Xây dựng hệ thống giám sát phòng máy dựa trên công nghệ IoT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HẢI LÂM

XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT PHÒNG MÁY
DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IoT

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH
Mã số: 60.48.01.01

TOM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC MÁY TÍNH

Đà Nẵng, năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN TẤN KHÔI

Phản biện 1:
TS. Lê Thị Mỹ Hạnh
Phản biện 2:
TS. Nguyễn Quang Thanh

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc
sĩ Khoa học máy tính tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 8 tháng
12 năm 2018.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
− Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa.
− Thư viện Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Bách
khoa – ĐHĐN.


1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc
sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những
trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại
hoá đất nước. Và khái niệm “Internet of Things” không còn xa lạ và
mới mẻ với chúng ta. Một thế giới mà mọi thứ trong cuộc sống được
kết nối với Internet để truyền tải, trao đổi dữ liệu, từ đó người dùng có
thể tương tác, điều khiển và kiểm soát mọi hoạt động trong cuộc sống
thông qua những thiết bị thông minh như điện thoại hoặc máy tính
bảng.
Đánh giá về tình hình phát triển của Internet trong nước thời
gian qua, Việt Nam đang phát triển nhanh về số lượng người sử dụng
Internet và các thiết bị số, nhất là mạng xã hội và thiết bị di động.
Internet Việt Nam có hạ tầng mạng phát triển khá bền vững với ADSL,
TV cable, đặc biệt là hạ tầng cáp quang ở các thành phố lớn. Hiện nay,
mặc dù khái niệm IoT đã trở nên khá quen thuộc và được ứng dụng
khá nhiều trong các lĩnh vực của đời sống con người, đặc biệt ở các
nước phát triển có nền khoa học công nghệ tiên tiến. Tuy nhiên, những
công nghệ này chưa được áp dụng một cách rộng rãi ở nước ta, do
những điều kiện về kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu sử dụng.
Những dự án phát triển Internet of Things đang nổi lên ở rất
nhiều công ty công nghệ trên toàn thế giới. Hiện tại chỉ có khoảng 300

nghìn lập trình viên tham gia IoT nhưng đến 2020, thế giới sẽ cần tới
4.5 triệu lập trình viên. Một sản phẩm của Internet of Things đang phổ
biến hiện nay đó là Raspberry Pi. Một thiết bị phần cứng có chức năng
tương tự như một chiếc máy tính thu nhỏ, phục vụ cho nhiều nhu cầu
khác nhau như: học tập, giải trí, điều khiển các thiết bị phần cứng


2
khác…
Được sự định hướng người hướng dẫn, tôi đề xuất đề tài Xây
dựng hệ thống giám sát phòng máy dựa trên công nghệ IoT nhằm
mục tiêu xây dựng một thiết bị IoT để giám sát các thông số độ ẩm,
nhiệt độ và hình ảnh camera cho phòng máy chủ MobiFone với 40 tủ
Rack và hơn 150 thiết bị.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu Xây dựng hệ thống giám sát phòng máy dựa trên
công nghệ IoTcó chức năng giám sát, thu nhập thông tin và truyền tải
dữ liệu về Server trên mạng để phục vụ giám sát và quản lý.
Mục tiêu cụ thể:
- Xây dựng mô hình thiết bị nhúng và các thành phần
ngoại vi,
- Xây dựng các sơ đồ tích hợp, kết nối thiết bị,
- Lựa chọn hệ điều nhúng, phân tích mã nguồn, phát
triển chức năng,
- Cài đặt hệ điều hành nhúng vào thiết bị IoT,
- Xây dựng các mô đun chức năng xử lý dữ liệu,
- Xây dựng WebServer cho phép nhận dữ liệu từ thiết bị
IoT và hiển thị thông.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

- Cơ sở lý thuyết về IoT,
- Kiến trúc hệ thống IoT,
- Các giải pháp xây dựng và kết nối thiết bị IoT,
- Mô hình bảo mật cho IoT.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu các mô hình kết nối IoT phục vụ giám sát
và quản lý


3
- Nghiên cứu xây dựng hệ điều hành nhúng cho thiết bị
IoT
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết:
- Cơ sở lý thuyết về IoT,
- Cơ sở lý thuyết về các mô triển khai IoT,
- Phân tích các chức năng của hệ điều hành nhúng thiết
bị
Nghiên cứu thực nghiệm:
- Xây dựng hệ điều hành nhúng cho thiết bị IoT,
- Xây dựng mô hình kết nối và thử nghiệm.
5. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Luận văn được tổ chức thành ba chương với các nội
dung chính như sau:
Chương 1. Tổng quan về công nghệ IoT
Chương này, luận văn sẽ trình bày mô hình hệ thống, các thành
phần của một hệ thống, các công nghệ ứng dụng của một hệ thống IoT.
Từ đó tổng quan vấn đề cần nghiên cứu của luận văn.
Chương 2. Phân tích thiết kế hệ thống IoT giám sát môi trường
phòng máy

Chương này, phát biểu bài toán, thiết kế và xây dựng mô hình
hệ thống IoT giám sát, thiết kế chi tiết các chức năng chính của hệ
thống. Và từ đó phân tích và lựa chọn các công nghệ để triển khai hệ
thống.
Chương 3. Triển khai thực nghiệm hệ thống và đánh giá kết quả
Trên cơ sở nghiên cứu cơ bản về IoT, thiết bị cảm biến thông dụng,
đồng thời xuất phát từ thực tiễn phục vụ công việc giám sát nhiệt độ, độ
ẩm và hình ảnh camera phòng máy chủ nơi tôi làm việc, và xây dựng một
chương trình thực nghiệm (trên các thiết bị thật) để giám sát các thông số


