Iot trong thiết kế, chế tạo mạng cảm biến không dây thu thập và giám sát thông số tại nhà máy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN QUÝ AN

IOT TRONG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠNG CẢM BIẾN
KHÔNG DÂY THU THẬP VÀ GIÁM SÁT
THÔNG SỐ TẠI NHÀ MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Hà Nội – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN QUÝ AN

IOT TRONG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠNG CẢM BIẾN
KHÔNG DÂY THU THẬP VÀ GIÁM SÁT
THÔNG SỐ TẠI NHÀ MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. LÊ MINH THÙY

Hà Nội – 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những kết quả đạt đƣợc trong Luận Văn là do tôi nghiên cứu và
đƣợc sự hƣớng dẫn của Giáo Viên Hƣớng Dẫn cùng nhóm nghiên cứu trong thời
gian thực hiện. Những trích dẫn, thơng tin tham chiếu đều đƣợc ghi rõ tài liệu tham
khảo. Nếu những kết quả của tôi phát hiện đƣợc sao chép kết quả trong những Tài
liệu tham chiếu khác thì tơi sẽ hồn tồn chịu trách nhiệm và nhận kỷ luật trƣớc hội
đồng.

Học Viên

Nguyễn Quý An

i


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................v
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................1
CHƢƠNG I: CÔNG NGHỆ MẠNG CẢM BIẾN ......................................................5
KHÔNG DÂY VÀ IOT ..............................................................................................5
1.1. Khái niệm và tổng quan công nghệ ...................................................................5
1. 1. 1. Mạng cảm biến không dây .......................................................................5
1.1.2 WSN trong IoT ............................................................................................6

2. 2. Phân loại và ứng dụng.....................................................................................10
1.2.1. Cấu trúc WSN- IOT .................................................................................11
1.2.2 Giao thức WSN- IOT ................................................................................13
1.3. Tình hình ứng dụng IOT/ WSN trên thế giới ..................................................15
1.4. CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG IOT-WSN ..........................................17
1.4.1 IOT tòa nhà ...............................................................................................18
1.4.2. Tự động hóa thiết bị dân dụng, căn hộ .....................................................19
1.4.3. IOT-WSN trong vận tải ............................................................................19
1.4.4. IOT-WSN trong đô thị .............................................................................20
1.4.5 IOT trong y tế ..............................................................................................20
1.4. 6. IOT-WSN trong năng lƣợng, sản xuất ....................................................21
CHƢƠNG 2 – HỆ THỐNG GIÁM SÁT THÔNG SỐ TRONG NHÀ MÁY, DẠNG
IOT- WSN ĐÃ TRIỂN KHAI ..................................................................................22
2. 1. Hệ thống giám sát quá trình bảo dƣỡng nhà máy Piaggio ..............................22
ii


2. 1.1. Mô tả hệ thống .........................................................................................22
2. 1.2. Hiệu chỉnh hệ thống ................................................................................27
2. 2. Phân tích hệ thống ...........................................................................................29
2.3. MẠCH NGUYÊN LÝ .....................................................................................32
2.3.1. Thiết kế hệ thống nút cảm biến không dây- IOT .....................................32
2.3.2. Thiết kế phần mềm ...................................................................................34
2.4. Kết quả, triển vọng và khó khăn ......................................................................39
2.4.1. Lợi ích ......................................................................................................39
2.4.2. Khó khăn, hạn chế ....................................................................................39
2.4.3. Triển vọng ................................................................................................40
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................42

iii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Số lƣợng các cảm biến trong các dây chuyền .............................................23
Bảng 2: Địa chỉ ô nhớ bù (Offset) .............................................................................27
Bảng 3: Thuật toán bù sai số trên phần mềm ............................................................28
Bảng 4: Các loại hóa chất chính ................................................................................30
Bảng 5: Các tham số cần điều chỉnh, và cách điều chỉnh: (Nguồn: ATP) ................30
Bảng 6: Các tham số cần điều chỉnh, và cách điều chỉnh (Nguồn: ATP) .................31
Bảng 7: Các tham số cần điều chỉnh, và cách điều chỉnh (Nguồn: ATP) .................31

