Xây dựng hệ thống IOT giám sát các trạm phát thanh cấp xã trong hệ thống truyền thanh không dây

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

PHẠM XN MẠNH

XÂY DỰNG HỆ THỐNG IOT GIÁM SÁT CÁC TRẠM PHÁT THANH
CẤP XÃ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN THANH KHÔNG DÂY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI – 2020
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG


---------------------------------------

PHẠM XUÂN MẠNH

XÂY DỰNG HỆ THỐNG IOT GIÁM SÁT CÁC TRẠM PHÁT THANH
CẤP XÃ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN THANH KHÔNG DÂY
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 8.52.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN QUỐC UY

HÀ NỘI – 2020

3

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Nội dung của luận văn có
tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên những tạp chí và các trang
web theo danh mục tài liệu tham khảo. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng
và được trích dẫn hợp pháp.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho
lời cam đoan của mình.
Tác giả luận văn

PHẠM XUÂN MẠNH


4

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hồn thành tốt luận văn của mình, đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân
thành tới thầy TS. Nguyễn Quốc Uy, người đã đồng hành cùng em trong suốt chặng đường
vừa qua và cũng là người ln tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận
văn này.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn
thông, quý thầy cô trong Học viện đã tận tâm giảng dạy và truyền đạt những kiến thức
cũng như những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập của em tại Học viện.
Vốn kiến thức được tiếp thu trong q trình học tập khơng chỉ là nền tảng cho q trình
thực hiện luận văn tốt nghiệp mà cịn là hành trang quý báu cho sự nghiệp của em sau này.
Em cũng xin cảm ơn sự ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình của gia đình, bạn bè, những
người thân đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt
nghiệp này.

Mặc dù đã cố gắng hết sức, song chắc chắn luận văn khơng tránh khỏi những thiếu
sót. Em rất mong nhận được sự thơng cảm và góp ý của q thầy cơ để em có thể rút kinh
nghiệm và hồn thành tốt hơn luận văn tốt nghiệp này.
Cuối cùng em xin kính chúc q thầy cơ, gia đình và bạn bè dồi dào sức khỏe,
thành công trong sự nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2020
Học viên

PHẠM XUÂN MẠNH


5

MỤC LỤC


6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
API: Application Programming Interface

Giao diện lập trình ứng dụng

CSS: Cascading Style Sheets

Ngơn ngữ tạo phong cách cho web

DOM: Document Object Model

Mơ hình đối tượng trong tài liệu

HTML: HyperText Markup Language

Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản

HTTP: HyperText Transfer Protocol

Giao thức truyền tải siêu văn bản

IoT: Internet of Things

Internet vạn vật

JSON: Javascript Object Notation

Kiểu dữ liệu mở rộng trong Javascript

JSX: Javascript XML

Cú pháp mở rộng cho Javascript

RAM: Random Access Memory

Bộ nhớ khả biến

RDBMS: Relational Database Management

Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ

System
REST: Representational State Transfer

Một dạng chuyển đổi cấu trúc dữ liệu

UI: User Interface

Giao diện người dùng

URL: Uniform Resource Locator

Đường dẫn

XML: Extensible Markup Language

Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng


7

DANH MỤC CÁC BẢNG


8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ


9

LỜI MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trên thế giới, các nghiên cứu về công nghệ Radio số (Internet radio) đã được quan
tâm từ khá lâu với nhiều kết quả công bố, đặc biệt các hệ thống truyền thanh qua Internet,
tuy nhiên việc ứng dụng công nghệ này tại Việt Nam vẫn chưa được thực sự quan tâm và
mới chỉ bắt đầu triển khai mấy năm trở lại đây. Hướng ứng dụng chính trên thế giới hiện
nay được tập trung nghiên cứu và triển khai là xây dựng các hệ thống máy chủ nội dung số
và máy chủ phát thanh để truyền phát nội dung số qua Internet đến các thiết bị cuối thu tín
hiệu qua Internet. Những thiết bị này có thể tích hợp các nút bấm cảnh báo thơng qua
Internet để gửi tín hiệu lên máy chủ và hệ thống phần mềm quản lý.
Ở Việt Nam, dù đã thu hút được khá nhiều sự quan tâm của các nhóm nghiên cứu,
đặc biệt là nhóm nghiên cứu của Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng, do thầy TS.
Nguyễn Quốc Uy chủ trì về mảng Radio số, truyền thanh qua Internet. Nhóm nghiên cứu
tập trung vào phát triển ứng dụng quan trọng của hệ thống truyền thanh qua Internet kết
hợp truyền thanh qua sóng FM tại Việt Nam. Các ưu điểm của hệ thống truyền thanh qua
Internet như sau:
- Tại những khu vực thành thị và tại những vùng sâu, xa, dân tộc thiểu số, hệ thống
đều có thể truyền dữ liệu thơng qua Internet và sóng FM. Phần mềm trên hệ thống máy chủ
phát sóng có thể giám sát trạng thái và điều khiển các máy thu Internet Radio ứng dụng
công nghệ IoT.
- Trong các trường hợp thiên tai, cứu nạn, hệ thống ngoài chức năng thu phát,
truyền thanh, cịn có thể nhận phản hồi trong những tình huống khẩn cấp.
Hệ thống nếu được triển khai trên các tỉnh, để phục vụ phủ sóng cho các vùng sâu,
vùng xa, trong những tình huống lưu động khẩn cấp là một giải pháp mang lại lợi ích to
lớn cho phát triển kinh tế, ý nghĩa chính trị và đảm bảo an ninh quốc phịng và chủ quyền
quốc gia. Chính vì vậy, việc xây dựng hệ thống truyền thông radio số đồng nhất 03 cấp
(tỉnh, huyện, xã) phục vụ phổ biến kiến thức thơng tin kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh,
quốc phịng và các thơng tin khẩn cấp của tỉnh Đắk Lắk và khu vực Tây Nguyên, đảm bảo
an tồn thơng tin và tính dự phịng hệ thống trong trường hợp khẩn cấp có ý nghĩa ứng
dụng rất lớn.