4
về môi trường (nhiệt độ và độ ẩm) và hình ảnh camera phòng máy chủ.
Sau đó, chạy thử nghiệm chương trình, đánh giá các kết quả đạt được và
so sánh với mục tiêu, yêu cầu đặt ra đối với luận văn.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IOT
1.1 GIỚI THIỆU
IoT có thể được coi là một tầm nhìn sâu rộng của công nghệ và
cuộc sống. Từ quan điểm của tiêu chuẩn kỹ thuật, IoT có thể được xem
như là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, tạo
điều kiện cho các dịch vụ tiên tiến thông qua sự liên kết các “mọi thứ”.
IoT dự kiến sẽ tích hợp rất nhiều công nghệ mới, chẳng hạn như các
công nghệ thông tin máy móc-đến-máy móc, mạng tự trị, khai thác dữ
liệu và ra quyết định, bảo vệ sự an ninh và sự riêng tư, điện toán đám
mây. Như hình dưới, một hệ thống thông tin trước đây đã mang đến 2
chiều – “mọi thời gian giao tiếp” và “mọi địa điểm giao tiếp” giao tiếp.
Giờ IoT đã tạo thêm một chiều mới trong hệ thống thông tin đó là “mọi
thông tin giao tiếp” [3]
1.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG IoT
Bất kỳ một hệ thống IoT nào cũng được xây dựng lên từ sự kết

hợp của 4 lớp sau [5]:
- Lớp ứng dụng (Application Layer)
- Lớp hỗ trợ dịch vụ và ứng dụng (Service support and
application support layer)
- Lớp mạng (Network Layer)
- Lớp thiết bị (Device Layer)
1.2.1 Tầng ứng dụng
Lớp ứng dụng cũng tương tự như trong mô hình OSI 7 lớp, lớp
này tương tác trực tiếp với người dùng để cung cấp một chức năng hay


5
một dịch vụ cụ thể của một hệ thống IOT.
1.2.2 Hỗ trợ dịch vụ và tầng hỗ trợ ứng dụng
Nhóm dịch vụ chung: Các dịch vụ hỗ trợ chung, phổ biến mà
hầu hết các ứng dụng IOT đều cần, ví dụ như xử lý dữ liệu hoặc lưu
trữ dữ liệu.
Nhóm dịch vụ cụ thể, riêng biệt: Những ứng dụng IoT khác nhau
sẽ có nhóm dịch phụ hỗ trợ khác nhau và đặc thù. Trong thực tế, nhóm
dịch vụ cụ thể riêng biệt là tính toán độ tăng trưởng của cây mà đưa ra
quyết định tưới nước hoặc bón phân.
1.2.3 Tầng mạng
Tầng mạng có 2 chức năng [5]:
- Chức năng Networking: cung cấp chức năng điều khiển các
kết nối kết nối mạng, chẳng hạn như tiếp cận được nguồn tài nguyên
thông tin và chuyển tài nguyên đó đến nơi cần thiết, hay chứng thực,
uỷ quyền…
- Chức năng Transporting: tập trung vào việc cung cấp kết nối
cho việc truyền thông tin của dịch vụ/ứng dụng IoT.
1.2.4 Tầng thiết bị

Lớp Device chính là các phần cứng vật lý trong hệ thống IOT.
Device có thể phân thành hai loại như sau [5]:
- Thiết bị thông thường: Device này sẽ tương tác trực tiếp với
network: Các thiết bị có khả năng thu thập và tải lên thông tin trực tiếp
(nghĩa là không phải sử dụng gateway) và có thể trực tiếp nhận thông
tin (ví dụ, lệnh) từ các network. Device này cũng có thể tương tác gián
tiếp với network: Các thiết bị có thể thu thập và tải network gián tiếp
thông qua khả năng gateway. Ngược lại, các thiết bị có thể gián tiếp
nhận thông tin (ví dụ, lệnh) từ network. Trong thực tế, các Thiết bị
thông thường bao g m các cảm biến, các phần cứng điều khiển motor,
đèn …


6
1.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG IoT
1.3.1 Đặc tính cơ bản
Đặc tính cơ bản của một hệ thống IoT bao gồm [3],
[4]:
a. Tính kết nối liên thông với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể kết
nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc
tổng thể.
b. Những dịch vụ liên quan đến “mọi thứ”: hệ thống IoT có khả
năng cung cấp các dịch vụ liên quan đến “mọi thứ”, chẳng hạn như bảo
vệ sự riêng tư và nhất quán giữa mọi thứ vậy lý và mọi thứ ảo. Để cung
cấp được dịch vụ này, cả công nghệ phần cứng và công nghệ thông tin
sẽ phải thay đổi.
c. Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là không đồng
nhất vì nó có phần cứng khác nhau, và mạng lưới khác nhau. Các thiết
bị giữa các mạng lưới có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết
của các mạng lưới.

d. Thay đổi linh hoạt: Trạng thái của các thiết bị tự động thay
đổi, ví dụ, ngủ và thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay
đổi, và tốc độ đã thay đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động
thay đổi.
e. Quy mô lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản
lý và giao tiếp với nhau. Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng
máy tính kết nối Internet hiện nay. Số lượng các thông tin được truyền
bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được truyền bởi con người.
1.3.2 Yêu cầu ở mức cao đối với một hệ thống IoT
Một hệ thống IoT phải thoả mãn các yêu cầu sau:
❖ Kết nối dựa trên sự nhận diện: Nghĩa là các “mọi thứ” phải
có ID riêng biệt. Hệ thống IOT cần hỗ trợ các kết nối giữa các “mọi
thứ”, và kết nối được thiết lập dựa trên định danh (ID) của mọi thứ.