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Cấu tạo IOT trong cảm biến thơng minh .......................................................5
Hình 2: Ảnh minh họa IOT ........................................................................................7
Hình 3: Cấu trúc của một WSN-IOT ..........................................................................8
Hình 4: Mơ hình một WSN-IOT .................................................................................8
Hình 5: Các lớp dữ liệu của mạng WSN ....................................................................9
Hình 6: Phân loại giao thức WSN ..............................................................................9
Hình 7: Cấu trúc mạng loại giao thức dạng 1 (định tuyến động)..............................11
Hình 8: Cấu trúc mạng loại giao thức dạng 2 (định tuyến tĩnh) ...............................11
Hình 9: Cấu trúc mơ hình IOT ..................................................................................12
Hình 10: Cấu trúc các lớp mạng................................................................................13
Hình 11: Minh họa MQTT .......................................................................................14
Hình 12: So sánh các cơng nghệ truyền khơng dây . Error! Bookmark not defined.
Bảng 13: Thị trƣờng sensor thông minh trong công nghiệp ....................................15

Bảng 14: Thị trƣờng sensor thơng minh trong cơng nghiệp ....................................16
Hình 15: Các giai đoạn phát triển của truyền tải dữ liệu ..........................................17
Hình 16: Lĩnh vực ứng dụng của IOT ......................................................................18
Hình 17: IOT trong tịa nhà thơng minh (Smart Building) ......................................18
Hình 18: IOT trong căn hộ thơng minh (Smart Home) ............................................19
Hình 19: IOT trong giao thơng thơng minh (Smart Transport) ...............................19
Hình 20: IOT trong thành phố thơng minh (smart city) ...........................................20
Hình 21: IOT trong y tế thơng minh (Smart Healthcare) .........................................21
Hình 22: IOT trong nhà máy thông minh (smart factory).........................................21

v


Hình 23: Phân xƣởng lắp ráp- Piaggio Vietnam ......................................................24
Hình 24: Phân xƣởng Sơn/ cặn sơn- Piaggio Vietnam ............................................25
Hình 25: Phân xƣởng Sơn/ cặn sơn- Piaggio Vietnam ............................................26
Hình 26: Phân xƣởng hàn- Piaggio Vietnam ...........................................................26
Hình 27: Một số hình ảnh Node mạng đã thiết kế ...................................................34

vi


LỜI MỞ ĐẦU
Trong một nhà máy truyền thống cũng nhƣ hiện đại, hai yếu tố (xét về tự động
hóa) cơ bản nhất là đầu vào và đầu ra. Trong đó đầu vào gọi chung là các cảm biến
(lấy dữ liệu đo, trạng thái…), còn đầu ra là cơ cấu chấp hành (van, động cơ, đóng
cắt…). Việc phát triển cơng nghệ cũng dựa trên những nền tảng chất lƣợng đầu vào,
thuật toán quan hệ vào-ra, chất lƣợng điều khiển đầu ra theo đầu vào.
Chất lƣợng tín hiệu vào-ra đã đƣợc phát triển từ nhiều năm, và việc xử lý bằng
phần cứng đã đạt đến mức bão hịa nhất định. Vì thế để có bƣớc nhảy hơn về cơng

nghệ, đa phần hiện nay phát triển theo hƣớng phần mềm, dựa vào nâng cao chất
lƣợng thuật toán và quản lý vào-ra trên cơ sở dữ liệu thu thập đƣợc.
Hiệu quả và hiệu suất công việc không chỉ phụ thuộc vào độ hiện đại của từng
thiết bị máy móc, mà là của cả hệ thống và liên hệ thống. Và giá trị hệ thống sẽ tăng
lên rất nhiều lần nếu có sự đồng bộ, tối ƣu của các thiết bị và con ngƣời. Việc kết
nối các thiết bị, dữ liệu và con ngƣời thành một hệ thống nhằm tối ƣu không chỉ
trong phạm vi một hệ thống, mà còn nhiều hệ thống thiết bị kết hợp với “hệ thống
đặc biệt” là con ngƣời.
Vì thế, IOT đƣợc lựa chọn nhƣ là giải pháp công nghệ của tƣơng lai.
Bố cục luận văn có 2 phần:
Chƣơng I:
-

Giới thiệu mạng cảm biến không dây (WSN- Wireless Sensor Network), nền
tảng IOT (Internet of Things).