10

2. Tổng quan vấn đề cần nghiên cứu
IOT hiện nay đang là một xu hướng mạnh mẽ trên toàn thế giới, mở ra những cơ
hội chưa từng có cho các nền kinh tế, doanh nghiệp, tổ chức và các cá nhân để cạnh tranh
trong môi trường mới. Phạm vi ứng dụng công nghệ IoT thực sự rộng lớn và đa dạng, từ
quản lý giao thông, quản lý đô thị, quản lý mơi trường, ứng phó khẩn cấp đến các dịch vụ y
tế chăm sóc sức khỏe, nhà thơng minh, hướng tới nữa là thành phố thông minh và tất nhiên
là cả hệ thống truyền thanh không dây qua Internet.
Trong quá trình xây dựng hệ thống truyền thanh khơng dây đồng nhất 03 cấp cho
một tỉnh, việc kiểm sốt tình trạng hoạt động của hàng trăm xã, hàng trăm điểm thu phát
sóng qua Internet Radio là vơ cùng cần thiết. Việc này chỉ được thực hiện nếu áp dụng
công nghệ IoT vào trong việc xây dựng hệ thống, kết hợp với các quy trình hoạt động của
hệ thống truyền thanh qua Internet.
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn
Trong khn khổ luận văn, tác giả sẽ xây dựng một hệ thống IoT để theo dõi thông
số từ các hệ thống Internet Radio phát thanh từ các xã. Dữ liệu sẽ được gửi về hệ thống
phần mềm trên server cấp tỉnh. Hệ thống gồm demo phần cứng và phần mềm đáp ứng
được yêu cầu đặt ra.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Về cơ bản, IoT platform là một hệ thống theo dõi và quản lý các thông số của máy
thu Internet Radio từ xa mà không cần phải đến trực tiếp máy thu Internet Radio. Hệ thống
tự động cập nhật các thông số cần thiết cho người quản lý, giúp cho người quản lý dễ dàng
theo dõi cũng như quản lý nhiều máy thu Internet Radio một lúc. Việc theo dõi và quản lý
thông qua IoT platform này vừa giúp tiết kiệm nhân lực, dễ dàng và đặc biệt là rất nhanh
chóng, đáp ứng yêu cầu độ tin cậy cao của hệ thống khi hoạt động trong thực tế.
5. Phương pháp nghiên cứu:
Nhờ sự hướng dẫn cũng như định hướng của thầy hướng dẫn, học viên thực hiện tìm

kiếm và thu thập tài liệu, bài báo đã được công bố để tìm hiểu lý thuyết cơ bản về IoT
platform, từ đó tìm hiều và phân tích các kết quả đã có được và xây dựng một IoT platform
nhỏ chạy thực tế để khảo sát đưa ra kết quả và định hướng nghiên cứu tiếp sau này.
Nội dung của luận văn gồm 4 phần chính:
•

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan, thuyết minh ý tưởng


11

•

Chương 2: Mơ hình hệ thống truyền thanh khơng dây và ứng dụng cơng nghệ

•

iot
Chương 3: Xây dựng hệ thống IoT quản lý hoạt động của các trạm phát

•

thanh
Chương 4: Kiểm thử IoT platform với phần cứng mô phỏng máy thu Internet
Radio


12

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ

INTERNET OF THINGS
1.1.

Tổng quan về IoT và IoT platform
Internet of Things, hay IoT là khái niệm kết nối các thiết bị với nhau và với

Internet. IoT là một mạng lưới khổng lồ gồm các vật (things) và con người được kết nối tất cả đều thu thập và chia sẻ dữ liệu với nhau. Việc kết nối có thể thực hiện qua Internet,
3G, Wifi, ZigBee, Bluetooth… Các thiết bị được kết nối với nhau và cùng kết nối trong
cùng một mạng. Con người có thể giám sát, điều khiển thiết bị, thu thập dữ liệu ở bất cứ
nơi nào và bất cứ thời điểm nào thông qua IoT Platform.
Hệ thống IoT được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế. Các lĩnh vực ứng dụng IoT
và kiến trúc tổng quát hệ thống IoT có thể được tìm kiếm trong hình vẽ dưới đây.