7
❖ Khả năng cộng tác: hệ thống IoT khả năng tương tác qua lại
giữa các mạng và Things.
❖ Khả năng tự quản của mạng: Bao gồm tự quản lý, tự cấu hình,
tự recovery, tự tối ưu hóa và tự có cơ chế bảo vệ. Điều này cần thiết
để mạng có thể thích ứng với các lĩnh vực ứng dụng khác nhau, môi
trường truyền thông khác nhau, và nhiều loại thiết bị khác nhau.
❖ Dịch vụ thoả thuận: dịch vụ này để có thể được cung cấp bằng
cách thu thập, giao tiếp và xử lý tự động các dữ liệu giữa các “Things”
dựa trên các quy tắc (rules) được thiết lập bởi người vận hành hoặc tùy
chỉnh bởi các người dùng.
❖ Các khả năng dựa vào vị trí (location-based capabilities):
Thông tin liên lạc và các dịch vụ liên quan đến một cái gì đó sẽ phụ
thuộc vào thông tin vị trí của Things và người sử dụng. Hệ thống IoT
có thể biết và theo dõi vị trí một cách tự động. Các dịch vụ dựa trên vị

trí có thể bị hạn chế bởi luật pháp hay quy định, và phải tuân thủ các
yêu cầu an ninh.
❖ Bảo mật: Trong IoT, nhiều “Things” được kết nối với nhau.
Chình điều này làm tăng mối nguy trong bảo mật, chẳng hạn như bí
mật thông tin bị tiết lộ, xác thực sai, hay dữ liệu bị thay đổi hay làm
giả.
1.3.3 Thành phần cơ bản của hệ thống IoT [18]
Theo báo cáo nghiên cứu thị trường của tổ chức IoT Analytics,
kiến trúc của nền tảng IoT hiện đại cơ bản nhất, được miêu tả bao gồm
8 thành phần như sau:
Hình thức đơn giản nhất, một nền tảng IoT chỉ cho phép kết nối
giữa “sự vật” hoặc thiết bị. Kiến trúc cũng có thể bao gồm một nền
tảng phần mềm, một nền tảng phát triển ứng dụng hoặc một nền tảng
phân tích. Trong một hình thức phức tạp hơn, một nền tảng IoT đầu
cuối đích thực bao gồm tám khối kiến trúc quan trọng.


8
1.4 CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TRONG IoT
1.4.1 Công nghệ
a. Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) cho phép
một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp ở
khoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc giữa
hai vật không nhìn thấy.. Công nghệ này cho ta phương pháp truyền,
nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác. Kỹ thuật RFID sử dụng
truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu
từ các tag (thẻ) đến các reader (bộ đọc).
b. NFC (Near-Field Communications) là công nghệ kết nối
không dây phạm vi tầm ngắn trong khoảng cách 4 cm, sử dụng cảm
ứng từ trường để thực hiện kết nối giữa các thiết bị khi có sự tiếp xúc

trực tiếp hay để gần nhau. NFC được phát triển dựa trên nguyên lý
nhận dạng bằng tín hiệu tần số vô tuyến (Radio-frequency
identification - RFID), hoạt động ở dải băng tần 13.56 MHz và tốc độ
truyền tải dữ liệu tối đa 424 Kbps. Do khoảng cách truyền dữ liệu khá
ngắn nên giao dịch qua công nghệ NFC được xem là an toàn.
1.4.2 Giao thức truyền thông
a. Bluetooth là một công nghệ không dây cho phép truyền thông
giữa các thiết bị với nhau mà không cần cáp và dây dẫn. Nó là một
chuẩn điện tử, điều đó có nghĩa là các hãng sản xuất muốn có đặc tính
này trong sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêu cầu của chuẩn này
đối cho sản phẩm của mình. Những chỉ tiêu kỹ thuật này bảo đảm cho
các thiết bị có thể nhận ra và tương tác với nhau khi sử dụng công nghệ
Bluetooth
b. Z-Wave là tiêu chuẩn quốc tế cho các giao tiếp không dây
giữa các thiết bị khác nhau trong nhà và văn phòng. Mặc dù ra sau
nhưng với ưu điểm vượt trội Z-Wave nhanh chóng được đón nhận và
phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới. Đến nay chuẩn mở Z-Wave đã


9
có hơn 200 nhà cung cấp từ khắp các châu lục với tất cả các quy mô
khác nhau và cung cấp hơn 2.000 chủng loại sản phẩm phục vụ cho
các giải pháp nhà thông minh. Sự xuất hiện của chuẩn Z-Wave đã làm
thay đổi toàn bộ công nghệ mạng internet. Với chuẩn không dây ZWave đã mở ra cuộc cách mạng IoT.
c. WiFi là viết tắt của Wireless Fidelity là phương thức kết nối
không dây sử dụng sóng vô tuyến. WiFi được triển khai trên hầu hết
các thiết bị điện tử thông minh hiện nay để có thể kết nối với nhau và
kết nối Internet. WiFi được triển khai với mục đích truyền dữ liệu
không dây tốc độ cao, không cần đấu nối dây hay cáp mạng, triển khai
hạ tầng mạng một cách nhanh chóng.