-

Các ứng dụng của hệ thống mạng cảm biến không dây nền tảng IOT (WSNIOT).

Chƣơng II:
-

Hệ thống mạng cảm biến không dây nền tảng IOT đã triển khai

-

Phần cứng, phần mềm, giao diện ngƣời dùng

1

Cuối cùng là kết luận, nhận định định hƣớng phát triển và khả năng mở rộng
ứng dụng thực tế cho đề tài.
Trong q trình nghiên cứu tơi đã thƣờng xun trao đổi và đƣợc sự giúp đỡ
rất nhiều từ:
- Tiến sĩ Lê Minh Thùy - bộ môn KTĐ-THCN, trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội
- Nhóm MOSWI- phịng RF3I Lab– bộ môn KTĐ-THCN, trƣờng Đại Học Bách
Khoa Hà Nội (Các thành viên)
- Phịng kỹ thuật R&D của cơng ty CP Xúc tiến công nghệ mới ATP (Các đồng
nghiệp)
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và cộng tác của mọi ngƣời trong thời gian qua!

2


ĐẶT VẤN ĐỀ
Công ty ATP là một đơn vị chuyên thiết bị và dịch vụ phụ trợ trong lĩnh vực sản
xuất ô tô, xe máy. Công ty cũng là đơn vị khá tích cực trong việc phát triển các giải
pháp cải tiến sản xuất.
Gần đây, công ty đã và đang thực hiện hạng mục bảo dƣỡng một số dây chuyền
cùng thiết bị trong nhà máy Piaggio Việt Nam (KCN Bình Xuyên, Vĩnh Phúc). Đó
là hạng mục bảo dƣỡng tổng thể cho 8 phân xƣởng cần bảo dƣỡng 24/7: Hàn, Sơn
nhúng tĩnh điện CED, Sơn kim loại, Sơn nhựa, Xử lý nƣớc thải, Xử lý cặn sơn, Dây
chuyền lắp ráp chính, Lắp ráp đồ gá. Các gói cơng việc này đƣợc triển khai theo
từng năm, và tự động gia hạn sang năm tiếp theo nếu hai bên vẫn đạt các yêu cầu kỹ
thuật đƣa ra ban đầu.
Trong hơn 3 năm triển khai, nhiều bất cập đã xảy ra, cũng nhƣ có thêm nhiều cải
tiến để dần hoàn thiện sản phẩm, dịch vụ. Tuy nhiên, do yếu tố con ngƣời không
phải lúc nào cũng ổn định và tập trung tuyệt đối, nhiều vấn đề phát sinh đã đƣợc

phát hiện ra. Các thông số về điều kiện và môi trƣờng làm việc (nhiệt đô, độ ẩm,
pH, nồng độ CO…) đƣợc đo và cập nhật bởi con ngƣời. Vì thế, việc sai sót khách
quan lẫn độ trễ thời gian là không tránh khỏi. Trƣờng hợp sai số đã có lần gây sự cố
ở khâu pha hóa chất, do các thơng số của mơi trƣờng làm việc (nhiệt độ, độ ẩm,
nồng độ khí CO…) khơng đƣợc gửi đến bộ phận vận hành kịp thời (độ trễ) và
thƣờng xuyên (tần suất). Ví dụ cụ thể, sau một đợt nghỉ lễ 30/4, tồn cơng ty đã phải
họp toàn nhà máy để đánh giá và xử lý lại quy trình pha chế. Tồn bộ hàng sản xuất
trong tuần bị buộc phải đánh giá lại, gây giá trị thiệt hại rất lớn.
Xuất phát từ bất cập trong thực tiễn cũng nhƣ sự cố cụ thể nói trên, tác giả đã
cùng phịng nghiên cứu phát triển (R&D) của cơng ty ATP đã đề xuất thiết kế một
hệ thống đo, thu thập, giám sát các thông số của môi trƣờng làm việc trong các dây
chuyền. Hệ thống dựa trên kỹ thuật mạng cảm biến không dây (WSN- Wireless
Sensor Network) và IOT (Internet Of Things). Hệ thống này dựa trên nền tảng IoT,
có nghĩa là các thơng số đo đƣợc lƣu trữ, có thể đƣợc cập nhật thơng qua kết nối
internet với cơ sở dữ liệu trực tuyến. Đây cũng chính là luận văn thạc sỹ “IoT trong
3