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của IoT system
IoT platform là trung tâm của việc triển khai IoT, là một phần mềm để khai báo,
định nghĩa thiết bị phần cứng, các giao thức kết nối và các ứng dụng phần mềm khác. Nó
cung cấp một giải pháp hiệu quả cho việc quản lý và cấu hình thiết bị, thu thập và phân
tích dữ liệu, có khả năng kết nối với các dịch vụ đám mây và tích hợp với điện thoại thông
minh và các thiết bị khác của người sử dụng. Có rất nhiều các IoT platform khác nhau, tuy
nhiên hầu hết tất cả đều có các thành phần cơ bản chung giống nhau:


13

-

Thiết bị kết nối: Chúng là các loại máy móc, cảm biến hay các thiết bị kết nối
khác thực hiện một hành động cụ thể: thu thập dữ liệu, kết nối với nhau, truyền
và nhận dữ liệu, ...
Phương thức kết nối: Dựa trên mạng viễn thông mà các thiết bị có thể kết nối,

-

giao tiếp được với nhau và với server/cloud. Điều này phụ thuộc vào yêu cầu
-

của dự án IoT từ đó chọn ra phương thức kết nối hiệu quả nhất.
Xử lý dữ liệu: Được xử lý ở trên server/cloud. Nhận dữ liệu từ các thiết bị, từ

-

đó phân tích và đưa ra hành động sẽ được thực hiện trong IoT platform.
Giao diện: Cung cấp cho người dùng một giao diện trực quan để có thể tương
tác và nhìn thấy được hoạt động của toàn bộ hệ thống.

1.2.

Các yêu cầu và đặc điểm của IoT platform
Các IoT platform đảm bảo việc tích hợp liền mạch các phần cứng khác nhau bằng

cách sử dụng một loạt các giao thức giao tiếp phổ biến (như MQTT, HTTP, CoAP, …). Sử
dụng các API do IoT platform cung cấp, ta có thể tải dữ liệu IoT thu thập được vào các hệ
thống phân tích, lưu trữ hoặc xử lý dữ liệu tới các thiết bị được kết nối hoặc truyền dữ liệu
giữa chúng bằng việc sử dụng các loại ứng dụng người dùng khác nhau. Để đánh giá xem
liệu một IoT platform có thật sự tốt hay không, cần dựa vào các tiêu chí sau đây:
-

Tính khả mở: Cho phép chạy trên các thiết bị có nền tảng hệ điều hành khác

-

nhau.
Dễ sử dụng: Cung cấp một giao diện dễ nhìn, thân thiện, cung cấp các API đa

-

dạng để người dùng có thể tùy chỉnh hệ thống theo cách riêng.
Tương tác và thích hợp: Cung cấp khả năng xử lý nhiều loại thiết bị phần
cứng thông qua nhiều loại giao thức kết nối để truyền dữ liệu cho

-

server/cloud.
Tính bảo mật: Mã hóa thơng tin truyền giữa các thiết bị với server/cloud,
kiểm soát quyền truy cập vào hệ thống, bảo mật dữ liệu lưu trữ, ...

Để đạt được giá trị từ Internet of Things (IoT), việc cần phải có là một nền tảng để
tạo và quản lý ứng dụng, chạy các phân tích, lưu trữ và bảo mật dữ liệu. Giống như một hệ
điều hành dành cho máy tính, một nền tảng làm rất nhiều thứ đằng sau đó, tạo tra mơi
trường cho các nhà phát triển, giúp nhà quản lý và người dùng sử dụng dễ dàng hơn và tiết
kiệm chi phí hơn. Do đó, các IoT platform góp phần xây dựng những ứng dụng to lớn và
được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: điện lực, giao thông, xây dựng nhà thông
minh, thành phố thông minh …


14

1.3.

Kết luận về nhu cầu thực tế và khả năng áp dụng của đề tài

Ở Việt Nam hiện nay, số lượng các máy thu Internet Radio là rất lớn do đó để quản

lý và theo dõi các thơng số của máy thu Internet Radio cần một số lượng lớn nhân lực.
Điều này dẫn đến việc lãng phí nguồn nhân lực, trong khi nguồn nhân lực đó cần thiết cho
những cơng việc khác quan trọng hơn. Hơn nữa, để truyền tải công suất điện lớn từ nơi sản
xuất đến nơi tiêu thụ, thì giải pháp tăng điện áp để hạn chế tổn thất công suất và giảm giá
thành đầu tư đường dây là một lựa chọn tối ưu. Để lượng công suất tải truyền đi càng lớn
thì điện áp càng cao. Vì thế mà việc quản lý và theo dõi các thơng số trực tiếp tại trạm
biếm áp là rất khó khăn và khá nguy hiểm cho người tham gia thực hiện. Để giải quyết
được bài tốn thực tế này thì việc xây dựng một IoT platform để quản lý và theo dõi thông
số từ máy thu Internet Radio là rất cần thiết. Chính vì thế, trong khn khổ đề tài em mong
muốn xây dựng một IoT platform dùng để quản lý các máy thu Internet Radio và theo dõi
các thông số của các máy thu Internet Radio đó.