1.5 CÁC ỨNG DỤNG CỦA IoT
a. Nhà thông minh: Có thể nói smart home chính là ứng dụng
được tìm kiếm nhiều nhất trên google. Vậy như thế nào được hiểu là
một ngôi nhà thông minh? Bạn sẽ có thể bật điều hòa, bình nóng lạnh
trước khi về nhà hay thậm chí tắt đèn ngay khi bạn không có nhà, bạn
có thể mở cửa cho bạn bè vào chơi trong khi bạn vẫn còn ở cơ quan.
b. Thành phố thông minh là một ứng dụng của IoT tạo được sự
tò mò của đông dảo người dân. Giám sát thông minh, vận chuyển tự
động, hệ thống quản lý năng lượng thông minh hơn, phân phối nước,
an ninh đô thị và giám sát môi trường tất cả là ví dụ về internet của các
ứng dụng cho thành phố thông minh.
c. Chăm sóc sức khỏe: Đây có thể nói là một lĩnh vực chưa được
khai phá hết của Internet of Things bởi những ứng dụng không ngờ mà
nó mang lại. Một hệ thống chăm sóc sức khỏe được kết nối cùng các
thiết bị y tế thông minh mang lại tiềm năng to lớn cho các công ty đầu
tư sản xuất.
d. Trong nông nghiệp: Nếu như trước đây toàn bộ quá trình trồng
trọt phụ thuộc lớn vào sức lao động của con người thì giờ đây nó hoàn


10
toàn có thể đơn giản hóa với sự xuất hiện của máy móc và công nghệ.
1.6 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU
1.6.1 Tính cấp thiết ứng dụng IoT để giám sát môi trường phòng
máy chủ MobiFone
a. Mô tả hiện trạng: Công ty Dịch vụ MobiFone Khu vực 3 là
một trong 25 đơn vị trực thuộc Tổng công ty Viễn thông MobiFone.
Phụ trách kinh doanh của 08 tỉnh thành trải dài từ Quảng Trị cho vào
đến Phú Yên.
Với yêu cầu công việc được đưa ra như vậy, là một thành viên

ở phòng Công nghệ thông tin nơi tôi làm việc chịu trách nhiệm về việc
quản trị hệ thống mạng lõi từ Tổng công ty cho đến các chi nhánh, cửa
hàng và đại lý MobiFone gồm các hệ thống: Firewall, Proxy, QRarda,
DLP, hệ thống ảo hóa....ngoài ra quản lý hệ thống máy chủ nơi lưu trữ
các ứng dụng, website…được phục vụ cho công tác kinh doanh, kèm
theo đó là hệ thống cơ sở dữ liệu lớn với hơn 150 loại thiết bị và hơn
40 tủ Rack.
Với công việc được phân công quản lý phòng máy chủ. Thì luôn
có một màn hình chung lớn để giám sát hình ảnh phòng máy chủ, giám
sát các đường truyền kết nối mạng tại các điểm, hiệu năng các thiết bị
mạng và server, SAN cũng như database. Ngoài ra, Cũng có các hệ
thống ngoại vị để tăng cường bảo vệ cho phòng máy chủ: có các hệ
thống bảo vệ xác nhận dấu vân tay, hệ thống điều hòa tập trung và các
hệ thống phòng cháy chữa cháy…
b. Yêu cầu thực tế: Do thời gian gần đây, biến đổi khí hậu và
các hiện tượng nên nhiệt độ không ở một mức ổn định luôn thay đổi,
kéo theo các thông số môi trường phòng máy chủ thay đổi. Dẫn đến
mất sự ổn định nhiệt độ và độ ẩm. Đặc biệt nữa, hệ thống giám sát các
thiết bị phòng máy chủ chưa có một hệ thống giám sát môi trường đặt
tại các thiết bị nên việc đưa ra các điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm vẫn


11
còn cảm tính chưa có một quy trình nghiêm ngặt để bảo vệ các thiết bị
tránh khỏi các yếu tố môi trường.
c. Các sự cố: Ngoài các sự cố về hế thống mạng tập trung ra thì
việc các thiết bị switch, router, firewall, server, SAN….phần cứng hay
bị hỏng như: hệ thống làm mát của thiết bị, hư mainboard, ram và đĩa
cứng lưu trữ.
d. Vấn đề giải quyết: Như vậy qua các trình bày ở trên, Ngoài

các yếu tố khác thì Nhiệt độ và độ ẩm là kẻ thù của mọi loại thiết bị
điện tử, trong phòng máy chủ thì 2 yếu tố này luôn cần phải được kiểm
soát chặt chẽ để đảm bảo sự hoạt động ổn định của hệ thống…Do đó
tính cấp thiết phải xây dựng một hệ thống giám sát môi trường phòng
máy chủ là rất quan trọng để giải quyết được bài toán đặt ra.
1.6.2 Tổng quan các nghiên cứu đã có
a. Giám sát nhiệt độ và độ ẩm: Hệ thống E-Sensor Iot rất đơn
giản và tiện gọn. Nó giám sát thông số môi trường ở kho lạnh đóng
đóng vai quan trọng trong bảo quản thực phẩm, dược phẩm và một số
sản phẩm đặc thù. Vì vậy, hệ thống giám sát nhiệt độ và độ ẩm trong
kho lạnh cần phải đảm bảo được sự chính xác, nhanh chóng và ổn định,
bởi chỉ cần một sự cố nhỏ trong hệ thống làm lạnh là đã có thể gây hư
hỏng thực phẩm được bảo quản trong kho lạnh, thậm chí tạo nên những
tổn thất lớn cho doanh nghiệp.
b. Ứng dụng camera giám sát: Ngày nay trong sự phát triển của
kỷ nguyên công nghệ, con người ngày càng sáng tạo và nghiên cứu ra
rất nhiều những sản phẩm ứng dụng thông minh phục vụ cho nhu cầu
cuộc sống sinh hoạt nay. Trong đó phải kế đến một thiết bị vô cùng
quan trọng thiết yếu được ứng dụng và xuất hiện nhiều nhất ở mọi nơi
đó là chiếc camera giám sát.
1.7 KẾT CHƯƠNG
Trong chương này trình bày một số vấn đề tổng quan về các