thiết kế, chế tạo mạng cảm biến không dây thu thập và giám sát thông số tại nhà
máy”.
Để triển khai hệ thống giám sát thông số tại nhà máy dựa trên nền tảng WSN và
IOT, tác giả đã tiến hành tìm hiểu về cơng nghệ WSN và IOT trƣớc tiên. Chi tiết về
WSN và IOT đƣợc trình bày trong phần tiếp theo.

4


CHƢƠNG I: CÔNG NGHỆ MẠNG CẢM BIẾN
KHÔNG DÂY VÀ IOT
Trong chƣơng này, các khái niệm và tổng quan về công nghệ WSN- IOT đƣợc trình

bày. Các ứng dụng của WSN-IOT trên thế giới cũng nhƣ xu hƣớng và thị trƣờng
công nghệ này hiện nay cũng đƣợc tóm lƣợc tổng quan.

1.1. Khái niệm và tổng quan công nghệ
1. 1. 1. Mạng cảm biến không dây
Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks, gọi tắt là WSN) là một
mạng bao gồm nhiều nút cảm biến (sensor nodes), đƣợc trang bị các nút cảm biến
có khả năng cảm biến mơi trƣờng nhƣ cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến
cƣờng độ ánh sáng,... và có khả năng giao tiếp khơng dây (wireless) với các nút còn
lại tạo thành một mạng cảm biến khơng dây phủ sóng một vùng vật lý nào đó nhằm
giám sát, theo dõi và quản lý vùng đó.
(Nguồn: Jennifer Yick, Biswanath Mukherjee, Dipak Ghosal, Wireless Sensor Network
Survey, Computer Networks, August 2008, Volume52, Issue 12, pp. 2292-2330)

Hình 1: Cấu tạo IOT trong cảm biến thông minh
(Nguồn: sách trắng IEC- International Electrotechnical Commision-Thụy Sỹ)

5


1.1.2 WSN trong IoT
Khái niệm IOT:
Công nghệ hiện nay thay đổi liên tục, do tính kế thừa và giới hạn hạ tầng làm
cho dƣ địa phát triển theo hƣớng truyền thống ngày càng khó, đặc biệt là với những
ngƣời mới khởi nghiệp. Với yêu cầu rất lớn về cơ sở hạ tầng, việc cải tiến phần
cứng sẽ khó tạo đƣợc sự đột phá nhanh. Vì thế, cái tiến dựa trên phần mềm và ứng
dụng công nghệ thông tin đang là xu hƣớng,và có ƣu thế vƣợt trội. IOT ra đời dựa
trên ý tƣởng này, trong đó dùng mạng kết nối các đối tƣợng, qua đó có thể can thiệp
điều khiển bằng thuật toán nhanh và thuận tiện hơn, trên nền tảng cơ sở dữ liệu trực
tuyến. Công nghệ này đang bắt đầu ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành, lĩnh

vực trong công nghệ và đời sống.
IOT, hay Internet Of Things: Là một cơ sở hạ tầng mang tính tồn cầu cho xã
hội thơng tin, mang đến những dịch vụ tiên tiến bằng cách kết nối các “Things” (cả
sự vật thực- physical lẫn sự vật ảo- virtual) dựa trên sự tồn tại của thông tin, khả
năng tƣơng tác của các thơng tin đó, và dựa trên các ƣu việt của công nghệ truyền
thông. (Nguồn: Luigi Atzori, Antonio Iera, Giacomo Morabito, Internet of Things: A
survey, Computer Networks 54 (2010) 2787–2805)

Theo định nghĩa từ tổ chức Global Standards Initiative on Internet of
Things (IoT-GSI), IoT là "hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin, hỗ
trợ các dịch vụ (điện tốn) chun sâu thơng qua các vật thể (cả thực lẫn ảo) đƣợc
kết nối với nhau nhờ vào công nghệ thông tin và truyền thông hiện hữu đƣợc tích
hợp"
Cịn theo IERC- IoT European Research Cluster, “Internet Vạn Vật hoặc là Mạng
lƣới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt là IoT) là
một hạ tầng mạng lƣới toàn cầu động, cùng khả năng tự cấu hình, dựa trên giao thức
truyền thơng trên tiêu chuẩn và tƣơng tác đƣợc, nơi sự vật (cả sự vật thực và ảo)
đƣợc nhận biết, phân quyền vật lý, định danh ảo và dùng giao diện thông minh, và
đƣợc liên tục tích hợp vào mạng thơng tin.