15

CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THANH
KHƠNG DÂY VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IOT
2.1. Lý thuyết về hệ thống truyền thanh không dây
Truyền thanh không dây hiện nay không chỉ cịn được hiểu là truyền thanh qua
sóng FM mà nó đã được nâng lên một tầng cao hơn – truyền thanh qua Internet. Truy cập
Internet rất quan trọng, bởi vì nó địi hỏi một đài phát thanh có khả năng giao tiếp với một
mạng lưới toàn cầu. Hiện nay, các thiết bị sử dụng phổ biến nhất chủ yếu là máy tính xách
tay, để bàn và điện thoại di động. Chúng ta không thể quên về điện thoại di động, đặc biệt
là các thiết bị nghe nhạc bỏ túi như iPod của Apple. Trong năm 2010 và 2011 Internet
Radio đã trở thành xu hướng mới trong việc phát triển khả năng kết nối Internet. Mục đích
chính là cung cấp cho người dùng truy cập vào một loạt các nội dung thông tin, đặc biệt là
thông qua các mạng truyền thơng tồn cầu. Kết nối Internet tương tự có thể được thực hiện
cả trong cách truyền thống, ví dụ - thông qua cáp kết nối được đến thiết bị - thơng qua việc

sử dụng cơng nghệ khơng dây. Ví dụ về các cơng nghệ như là sóng radio FM và tín hiệu vệ
tinh hoặc cơ sở hạ tầng điện thoại di động, cho phép chuyển hàng Megabit mỗi giây, đảm
bảo nội dung có chất lượng rất cao. Sự phát triển của Internet là cần thiết nhưng chưa đủ
cho Internet Radio. Sự xuất hiện của Internet radio sẽ không thể thực hiện được mà khơng
có phát triển đáng kể của cơng nghệ truyền âm thanh theo thời gian thực trên phạm vi tồn
cầu. Với mục đích này cần phải có kết nối Internet với băng thơng lớn.
Vai trị của Internet Radio rất quan trọng, đặc biệt trong trường hợp truyền tải đa
phương tiện, đòi hỏi kết nối Internet tốc độ cao, đi kèm chi phí đang tăng lên tương ứng
với số lượng người dùng. Công nghệ tiến bộ kỹ thuật trong việc truyền tải hiệu quả của âm
thanh cũng là một yếu tố quan trọng, được thực hiện bởi các phương pháp mới và hiệu quả
hơn trong việc nén dữ liệu. Với việc nén dữ liệu, chúng ta chỉ cần ít băng thơng để gửi
cùng một lượng dữ liệu. Từ đó, sự ra đời công nghệ streaming, công nghệ mà cho phép bạn
truyền âm thanh và video trong nhiều luồng. Công nghệ streaming hiện nay có thể được
thực hiện bởi các phần mềm độc quyền hoặc mã nguồn mở để truyền và nhận sóng vơ
tuyến hoặc các tin tức đa phương tiện. Chương trình đầu tiên đã được thực hiện vào tháng
04/1996 khi công ty Real Networks, tác giả của phần mềm Real Player nổi tiếng và coder
đặc trưng bởi tỷ lệ nén tốt. Kết quả là các định dạng phương tiện truyền thông trực tuyến
đã được giới thiệu bởi những người khổng lồ CNTT như Microsoft với định dạng file


16

WMA (Windows Media Audio) và Windows Media Player hay như Apple với công nghệ
Quick Time.
Công nghệ Shoutcast được phát triển như một phương pháp cho phép truyền phát
các file nhạc ở định dạng MP3, đi kèm với công nghệ Podcasting cho phép tự động lựa
chọn và tải các chương trình này, có thể được chạy lại khi nào muốn. Sự kết hợp Shoutcast
và Podcast mang đến một giải pháp Internet Radio khá hoàn thiện. Điều này dẫn đến việc
các thiết bị nghe nhìn khơng cần thiết phải là các đài có sóng FM, khơng cần thiết phải là
các máy tính để bàn, laptop mà chỉ cần đơn giản là thiết bị nhỏ gọn mà kết nối được

Internet, qua 3G, wifi là có thể đài phát thanh Internet.
Sự khác biệt giữa các đài phát thanh cổ điển và đài phát thanh Internet không chỉ
nằm ở các giải pháp công nghệ mà cịn nằm ở khía cạnh pháp luật. Trước hết, phát thanh
Radio Internet không cần phải xin giấy phép như trong trường hợp của đài phát thanh
truyền thống. Lí do là khơng có nhu cầu về phân bổ tần số. Internet là một phương tiện để
chung và tất cả mọi người trên thế giới có thể sử dụng nó. Họ có quyền lựa chọn được
nghe gì, xem gì. Internet Radio sẽ là giải pháp tốt nếu nội dung phong phú, dẫn đến số
người nghe có thể lên đến hàng triệu.
Waldemar Dubaniowski tại hội thảo "Dịch vụ nghe nhìn trên Internet và bản quyền
bảo vệ trong môi trường kỹ thuật số" đã lưu ý rằng sự phát triển nhanh chóng của phương
tiện truyền thơng số như phát thanh truyền hình đã chọn một hướng đi khác nhau. Đài phát
thanh Internet đã có một sự phát triển cực kỳ mạnh mẽ bởi chi phí phát triển và vận hành
Radio Internet là rất thấp so với hệ thống Radio cổ điển.
Radio Internet phát triển mạnh mẽ ở mảng cá nhân, khi họ khởi đầu từ những cơng
việc u thích như hát, kể chuyện, làm Vlog… rồi sau đó khi lượng người dùng quan tâm,
số lượng người theo dõi tăng lên, họ phát triển kênh Internet Radio của họ trở thành một
kênh truyền thông rất mạnh, nội dung phong phú, đáp ứng yêu cầu của thính giả. Vì tính cá
nhân, phát thanh truyền hình qua Internet có tập khách hàng rất hẹp, ví dụ, sinh viên của
nhạc phim, các bạn trẻ, u thích bóng đá… Bằng cách này, ngày càng có nhiều đài phát
thanh Internet được lấp đầy khoảng trống đã tồn tại nhiều năm trong phát thanh truyền
hình truyền thống. Chúng tương ứng với các yêu cầu và nhu cầu của khán giả mà các đài
phát thanh truyền thống, vì nhiều lý do, sẽ khơng bao giờ có thể cung cấp cụ thể.