12
công nghệ IoT và các mô hình của hệ thống IoT, các công nghệ được
sử dụng và giao thức tryền thông để tạo ra một hệ thống IoT để từ đó
có các ứng dụng của IoT hiện nay. Tôi cũng tổng quan vấn đề cần
nghiên cứu và tính cấp thiết ứng dụng IoT để giám sát môi trường
phòng máy chủ MobiFone.

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG IoT GIÁM
SÁT MÔI TRƯỜNG
2.1 PHÁT BIỂU BÀI TOÁN
Hiện nay, với xu hướng thời đại công nghệ 4.0, áp dụng công
nghệ khoa học kỹ thuật vào trong mọi lĩnh vực hoạt động của xã hội,
với thế mạnh và tính cấp thiết của ứng dụng công nghệ thông tin vào
giám sát môi trường thì việc phát triển các công cụ giám sát là một lợi
thế để quản lý nhiệt độ và độ ẩm để tránh cho các thiết bị được bảo
quản trong điều kiện tốt. Đáp ứng với nhu cầu thự tế tại nơi tôi làm
việc thì chưa có hệ thống nào để giám sát môi trường cụ thể là nhiệt
độ và độ ẩm ở phòng máy chủ vậy nên hệ thống IoT giám sát môi
trường phòng máy chủ được đưa ra nhằm là công cụ linh hoạt, tiện
dụng cho người quản lý phòng máy chủ. Với hệ thống đó thì theo dõi
nhiệt độ, độ ẩm ở màn hình quản lý theo dõi các thông số phòng máy
chủ được đáp ứng nhu cầu và nó trở nên dễ dàng hơn. Bên cạnh theo
dõi được biểu đồ nhiệt độ từ đó có các điều chỉnh các thông số môi
trường cho đảm bảo phòng máy chủ.
Với vị trí công việc được giao phó ở công ty MobiFone quản lý
phòng máy chủ. Với quy mô phòng máy chủ công ty lên đến 40 tủ
Rack và hơn 150 thiết bị tin học, yêu cầu xây dựng hệ thống IoT để
giám sát môi trường phòng máy chủ vì nhiệt độ và độ ẩm là nguyên
nhân chính dẫn đến hư hỏng các thiết bị. Công ty yêu cầu xây dựng hệ
thống IoT giám sát môi trường phòng máy chủ với các chức năng chính


13
như sau:
❖ Chức năng hiển thị lên màn hình quản lý thông số nhiệt độ
và độ ẩm: Có hai cột hiển thị nhiệt độ và độ ẩm với thời gian lấy thông
số hiện tại.

❖ Các chức năng cảnh báo nhiệt độ và độ ẩm: Tùy vào thời
điểm đo được có các nhiệt độ và độ ẩm theo quy định phòng máy chủ.
Thì đưa ra các cảnh báo màu sắc ở màn hình hiển thị nhằm cảnh báo
cho người quản lý phòng máy chủ xem được cảnh báo để có các điều
chỉnh.
❖ Chức năng hiển thị lịch sử đồ thị nhiệt độ và độ ẩm: Dựa vào
từng thời điểm đo được nhiệt độ và độ ẩm sau đó sẽ hiển thị đồ thị tăng
giảm, từ đó xem và phân tích xem các thông số phòng máy được duy
trì ổn định như thế nào để từ đó có các điều chỉnh thích hợp.
❖ Chức năng quan sát hình ảnh phòng máy chủ: Sử dụng
camera kết nối thiết bị để đưa hình ảnh hiện tại lên giám sát.
❖ Chức năng cảnh báo cho người quản lý phòng máy chủ qua
tin nhắn sms đến điện thoại di động.
2.2 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG
IoT GIÁM SÁT
2.2.1 Kiến trúc hệ thống IoT giám sát
Hệ thống xây dựng tương tác với bộ điều khiển sử dụng bo mạch
Raspberry Pi để tương tác với các thiết bị trong phòng máy chủ. Hệ
thống gồm 2 phần xử lý chính:
- Phần 1: Xử lý tương tác giữa người dùng với hệ thống cung
cấp giao diện web giúp cho người dùng tương tác với hệ thống một
cách dễ dàng
- Phần 2: Xử lý chức năng hệ thống điều khiển các thiết bị chức
năng điều khiển thiết bị được xử lý bởi bo mạch Raspberry Pi tương
tác với ứng dụng web WebIopi đểu điều khiển hệ thống. Đó cũng là


14
nơi lưu trữ thông tin người dùng, lưu trữ các thiết lập của người dùng
vào cơ sở dữ liệu. Bộ điều khiển trung tâm sẽ điều khiển các thiết bị

