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 XN 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

i

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


ii

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


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................vii
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF
THINGS ..................................................................................................................... 4
1.1. Tổng quan về IoT và IoT platform ................................................................ 4
1.2. Các yêu cầu và đặc điểm của IoT platform.................................................... 5
1.3. Kết luận về nhu cầu thực tế và khả năng áp dụng của đề tài ......................... 6
CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THANH KHƠNG DÂY VÀ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IOT ............................................................................. 7

2.1. Lý thuyết về hệ thống truyền thanh khơng dây ................................................ 7
2.2. Mơ hình hệ thống truyền thanh không dây đồng nhất 3 cấp .......................... 10
2.3. Ưu nhược điểm hệ thống truyền thanh hiện nay và nhu cầu xây dựng hệ
thống truyền thanh không dây mới ........................................................................ 12
2.4. Vai trò của hệ thống IoT trong việc quản lí hệ thống truyền thanh khơng dây14
2.5. Kết chương...................................................................................................... 15
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG IOT QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA
CÁC TRẠM PHÁT THANH ................................................................................. 17
3.1. Mơ hình hệ thống và phương thức trao đổi dữ liệu trong hệ thống IoT ......... 17
3.1.2. Trao đổi dữ liệu với Socketio ................................................................. 18
3.2. Nghiên cứu, xây dựng giao diện phần mềm quản lý, giám sát và cảnh báo .. 20
3.2.1. Lựa chọn ngôn ngữ xây dựng frontend với ReactJS .............................. 20
3.2.2. Xây dựng giao diện phần mềm quản lý các máy phát sóng ................... 25


iv

3.3. Nghiên cứu, xây dựng phần mềm backend trên máy chủ............................... 33
3.3.1. RESTful API .......................................................................................... 33
3.3.2. ExpressJS ................................................................................................ 36
3.3.3. Socket-io ................................................................................................. 38
3.3.4. MongoDB ............................................................................................... 39
3.3.5. NodeJS và lý do lựa chọn NodeJS ......................................................... 42
3.3.6. Nghiên cứu xây dựng module backend thu thập, lưu trữ, trao đổi dữ liệu . 43
3.4. Nghiên cứu xây dựng module phần mềm xác thực người dùng trong hệ thống . 48
CHƯƠNG 4: KIỂM THỬ IOT PLATFORM VỚI PHẦN CỨNG MÔ PHỎNG
MÁY THU INTERNET RADIO ........................................................................... 51
4.1. Kiểm thử giao diện phần mềm........................................................................ 51
4.2. Kiểm thử tương tác giữa phần cứng mô phỏng Internet radio với phần mềm54
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 56

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... 58
PHỤ LỤC 1: CODE CÁC FUNCTION CHÍNH CỦA FRONTEND CỦA IOT
PLATFORM ............................................................................................................ 59


v

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

Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan

Management System

hệ

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


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Mối quan hệ của thuật ngữ RDBMS với MongoDB ................................ 40
Bảng 3.2: Một số câu lệnh cơ bản của MongoDB .................................................... 41
Bảng 3.3: Danh sách các APIs của backend hệ thống .............................................. 47


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của IoT system........................................................... 4
Hình 2.1: Tiến trình phát triển của phát thanh trên thế giới........................................... 9
Hình 2.2: Mơ hình hệ thống truyền thông không dây đồng nhất 3 cấp. ...................... 11
Hình 3.1: Mơ hình hệ thống IoT ................................................................................... 18
Hình 3.2: Mơ hình truyền tải dữ liệu trong hệ thống truyền thanh khơng dây ............. 20
Hình 3.3: Sơ đồ frontend của IoT platform quản lý Internet Radio .............................. 25
Hình 3.4: Sơ đồ truyền nhận dữ liệu qua API ............................................................... 35
Hình 3.5: Sơ đồ cây thư mục trong ExpressJS .............................................................. 37
Hình 3.6: Quá trình xử lý một api của backend ............................................................ 38

Hình 3.7: Sơ đồ nhận dữ liệu của socket-io server ....................................................... 38
Hình 3.8: Sơ đồ truyền dữ liệu từ socket-io server tới một client xác định .................. 39
Hình 3.9: Sơ đồ truyền dữ liệu từ socket-io server tới tất cả client .............................. 39
Hình 3.10: Cấu trúc của cơ sở dữ liệu MongoDB ........................................................ 41
Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ thống IoT platform ............................................................... 45
Hình 3.12: Bảng dữ liệu của người dùng ...................................................................... 47
Hình 3.13: Quy trình tuần tự phần đăng ký tài khoản................................................... 49
Hình 3.14: Quy trình tuần tự phần đăng nhập tài khoản ............................................... 50
Hình 4.1: Giao diện đăng nhập tài khoản...................................................................... 51
Hình 4.2: Giao diện quản lý các trạm thu phát sóng ..................................................... 52
Hình 4.3: Giao diện quản lý các trạm thu phát sóng ..................................................... 52
Hình 4.4: Giao diện quản lý các trạm thu phát sóng sau khi tạo mới ........................... 53
Hình 4.5: Giao diện quản lý các trạm thu phát sóng (internet radio)............................ 53
Hình 4.6: Giao diện quản lý thơng tin trạm thu/phát sóng ............................................ 54
Hình 4.7: Mơ phỏng Internet Radio bằng Node MCU ................................................. 55
Hình 4.8: Giao diện điều khiển Internet radio từ xa ..................................................... 55


1

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 bẩm 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 thông


2

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 Ngun, đảm bảo an tồn thơng tin và tính dự phịng hệ
thống trong trường hợp khẩn cấp có ý nghĩa ứng dụng rất lớn.
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 môi 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 khơng dây qua
Internet.
Trong q trình xây dựng hệ thống truyền thanh không 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 vô 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 khuôn 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.


3

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 cơng 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
 Chương 2: Mơ hình hệ thống truyền thanh không dây và ứng dụng công
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


4

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


5

tích hợp với điện thoại thơng 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:
-

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 thơng 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
khơng, 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.

6

-

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 môi 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 …
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 công 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 thông 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 toán 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.


7

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 thông tồn cầu. Kết nối Internet tương tự có thể được thực hiện cả trong cách
truyền thống, ví dụ - thơng qua cáp kết nối được đến thiết bị - thông 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 toàn 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


8

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
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 cơng 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 mơi 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


9

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 u
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.

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.


10

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 khơng dây đồng nhất 03
cấp, áp dụng cho hệ thống truyền thông 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,
thông 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 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 không dây (truyền thanh qua
sóng FM). Ngồi ra hệ thống có thể giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị tại nơi


11

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 thơng
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.

Hình 2.2: Mơ hình hệ thống truyền thông không dây đồng nhất 3 cấp


12

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 RDSOTP; 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 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


13

Hạ tầng truyền dẫn phát sóng được đầu tư cơng 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 thông 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 công
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 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


14

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
thông tin liên lạc, phát thanh được đầu tư hạn chế, chưa đáp ứng được
nhu cầu. chuyển tải thông 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 thơng 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, đảm bảo an tồn thơng tin và tính dự phịng

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 khơng dấy đồng nhất 03
cấp, việc quan trọng nhất là kiểm soát 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 không
dây đồng nhất 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,…). Ngồi ra cịn có thể tích hợp


15

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 thông 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 phịng, 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 không được thông báo qua tin bài, hệ
thống có thể bật các đèn cảnh báo, tín hiệu cảnh báo tự động. Q 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 thơng 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 không 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 thơng 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
trị quan trọng trong việc giúp ngăn ngừa thương tích, tử vong và thiệt hại tài sản.

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 không dây, đồng


16

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.