17

Hình 2.1: Tiến trình phát triển của phát thanh trên thế giới
Tóm lại, các Radio truyền thống có một phạm vi rộng lớn, chất lượng âm thanh tốt,
nhưng thiếu một con đường thuận tiện cho việc áp dụng công nghệ mới. Việc phải được
cấp giấy phép hoạt động bởi cơ quan có thẩm quyền làm hạn chế số lượng đài phát thanh

truyền thống. Mặt khác, phát thanh truyền hình qua Internet có thể được mơ tả như một
hình thức giao tiếp với phạm vi khơng giới hạn (vì nó có thể được sử dụng từ bất cứ nơi
nào trên thế giới), và nó có một điểm mạnh vơ cùng đó là khả năng tương tác với người
nghe, mặc dù số lượng khơng nhiều. Chi phí phát triển một kênh Internet Radio cũng thấp
hơn rất nhiều so với truyền thống là một ưu điểm nổi trội dẫn đến việc lép vế của Radio
truyền thống.

2.2. Mơ hình hệ thống truyền thanh khơng dây đồng nhất 3 cấp
Trong mục này, sau khi nghiên cứu về cơng nghệ truyền thơng qua Internet, nhóm
tác giả đi vào thiết kế mơ hình hệ thống truyền thơng không dây đồng nhất 03 cấp, áp dụng
cho hệ thống truyền thơng tại Đắk Lắk. Trước tiên nhóm thực hiện đề tài sẽ làm rõ khái
niệm Radio số đồng nhất 03 cấp:
Truyền thanh Radio số đồng nhất ba cấp, có nghĩa là hệ thống sử dụng công
nghệ truyền thanh qua Internet. Nội dung được truyền từ máy chủ cấp Tỉnh, thơng qua
Internet (cáp quang, wifi, 3G) để truyền sóng đến các đài truyền thanh cấp Huyện, cấp Xã.
Tại các điểm cấp Huyện, Xã có trang bị máy thu Internet Radio. Do đó các đài truyền
thanh tại Tỉnh, Huyện, Xã đều có thể đồng loạt phát đi cùng một nội dung (đồng nhất về


18

phát nội dung). Ngồi ra nội dung có thể được gửi lên máy chủ từ cấp Xã, cấp Huyện và
cấp Tỉnh, và nội dung này có thể được lấy từ xã này, huyện này rồi phát sang xã khác,
huyện khác (đồng nhất về tạo nội dung).
Ngồi tính đồng nhất, thì hệ thống phải đảm bảo hoạt động tốt khi Internet có vấn
đề, do đó nhóm đề xuất sử dụng mơ hình lai ghép, tức là mặc định truyền thanh qua
Internet, nhưng khi Internet có vấn đề thì sẽ truyền thanh qua sóng FM. Ngồi tính đồng
nhất, tính bền vững chính là điểm nổi bật của hệ thống mới so với hệ thống cũ.
Để đảm bảo các yêu cầu trên, hệ thống phải đảm bảo được sự đồng nhất từ phần
cứng đến phần mềm. Do đó nhóm thực hiện đề tài phải nghiên cứu, thiết kế, xây dựng mơ

hình phần cứng, phần mềm, hệ thống lưu trữ và quản lí cơ sở dữ liệu cần thiết và quy trình
hoạt động để đảm bảo cho tồn bộ hệ thống có thể hoạt động trơn tru, linh hoạt.
Hướng giải quyết mới của đề tài là nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền thông
radio số đồng nhất 3 cấp (tỉnh, huyện, xã) dựa trên công nghệ truyền thanh qua Internet.
Mục tiêu đạt được là nâng cao chất lượng dịch vụ, hệ thống phải bảo mật, có thể phát thanh
đồng nhất 3 cấp, qua Internet và khơng dây (truyền thanh qua sóng FM). Ngồi ra hệ thống
có thể giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị tại nơi thu sóng Internet và phát sóng FM.
Để cụ thể hóa mục tiêu trên, những nội dung cần nghiên cứu của đề tài như sau:
- Nghiên cứu lý thuyết, thiết kế, xây dựng mơ hình hệ thống truyền thông radio số
đồng nhất 3 cấp (tỉnh, huyện, xã), bao gồm nghiên cứu lí thuyết chính về xây dựng hệ
thống Radio số, truyển thanh qua Internet, thiết kế mơ hình phần cứng truyền phát thơng
tin, thiết kế mơ hình cơ sở dữ liệu, thiết kế chức năng phần mềm lưu trữ dữ liệu và hiết kế
phần mềm quản lý cho hệ thống máy chủ phát thanh.
- Nghiên cứu xây dựng hệ thống máy chủ sản xuất nội dung số và thống máy chủ
phát sóng: từ thiết kế, xây dựng và tích hợp, chế tạo phần cứng đến thiết kế xây dựng và
phát triển phần mềm.
- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy thu Internet Radio (cạnh máy phát FM), kết hợp
nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phát mã RDS-OTP để truyền tín hiệu số cùng với sóng
FM và máy thu FM tích hợp bộ giải mã RDS-OTP. Đây là bộ giải pháp tổng thể đảm bảo
rằng hệ thống phát thanh được bảo mật, tin cậy, đồng nhất 3 cấp.