được gắn kết trong hệ thống.
2.2.2 Mô hình giao tiếp của hệ thống
Hệ thống IoT được triển khai lắp đặt tại phòng máy chủ gồm các
thành phần và chức năng chính như sau:
- Thiết bị Raspberry đây là thành phần chính của hệ thống, nó
thu nhập các dữ liệu từ cảm biến đo được theo từng mốc thời gian được
định sẵn và từ thiết bị camera sau đó được đẩy lên cơ sở dữ liệu. Dựa
vào dữ liệu thu thập được từ đó có các cảnh báo khác nhau cũng như
hiển thị lịch sử dữ liệu cảm biến đo được
- Thiết bị cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được lắp đặt ở thiết bị
Raspberry tại thiết bị phòng máy chủ để đo được chính xác các thông
số môi trường được đẩy vào thiết bị Raspberry để đưa vào cơ sở dữ
liệu và phân tích dữ liệu thu thập được.
- Thiết bị camera gắn ở thiết bị thành phần chính Raspberry
nhằm lấy hình ảnh hiện tại của phòng máy chủ, thiết lập các cảnh báo
chuyển động của phòng máy chủ
2.3 THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA HỆ
THỐNG IoT GIÁM SÁT
- (1.1) và (1.2): Hệ thống thu thập camera hình ảnh từ phòng
máy chủ. Qua đó xác định được các chuyển động ở phòng máy chủ.
- (2): Hệ thống đọc các thông số nhiệt độ, độ ẩm đo được theo
từng thời điểm trong cơ sở dữ liệu được đẩy lên từ thiết bị cảm biến.
- (3): Nhiệt độ và độ ẩm của phòng máy chủ sẽ được cảm biến
thu thập.
- (4): Tùy theo nhiệt độ, độ ẩm môi trường vượt mức ngưỡng
cho phép sẽ có cảnh báo trên màn hình hiển thị website


15
- (5): Raspberry Pi thiết lập các chân của bo mạch của Raspberry

Pi để tương tác với các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và thiết bị camera
- (6): Hiển thị các thông số và hình ảnh lên web.
2.4 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC CÔNG NGHỆ
TRIỂN KHAI HỆ THỐNG
2.4.1 Công nghệ thiết bị
a. Raspberry Pi là một chiếc máy tính tí hon chạy hệ điều hành
Linux ra mắt vào tháng 2 năm 2012 với giá chỉ $25. Ban đầu Raspberry
Pi được phát triển dựa trên ý tưởng tiến sĩ Eben Upton tại đại học
Cambridge muốn tạo ra một chiếc máy tính giá rẻ để học sinh có thể
dễ dàng tiếp cận và khám phá thế giới tin học. Dự định khiêm tốn của
ông đến cuối đời là có thể bán được tổng cộng 1000 bo mạch cho các
trường học. Tuy nhiên với những ưu điểm nổi bật, hơn một triệu board
Raspberry Pi đã được bán ra chỉ trong vòng chưa đầy một năm.
b. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm:
Thông số kỹ thuật của linh kiện điện tử DHT22
Điện áp hoạt động
3.3V – 5.5V.
Dải do độ ẩm
0 - 100%.
Sai số độ ẩm
±2%.
Dải đo nhiệt độ
-40 – 80oC.
Sai số nhiệt dộ
±0.5oC.
Kích thước module
38 x 20mm (1.50 x 0.79")
Chuẩn giao tiếp
TTL, 1 wire.
Cách kết nối thiết bị cảm biến DHT22 và Raspberry Pi3

•
•
•

Chân + 3,3v trên cảm biến => dây đỏ => Chân PIN 01
3.3V trên PI 3
Chân GPIO trên cảm biến => dây xanh => Chân PIN 36
trên PI 3
Chân Mass trên cảm biến => dây đen => Chân PIN 06
trên PI 3


16
c. Thiết bị camera: Camera Module NoIR V2 mang trong mình
mọi tính năng, công dụng của Camera Module thông thường, tuy
nhiên có 1 điểm khác biệt là nó không sử dụng bộ lọc hồng ngoại
(NoIR = No Infrared). Điều này có nghĩa là hình ảnh bạn chụp bằng
ánh sáng ban ngày sẽ nhìn hơi mờ, nhưng nó mang lại cho bạn khả
năng nhìn trong bóng tối với ánh sáng hồng ngoại. Nó là một sản
phẩm hoàn hảo để quan sát vào ban đêm (như camera giám sát), chụp
ảnh trong môi trường ánh sáng thấp (như hoàng hôn chẳng hạn).
2.4.2 Công nghệ truyền thông
Sau qua trình tìm hiểu các công nghệ điều khiển thiết bị ở trên,
luận văn sẽ chọn theo hướng công nghệ truyền thông WiFi kết hợp bo
mạch Raspberry Pi để thực hiện nghiên cứu luận văn này.
2.4.3 Công nghệ lập trình
a. Python được xem là một mô hình đa năng, ngôn ngữ truyền
tải được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng cấp cao hơn như tìm kiếm,
truyền phát video và máy thông minh. Nó cung cấp một loạt các phong
cách lập trình, chẳng hạn như đối tượng, bắt buộc và chức năng, và có

một cú pháp dễ dàng mã hóa và phát triển.
b. SQLite là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu hay còn gọi là hệ thống
cơ sở dữ liệu quan hệ nhỏ gọn, khác với các hệ quản trị khác như
MySQL, SQL Server, Ocracle, PostgreSQL… SQLite là một thư viện
phần mềm mà triển khai một SQL Database Engine truyền thống,
không cần mô hình client-server nên rất nhỏ gọn. SQLite được sử dụng
vào rất nhiều chương trình từ desktop đến mobile hay là website.
c. Flask là một web frameworks, nó thuộc loại micro-framework
được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Python. Flask cho phép bạn
xây dựng các ứng dụng web từ đơn giản tới phức tạp. Nó có thể xây
dựng các api nhỏ, ứng dụng web chẳng hạn như các trang web, blog,
trang wiki hoặc một website dựa theo thời gian hay thậm chí là một


