hãng Technolog (UK)
- Hiện tại, Panasonic đang là nhà tài trợ cho dự án

Real-time flood

thử nghiệm hiện đại hóa ngành Thủy văn. Việc

management system

hiện đại hóa ngành này đang được quan tâm chú
trọng và mới diễn ra ở giai đoạn sơ khởi.

Electric/Water/Energy
Smart mettering

Smart Grid

ATS, ABB
ATS là cty tiên phong về nghiên cứu và đã có giải
pháp SG.

GVHD: TS.Nguyễn Xuân Dũng

25

HV: Trần Đình Nghĩa