19

Hình 2.2: Mơ hình hệ thống truyền thơng khơng dây đồng nhất 3 cấp
Qua khảo sát và nghiên cứu sơ bộ tại địa bàn tỉnh Đắk Lắk, em đề xuất mơ hình hệ
thống phần cứng, được mơ tả như trong hình 2.2, bao gồm:
-

Hệ thống máy chủ nội dung phát sóng;

-

Hệ thống máy chủ phát sóng qua internet (streaming server);

-

Hệ thống máy trạm làm chương trình tại tỉnh, huyện, xã;

-

Hệ thống máy thu Internet Radio tại các huyện, xã; Máy tạo mã RDS-OTP;
Hệ thống máy phát FM cấp huyện (88-108 MHz/500W) và cấp xã (54-68
MHz/50W) có tích hợp máy phát mã RDS-OTP;

-

Hệ thống thiết bị đầu cuối có tích hợp module giải mã RDS-OTP, nhận tín
hiệu và phát trực tiếp ra loa. Hệ thống sử dụng kết hợp (hybrid) giữa truyền
phát qua FM và qua Internet.

Trong tình huống bình thường, hệ thống hoạt động qua đường truyền Internet từ
cấp tỉnh đến cấp huyện, xã. Các máy thu Internet radio tại xã, huyện sẽ thu sóng trực tiếp
từ hệ thống máy chủ phát sóng (streaming server), sau đó phát sóng đến các điểm thu FM
tại các cụm dân cư. Trong các tình huống Internet bị đứt cáp (thiên tai, gãy đứt), hệ thống
có thể tự động chuyển qua phát thanh qua FM từ đài phát thanh cấp Tỉnh đến các đài cấp


20

huyện, xã. Ngoài ra khi Internet bị đứt cáp do thiên tai, các đài truyền thanh xã có thể sử
dụng module sim 3G để máy thu Internet radio cấp xã có thể lấy được dữ liệu từ máy chủ
phát sóng và sau đó phát đến các loa đặt tại cụm dân cư.
Sau khi xây dựng, chế tạo hệ thống, bước tiếp theo là thử nghiệm, đánh giá các
tham số kỹ thuật, chức năng của hệ thống trong phịng thí nghiệm, và triển khai thực địa.
Dựa trên các kết quả thử nghiệm, việc tối ưu các tham số của từng module phần cứng và
phần mềm sẽ được tiến hành nhằm đạt được mục tiêu đề ra. Các tham số chính làm cơ sở
cho việc tối ưu là tính bảo mật của hệ thống, sự ổn định khi vận hành trong cả những tình
huống khẩn cấp.

2.3. Ưu nhược điểm hệ thống truyền thanh hiện nay và nhu cầu xây
dựng hệ thống truyền thanh không dây mới
a) Ưu điểm của hệ thống truyền thanh truyền thống
Hạ tầng truyền dẫn phát sóng được đầu tư công nghệ mới, hiện đại, hiệu quả. Hạ
tầng truyền dẫn phát sóng được chuyển đổi dần từ cơng nghệ tương tự sang công nghệ số
nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ và tiết kiệm băng tần, cụ thể là:
-

Việc ứng dụng cơng nghệ số vào sản xuất chương trình phát thanh cho phép
thực hiện các chương trình trực tiếp thuận tiện và dễ dàng hơn theo hướng
mở, tương tác với thính giả, đáp ứng nhu cầu thơng tin đa chiều.

-

Việc thực hiện số hóa hệ thống sản xuất chương trình phát thanh đã góp phần
quan trọng trong việc cung cấp tới cơng chúng những sản phẩm báo chí với
chất lượng âm thanh và hình ảnh cao

-

Việc phát triển phát thanh số, đưa các chương trình phát thanh tích hợp trên
các thiết bị thông minh như điện thoại di động sẽ là xu thế phát triển của phát
thanh hiện đại.

Nhược điểm
Hệ thống truyền thanh hiện nay ở Việt Nam cũng còn tồn tại các nhược điểm như:
-

Một số các trang thiết bị trong dây truyền phát thanh được đầu tư từ rất lâu,
quản lý, khai thác khó khăn phức tạp, đặc biệt khó khăn trong cơng tác sửa
chữa. Giá thành thiết bị thay mới lại quá cao.