17
trang web thương mại. Flask cung cấp cho bạn công cụ, các thư viện
và các công nghệ hỗ trợ bạn làm những công việc trên.
d. Mô hình công nghệ lập trình hệ thống IoT giám sát
• Sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để viết chương trình để
đọc dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm
• Cài đặt Cơ sở dữ liệu SQLite để lưu dữ liệu được đẩy từ
chương trình viết bằng Python
• Dùng Flask là một Web Framework được viết bởi Python
để view thông số lên Webserver
2.6 KẾT CHƯƠNG
Trong chương này, dựa bài toán đưa ra từ nhu cầu thực tế và
khảo sát hiện trạng. Từ đó thiết kế và xây dựng hệ thống IoT giám sát
phòng máy chủ. Để chuẩn bị cho công đoạn phân tích và lựa chọn các
công nghệ để triển khai bao gồm: công nghệ thiết bị Raspberry Pi, thiết
bị cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, công nghệ truyền thông WiFi và các

công nghệ lập trình: Python, SQLite và Flask.
CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG
VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
3.1 MÔI TRƯỜNG TRIỂN KHAI
Chọn khối vi xử lý là chip RaspBerry Pi. Vì loại này chuyên làm
các dự án nhỏ, thích hợp sử dụng cho các đối tượng học sinh, sinh viên.
Dễ sử dụng, lập trình đơn giản, chi phí phù hợp.
Khối cảm biến: mô hình sử dụng phương pháp đo bằng cảm
biến, khối vi xử lý là Raspberry Pi, có các chân cắm GPIO đã được
tích hợp sẵn trên cảm biến của thiết bị.
Khối giao tiếp hiển thị: sử dụng phương thức giao tiếp WiFi với
thiết bị và bô xử lý, hiển thị trên chương trình xử lý. Tiến trình xử lý
có nhiều sự tương đồng với Raspberry Pi nên có thể sử dụng để hiển


18
thị trên máy tính dễ dàng.
Bộ vi xử lý cần nguồn nuôi 5V nên chọn nguồn điện cung cấp
là 5V, 500mA.
3.2 KỊCH BẢN
a. Mô hình kịch bản đo thông số môi trường và cảnh báo
Ở kịch bản này, hệ thống sẽ điều khiển các thiết bị một cách tự
động tùy theo sự biến đổi khí hậu của môi trường bên trong phòng máy
chủ. Hệ thống có tích hợp thêm những bộ cảm biến thông minh như
cảm biến nhiệt độ, độ ẩm giúp cho hệ thống điều khiển thông minh
hơn và gởi cảnh báo đến người quản lý phòng máy chủ từ đó có các
điều chỉnh thích hợp.
Chức năng hệ thống:
❖ Xem thông số môi trường tại phòng máy chủ
1. Xem thông số nhiệt độ hiện tại phòng máy chủ

2. Xem thông số độ ẩm hiện tại phòng máy chủ
3. Xem lại biểu đồ nhiệt độ tại phòng máy chủ
4. Xem lại biểu đồ độ ẩm tại phòng máy chủ
❖ Thiết bị cảm biến thông minh cho phép hệ thống gởi cảnh
báo qua điện thoại sms đến người quản lý phòng máy chủ khi
cần thiết.
1. Hệ thống gởi tin nhắn qua điện thoại khi độ ẩm xuống
dưới 70% và khi độ ẩm lớn hơn 90%.
2. Hệ thống gởi tin nhắn qua điện thoại khi nhiệt độ lớn
27℃ và nhiệt độ dưới 20℃
b. Mô hình kịch bản camera nhận diện hình ảnh và cảnh báo
Ở kịch bản này, camera quan sát hệ thống kiểm soát hình ảnh và
cảnh báo được tình trạng hoạt động của các phòng máy chủ cho người
quản lý phòng máy chủ: Phát hiện các dấu hiệu bất thường để có những
phương án xử lý kịp thời.


19
Chức năng hệ thống:
❖ Xem hình ảnh thu thập được hiện tại của phòng máy chủ
❖ Thiết bị nhận dạng thông minh khi phát hiện hình ảnh có sự
thay đổi cho phép hệ thống gởi cảnh báo qua điện thoại sms đến
người quản lý phòng máy chủ khi cần thiết.
3.3 CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG IOT GIÁM SÁT
MÔI TRƯỜNG PHÒNG MÁY CHỦ
3.3.1 Xây dựng chương trình
a. Cài đặt hệ điều hành cho thiết bị Raspberry Pi:
b. Cài đặt phần mềm trên Raspberry Pi 3
c. Sử dụng chương trình
3.3.2 Một số kết quả chạy thử nghiệm

Danh sách sensor và giá trị đo được của chúng tại mỗi thời
điểm khác nhau.