6


Các thiết bị
IOT

Thế giới ảo

Thế giới thực

Hình 2: Ảnh minh họa IOT (Nguồn: IERC)
Cấu trúc của mạng cảm biến không dây trong IoT gồm 3 lớp: lớp mạng cảm biến
(Accquistion), lớp truyền thông (Communication), và lớp ứng dụng (Application)
- Lớp mạng cảm biến (Accquistion): gồm các sensor, thiết bị chuẩn hóa, bù sai số,
lọc, xử lý tín hiệu đo….
- Lớp truyền thông (Communication): gồm các thiết bị truyền thông không dây,
thiết bị chuyển hóa, ăng ten, thiết bị thu phát…
- Lớp ứng dụng (Application): gồm các thiết bị mạng, thiết bị đầu cuối, phần mềm
xử lý, hệ thống web và các ứng dụng mạng trên internet, thiết bị lƣu trữ và bảo
mật…

7


Lớp ứng dụng

Lớp truyền thơng

Lớp thu thập
dữ liệu

Hình 3: Cấu trúc của một WSN-IOT
(Nguồn: IEC- International Electrotechnical Commision)

Lớp ứng dụng

Lớp mạng

Mạng cảm biến khơng dây

Hình 4: Mơ hình một WSN-IOT
(Nguồn: IEC- International Electrotechnical Commision)

8


Hình 5: Các lớp dữ liệu của mạng WSN (Nguồn: IEC)
- Giao thức mạng cảm biến: Có 3 kiểu giao thức bố trí WSN:
+ Dạng sao (Star WSN topology): Tất cả các node nối với node chủ (sink node) để
về server truyền thông
+ Dạng cây (Tree WSN topology): Các node nối tiếp với nhau theo cung đƣờng
thuận tiện nhất, rồi một node đại diện kết nối với node chủ (sink node) để về server
truyền thông
+ Dạng chuỗi (Chain WSN topology): Các node nối tiếp với nhau thành một chuỗi,
rồi một node đại diện kết nối node chủ (sink node) để về server truyền thơng

Dạng sao

Dạng cây

Dạng chuỗi

Hình 6: Phân loại giao thức WSN (Nguồn: IEC)
9


- Giao thức truyền thông server:
MAC (Medium Access Control). Tại 1 thời điểm chỉ cho truyền 1 node
Các loại giao thức MAC:
Phân chia cố định: Fixed-Assignment Protocol. FDMA, TDMA, CDMA

Phân chia theo nhu cầu: Demmand Assignment Protocol.
Phân chia ngẫu nhiên: Random Assignment Protocol

2. 2. Phân loại và ứng dụng
Thành phần cơ bản cấu tạo nên một mạng cảm biến:
1- Các cảm biến: phân bố theo mơ hình tập trung hoặc phân bố rải.
2- Mạng lƣới liên kết giữa các cảm biến.
3- Các node cảm biến, là sự kết hợp cảm biến và bộ phận xử lý.
4- Mạng cảm biến không dây: là mạng kết nối giữa các node cảm biến bằng sóng vơ
tuyến (khơng dây).
(Nguồn: Anna Ha’c, Wireless Sensor Network Designs, University of Hawaii at Manoa,
Honolulu, USA, John Wiley & Sons Ltd, Copyright 2003)

Mỗi node cảm biến gồm có:
- Một hay nhiều cảm biến.
- Đơn vị xử lý.
- Đơn vị liên lạc bằng vô tuyến.
- Nguồn cung cấp.
- Các phần ứng dụng khác.
(Nguồn: Anna Ha’c, Wireless Sensor Network Designs, John Wiley & Sons Ltd,)

Kết nối mạng cảm biến không dây chia làm 2 loại:
Loại 1: Hệ thống kết nối các node sử dụng giao thức định tuyến động (C1WSN, các
node tìm đƣờng đi tơt nhất đến đích)
10


Hình 7: Cấu trúc mạng loại giao thức dạng 1(định tuyến động)
Loại 2: Hệ thống kết nối các node sử dụng giao thức định tuyến tĩnh (C2WSN, liên
kết các node là điểm-điểm).