-

Hệ thống truyền thanh được đầu tư tại nhiều tỉnh, thành phố hiện tại đã cũ.
Nhiều hệ thống loa truyền thanh chất lượng chưa tốt gây phản ứng tiêu cực


21

cho người nghe. Điển hình có thể kể tới hiện tượng “thu được sóng phát
thanh trên một số chuyến bay” mà một số cơ quan báo chí phản ánh.
-

Khả năng đảm bảo an toàn dữ liệu thấp, hệ thống truyền thanh không dây FM
dễ bị hack, phát những bản tin tuyên truyền tiếng nước ngoài, hay chống phá
nhà nước vẫn cịn xảy ra. Hiện có rất nhiều nơi trên lãnh thổ Việt Nam có thể
bắt được các đài của Trung Quốc. Giải pháp hiện giờ vẫn là dùng các đài phát
có cơng suất phát lớn hơn phát sóng cùng tần số, “đè” lên sóng phát thanh
Trung Quốc.

b) Nhu cầu của các tỉnh xây dựng hệ thống truyền thanh không dây. Từ những số liệu thu
thập được, chúng ta rút ra một số kết luận sau:
-

Nhu cầu của Phát thanh tại các địa phương nói chung hiện nay là rất lớn, nội
dung chương trình yêu cầu phải đa dạng, hẫp dẫn.

-

Nhiều khu vực mật độ dân cư thưa thớt, trình độ dân trí thấp, hệ thống thơng
tin liên lạc, phát thanh được đầu tư hạn chế, chưa đáp ứng được nhu cầu.
chuyển tải thơng tin của chính quyền.

-

Hệ thống truyền thanh cơ sở hiện nay sử dụng chủ yếu là truyền thanh qua
sóng FM, khơng đảm bảo chất lượng tín hiệu khi truyền tới các khu vực vùng
sâu, vùng xa, vùng trũng phát sóng.

Do đó cần xây dựng hệ thống truyền thông radio số đồng nhất 03 cấp (tỉnh, huyện,
xã) phục vụ phổ biến kiến thức thông tin kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh, quốc phịng và
các thơng tin khẩn cấp, đảm bảo an tồn thơng tin và tính dự phòng hệ thống trong trường
hợp khẩn cấp.

2.4. Vai trò của hệ thống IoT trong việc quản lí hệ thống truyền
thanh khơng dây
Trong q trình xây dựng hệ thống truyền thanh không dấy đồng nhất 03 cấp, việc
quan trọng nhất là kiểm sốt q trình hoạt động của các trạm thu phát sóng cấp dưới. Do
đó việc xây dựng một hệ thống phần mềm có thể theo dõi hoạt động của hệ thống các trạm

thu phát Radio Internet theo thời gian thực là vô cùng quan trọng, và ở đây công nghệ IoT
sẽ được sử dụng.
Công nghệ IoT cho phép máy chủ qua Internet có thể thu thập dữ liệu được gửi lên
từ các máy Internet Radio từ xa. Với mơ hình hệ thống truyền thanh khơng dây đồng nhất


22

03 cấp như trong hình 2.2, các máy Internet Radio, ngồi việc thu sóng từ server phát sóng,
có thể gửi dữ liệu ngược lại từ cấp cơ sở lên. Dữ liệu đó có thể là dữ liệu các cảm biến
(nhiệt độ, độ ẩm trong phịng), hay tình trạng hoạt động của máy (đang hoạt động, tắt hay
tạm nghỉ,…). Ngoài ra cịn có thể tích hợp thêm các nút như cảnh báo nguy hiểm, báo cháy
hay thiên tai lũ lụt. Với các chức năng cảnh báo, thay vì người dùng phải gọi điện thì chỉ
cần nhấn nút là tín hiệu cảnh báo sẽ được gửi thẳng lên hệ thống.
Hệ thống cảnh báo khẩn cấp trong hệ thống truyền thanh không dây đồng nhất 03
cấp được sử dụng trong 02 trường hợp chính:
-

Khi cấp cao nhất muốn đưa các thơng báo khẩn cấp xuống các cấp thấp hơn (Tỉnh
đưa thông báo đến huyện, xã), khi phát sinh tình huống khẩn cấp về an ninh quốc
phòng, thiên tai, bão lũ. Hệ thống cảnh báo này hoạt động qua loa hoặc qua các
thiết bị chuyên dụng tại trạm phát thanh để cảnh báo nhân viên quản lý trạm phát
thanh. Cơ chế phát tin bài khẩn cấp ở đây vẫn là phát tin bài như bình thường
nhưng có quyền ghi đè lên tin bài đang được phát hiện nay. Trong trường hợp vấn
đề khẩn cấp khơng được thơng báo qua tin bài, hệ thống có thể bật các đèn cảnh
báo, tín hiệu cảnh báo tự động. Quá trình này được thực hiện tự động nhờ áp dụng
công nghệ IoT.

-

Tin khẩn cấp được cảnh báo từ cấp cơ sở lên trên hệ thống. Trong các tình huống
khẩn cấp cần thông báo như lũ quét, trộm cướp… mà phía cơ sở cần cảnh báo lên
cấp cao hơn, có thể dùng điện thoại di động như một lựa chọn. Trong tình huống
khơng có sóng hoặc khơng thể liên lạc qua di động, việc có một hệ thống cảnh báo
khác tích hợp vào hệ thống truyền thanh khơng dây là một giải pháp tốt. Ở đây, một
số nút nhấn và mic có thể được tích hợp để gửi tín hiệu cảnh báo kèm với ghi âm
nếu cần.
Phát thông điệp cảnh báo khẩn cấp là một dịch vụ quan trọng mà các đài truyền

hình cung cấp cho cộng đồng mà họ phục vụ. Bằng cách cung cấp thông tin kịp thời và
chính xác liên quan đến các sự kiện khẩn cấp như cháy rừng, lũ lụt, lốc xốy, đóng cửa
trường học và cảnh báo Amber, các đài truyền hình đóng một vai trò quan trọng trong việc
giúp ngăn ngừa thương tích, tử vong và thiệt hại tài sản.