20

Hình 3.17: Hình ảnh chương trình quản lý hệ thống IoT giám sát
phòng máy chủ
Bảng cảnh báo ở màn hình hiển thị quản lý phòng máy chủ:
Khi nhiệt độ dưới 25 độ C
và độ ẩm dưới 80%
thì màu vàng tươi ở mức
bình thường
Khi nhiệt độ từ 25 độ đến
30 độ C và độ ẩm dưới
80% thì chuyển sang màu
vàng đậm
Khi nhiệt độ từ 25 độ C
đến 30 độ C và độ ẩm trên
80% thì chuyển sang màu
cam
Khi nhiệt độ trên 30 độ C
và độ ẩm trên 80% thì
chuyển sang màu đỏ


21
Cảnh báo qua tin nhắn sms điện thoại của quản lý phòng máy
chủ:

Hình 3.18: Hình ảnh cảnh báo qua tin nhắn điện thoại
3.3.3 Đánh giá kết quả
a. Đánh giá theo các tiêu chí đã đề ra
Tìm hiểu chi tiết các tính năng kỹ thuật của thiết bị
Raspberry Pi và các sensor cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và
camera hình ảnh được gắn vào thiết bị.
Sử dụng ngôn ngữ lập trình Python để đọc các dữ liệu
do sensor cảm biến nhiệt độ và độ ẩm thu nhận được. Sau đó
hiện thị trên giao diện web một cách trực quan và dễ hiểu. Đặc
biệt các cảnh báo về màu sắc ở màn hình quản lý hệ thống và
gởi tin nhắn về cho người quản lý hệ thống phòng máy.
b. Ưu điểm của hệ thống
Qua nhiều lần thử nghiệm, chương trình chạy ổn định,
đúng như thiết kế hệ thống. Ngoài ra chương trình hệ thống
còn sử dụng các thiết bị hiện có trên thị trường (nhiệt kế, ẩm
kế, lux kế) để đo thủ công cùng thời điểm với các sensor của
hệ thống thu dữ liệu. Kết quả cho thấy, các kết quả do thiết bị
đo thủ công và đo tự động bằng sensor là như nhau.


22
Khả năng ứng dụng và phát triển chương trình thực
nghiệm: Với chi phí hợp lý (Bộ Raspberry Pi và các sensor
cảm biến khá thông dụng và dễ dàng mua sắm với giá cả hợp
lý), các công nghệ hỗ trợ sẵn có và khá mạnh (ngôn ngữ lập
trình Python và các thư viện hỗ trợ), việc triển khai lắp đặt bộ
thiết bị và cài đặt hệ thống IoT giám sát môi trường ở phòng
máy chủ khả thi. Hơn nữa, ta có thể điều chỉnh được ngưỡng
giám sát của các sensor.
Qua thực nghiệm thực tế cho thấy thiết bị dễ sử dụng và

đạt được các yêu cầu đặt ra như sau:
- Dễ dàng sử dụng chỉ với vài thao tác đơn giản
- Nhanh chóng cho ra kết quả
- Có độ chính xác cao và sai số nhỏ
- Nhiều thông số liên quan cho ta cái nhìn trực quan hơn.
c. Nhược điểm của hệ thống
Do có những khó khăn trong quá trình thực hiện luận vănnhư:
Thời gian, chi phí hỗ trợ, trang thiết bị cần thiết, nên hệ thống còn một
số mặt hạn chế. Vì vậy chỉ hoàn thành được việc giám sát các thông số
nhiệt độ, độ ẩm và hình ảnh camera phòng máy chủ. Các chức năng
báo động bằng chuông, nhận dạng chính xác chuyển động và triển khai
ở nhiều đơn vị khác nhau tại các chi nhánh, cửa hàng giao dịch sẽ được
tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện sau này nếu có điều kiện.
Do không đủ trang thiết bị nên giải pháp hệ thống chưa thật sự
hoàn hảo để áp dụng cho các đơn vị chi nhánh trong việc giám sát
phòng máy trong cùng một lúc, ở nhiều nơi khác nhau.


23
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Qua việc nghiên cứu đề tài, có thể thấy rằng việc áp dụng công
nghệ thông tin trong giám sát môi trường phòng máy chủ là hết sức
cần thiết, mang lại hiệu quả cao trong công việc. Hệ thống sẽ giúp đỡ
người quản lý phòng máy chủ rất nhiều nhằm có một công cụ để theo
dõi và giám sát.
Hệ thống có thể hoạt động trơn tru trong một thời gian dài và
chi phí hoạt động tương đối thấp. Từ mô hình này trong tương lai ta có
thể nâng cấp lên để hệ thống có thể quản lý nhiều loại lựa chọn khác
nhau

Luận văn “Xây dựng hệ thống giám sát phòng máy dựa trên
công nghệ IoT” đã đạt được một số kết quả sau:
- Đạt được những yêu cầu cơ bản của một hệ thống giám sát
môi trường phòng máy chủ.
- Đã xây dựng hiển thị nhiệt độ và độ ẩm ở thời gian đó được
và tương ứng với các mức để đưa ra cảnh báo màu sắc.
- Dựa vào hình ảnh camera thu thập được tại phòng để giám
sát các chuyển động.
- Giám sát được nhiệt độ, độ ẩm trong phòng máy chủ để đưa
ra quyết định xử lý kịp thời.
- Kiến thức về các mô hình điều khiển thiết bị thông minh
đang phát triển và ứng dụng hiện nay.
Tuy nhiên, do thời gian và số lượng các cảm biến hạn chế,
chương trình chưa chạy thử nghiệm với một số lượng lớn các thiết bị
cảm biến, vì vậy chưa đánh giá hết được một số vấn đề như: việc truyền
nhận dữ liệu từ thiết bị cảm biến, vấn đề xung đột dữ liệu… Đây cũng
là hướng nghiên cứu, phát triển tiếp theo của luận văn.