Hình 8: Cấu trúc mạng loại giao thức dạng 2 (định tuyến tĩnh)
Chất lƣợng tín hiệu theo khoảng cách. Vì vậy cần chọn cơng nghệ khi thiết kế để
phù hợp với khoảng cách sensor.

1.2.1. Cấu trúc WSN- IOT
Điều kiện của IoT là các thiết bị phải giao tiếp đƣợc với nhau (D2D- device to
device). Dữ liệu cũng phải đƣợc thu thập và gửi tới máy chủ (D2S- device to
server). Máy chủ cũng có thể chia sẻ dữ liệu với nhau (S2S- server to server), có thể
tác động tới các thiết bị, để phân tích chƣơng trình, xử lý nội dung, hoặc giao tiếp
với ngƣời dùng
11


Lớp ứng dụng

Lớp truyền thơng

Lớp thu thập
dữ liệu

Hình 9: Cấu trúc mơ hình IOT
(Nguồn: sách trắng IEC- International Electrotechnical Commision-Thụy Sỹ)

Hệ thống IOT gồm 4 lớp cơ bản: lớp thiết bị, lớp mạng, lớp hạ tầng mạng
(network, cloud) và lớp tạo/ cung cấp dịch vụ (service creation, lolution layers)
- Lớp thiết bị: phần vật lý cứng, là các thiết bị công nghiệp, dân dụng, các đối
tƣợng ảo, gateway.
- Hạ tầng mạng (network, cloud): kết nối mạng, truyền thông tin.
- Lớp hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng: xử lý, lƣu trữ dữ liệu.

- Lớp ứng dụng: ứng dụng IOT
(Nguồn: Everton Cavalcante, Marcelo Pitanga Alves, An Analysis of Reference
Architectures for the Internet of Things, Corba 2015)

12


Lớp ứng dụng
Lớp mạng

Lớp hỗ trợ
Lớp thiết bị

Hình 10: Cấu trúc các lớp mạng
(Nguồn: Everton Cavalcante, Marcelo Pitanga Alves, An Analysis of Reference
Architectures for the Internet of Things, Corba 2015)

1.2.2 Giao thức WSN- IOT
Trong IOT, điều kiện cần là các thiết bị phải giao tiếp đƣợc với nhau (D2D), và
giao tiếp đƣợc với máy chủ (thu thập và gửi thông tin) (D2S). Các máy chủ cũng có
thể giao tiếp với nhau (S2S) thông qua chia sẻ dữ liệu, thiết bị, chƣơng trình và
tƣơng tác ngƣời dùng.
Các thiết bị và máy chủ đều đƣợc gán địa chỉ- IP adddress, để kết nối với mạng
(internet) và kết nối với nhau (cũng thông qua internet). Vì thế số địa chỉ IP và năng
lực truyền tải quyết định quy mô và tốc độ của hệ thống IOT.
Các giao thức có thể dùng trong IoT là: MQTT, XMPP, DDS, AMQP.
- MQTT (Message Queue Telemetry Transport): giao tiếp thiết bị- các máy chủ
(D2S). Do ƣu thế về khoảng truyền, ƣu thế của giao thức này là đo đạc từ xa, giám
sát từ xa, thu thập dữ liệu từ xa.

13


Hình 11: Minh họa MQTT (Nguồn: IERC Cluster SRIA 2014)
MQTT hoạt động đơn giản, cung cấp nhiều lựa chọn điều khiển. MQTT khơng
có u cầu cao lắm về thời gian, nhƣng hiệu quả của rất lớn, đáp ứng tính thời gian
thực với đơn vị tính bằng giây.
Các giao thức hoạt động trên nền tảng TCP, cung cấp các đáp ứng đơn giản,
đáng tin cậy.
- XMPP (Extensible Messaging và Presence Protocol) ban đầu đƣợc gọi là "Jabber”,
đƣợc phát triển cho các tin nhắn tức thời (IM) kết nối bằng tin nhắn văn bản.