23

2.5. Kết chương
Trong chương này, em đã nghiên cứu tìm hiểu về hệ thống truyền thanh khơng dây,
từ đó xây dựng được mơ hình hệ thống truyền thanh khơng dây, đồng nhất 03 cấp. Tiếp
theo đó, với kiến thức về hệ thống IoT, em đề xuất xây dựng hệ thống IoT cho phép kết nối
giữa máy chủ điều khiển hệ thống truyền thanh không dây, với các máy Internet Radio theo
mơ hình hệ thống IoT – tức là trao đổi dữ liệu 2 chiều, phục vụ mục đích theo dõi, kiểm tra
tình trạng hoạt động của các trạm phát thanh cấp cơ sở và cảnh báo trong các tình huống
khẩn cấp.
Trong chương tiếp theo, em sẽ mơ tả q trình xây dựng hệ thống IoT, tập trung
vào hệ thống phần mềm, có mơ phỏng trên phần cứng.


24

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG IOT QUẢN LÝ HOẠT
ĐỘNG CỦA CÁC TRẠM PHÁT THANH
Một trong những thứ quan trọng nhất trong IoT system là IoT platform – nền tảng
phần mềm theo dõi, quản lý và điều khiển hệ thống.
Hệ thống phần mềm hoạt động trên một máy chủ dựa trên các công nghệ để điều
khiển để xử lý dữ liệu thiết bị, theo dõi, giám sát, điều khiển từ xa. Máy chủ có thể được
cài đặt trên máy cục bộ hoặc chạy trên đám mây và được xây dựng trên các công nghệ
được thiết kế để mở rộng tới hàng tỷ sự kiện thiết bị được xử lý mỗi ngày. Hệ thống đảm
bảo sự liên tục của dữ liệu được gửi từ thiết bị, đảm bảo lưu trữ dữ liệu an tồn và dữ liệu
khơng bao giờ bị xóa, bất kể dung lượng hay thời gian có lớn đi nữa. Hệ thống cung cấp
giao diện dịch vụ cho phép các bên thứ ba mở rộng và tùy chỉnh hệ thống để làm việc với
các công nghệ mới và cung cấp hệ thống truyền thông giữa các thiết bị tiên tiến cho phép
kiểm sốt tồn bộ vịng đời của các thiết bị trong toàn bộ hệ thống IoT. Hệ thống cho phép
sử dụng các giao thức truyền thông mới và cung cấp hệ quản trị HTML5 cho phép tất cả
dữ liệu hệ thống được xem và thao tác theo cách đơn giản nhất. Trong các mục sau, chúng
ta sẽ nghiên cứu và xây dựng hoàn thiện hệ thống IoT quản lý các trạm phát thanh.

3.1. Mơ hình hệ thống và phương thức trao đổi dữ liệu trong hệ
thống IoT
Trong mô hình hệ thống IoT đơn giản, việc phân cấp thiết bị gồm 2 lớp: Lớp máy
chủ và Lớp IoT Gateway, phù hợp cho mơ hình các trạm phát thanh, khi dữ liệu trao đổi
trực tiếp từ máy thu Internet Radio lên máy chủ quản lý. IoT Gateway chính là Internet
Radio, được tích hợp các module phần mềm đọc dữ liệu từ các cảm biến (dữ liệu đây có
thể là nhiệt độ, độ ẩm, tình trạng hoạt động của máy) hay đọc trạng thái các nút nhấn cảnh
báo khẩn cấp. Mô hình đơn giản của hệ thống sẽ được thấy như trong hình 3.1 dưới đây.
Khối IoT Gateway: đọc dữ liệu từ sensors nhiệt độ độ ẩm, trạng thái hoạt động…
rồi chuyễn dữ liệu lên khối Cloud Backend trên server thông qua mạng Internet hoặc mạng
WAN nội bộ.
Khối Cloud Backend: thực hiện lưu trữ giá trị sensor nhận được từ khối IoT

Gateway và chuyển tiếp dữ liệu lên Cloud Frontend.


25

Khối Cloud Frontend: Thực hiện hiển thị giá trị các sensor và điều khiển nếu cần.
Giao diện phải thiết kế đẹp, đáp ứng được u cầu.

Hình 3.1: Mơ hình hệ thống IoT

3.1.2. Trao đổi dữ liệu với Socketio
Socketio là một phương thức truyền dữ liệu giúp xây dựng một ứng dụng realtime.
Socketio sẽ giúp các bên ở những địa điểm khác nhau kết nối với nhau, truyền dữ liệu ngay
lập tức thơng qua server trung gian. Socketio có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng
như chat, game online, cập nhật kết quả của một trận đấu đang xảy ra...
Cấu trúc một ứng dụng realtime sử dụng Socketio bao gồm 2 phần: phía server,
phía client.
-

Phía server (máy chủ quản lý hệ thống phát thanh): Đây là nơi sẽ cài đặt Socketio.
Ngôn ngữ để dựng server là NodeJS