XMPP dùng định dạng văn bản XML, và cũng chạy trên nền tảng TCP, hoặc có
thể qua HTTP/TCP.
14


Đối với công nghệ truyền không dây, cần chọn loại hình phù hợp cho khoảng cách,
nguồn tiêu thụ, tốc độ truyền… Zigbee cho phép cự ly hoạt động khá (30-75m), địi
hỏi ít tài ngun, và tiêu thụ nguồn nhỏ, giá thành hợp lý.
So sánh các công nghệ truyền không dây (Zigbee, 2004):
Chuẩn
Tần số làm việc
Khoảng đo
Dải dữ liệu
Thiết bị
Nguồn tiêu thụ
Giá (USD)

Zigbee/IEEE 802.15.4

868/915 MHz, 2.4GHz
~30-75+
20/40/250 kbs
255-65k
~1mW
~2-5

Bluetooth
2.4GHz
10-30
1 Mbps

UWB
3.1-10.6GHz
~10
100+ Mbps

8
40-100 mW
~4-5
~5-10

IEEE 802.11 B/G
2.4GHz
~30-100+
2-54 Mbps
50-200
~160 mW-600W
~20-50

Hình 12: So sánh các cơng nghệ truyền khơng dây

1.3. Tình hình ứng dụng IOT/ WSN trên thế giới
Hiện nay cảm biến thông minh đang đƣợc phát triển rất nhanh, nhất là mạng cảm
biến không dây (WSN) đang tăng tỷ trọng rất nhanh.
Q trình cơng nghiêp
Dầu khí
Truyền tải điện
Nâng cấp/ cải tiến
Tự động hóa xí nghiệp

Bảng 13: Thị trường sensor thông minh trong công nghiệp (Nguồn: IEC)

15


Khơng dây- mới
Khơng dây- thay thế
Có dây

Bảng 14: Thị trường sensor thông minh trong công nghiệp (Nguồn: IEC)
Ứng dụng IOT trên thế giới tuy mới bắt đầu 1 vài năm nhƣng đã phát triển rất rộng,
lên hầu hết các lĩnh vực thiết bị dân dụng tịa nhà, căn hộ thơng minh, văn phịng
thơng minh, sản xuất, quản lý đơ thị, mơi trƣờng, quản lý hành chính… Tuy nhiên,
độ sâu của các ứng dụng này vẫn cịn rất tiềm năng.
Ta có thể chia ra một số nhóm chính ứng dụng của IOT:
- IOT trong tòa nhà (Smart Building)
- IOT trong thiết bị dân dụng, trang bị căn hộ (Smart Living, smart home)
- IOT trong vận tải (Smart Transport)
- IOT quản lý đô thị (Smart City)

- IOT trong y tế (Smart Health)
- IOT trong năng lƣợng (Smart Energy)
Ngoài ra, tốc độ truyền dữ liệu không dây hiện nay đã phổ cập 4G, dung lƣợng và
tốc độ tăng nhanh, dần tạo nền tảng cho phát triển IOT.

16


Thế hệ
(dữ liệu)

Thế hệ 1
Tƣơng tự

Thế hệ 2
Dữ liệu sô
Hệ số thấp

Thế hệ 3
Tốc độ cao
Đa thời gian

Thế hệ 4
Băng ALL-IP
Ubiquiteus, seamless

Tốc độ truyền tối đa
Trmax (Mbps)
Năm
Hình 15: Các giai đoạn phát triển của truyền tải dữ liệu

(Nguồn: IEC- International Electrotechnical Commision-Thụy Sỹ)

1.4. CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG IOT-WSN
WSN-IOT đã đi vào hầu hết các ngành, lĩnh vực, và tạo hiệu quả bƣớc đầu.
Dƣới đây là các lĩnh vực ứng dụng chính: trong năng lƣợng, tịa nhà, thiết bị căn hộ,
sức khỏe, giao thông, đô thị thông minh…

17