Nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền thông không dây trong trang trại sử dụng công nghệ IOT

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

PHẠM THỊ TIÊM

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY
TRONG TRANG TRẠI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IOT

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật điều khiển tự động hóa

Thái Nguyên - 2020


ii

MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục ……………………………………………..……………...…….…..…….i
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt……………………………………...........iv
Danh mục các bảng…………………………………………………..…………….v
Danh mục các hình vẽ (hình vẽ, ảnh chụp, đồ thị, v.v)………..…………….........vi
Mở đầu……………………………………………………………..………………1
Nội dung…………………………………………………………...………..……...2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IOT VÀ CÁC CHUẨN TRUYỀN THƠNG ...... 3
1.1. IOT và các chuẩn truyền thơng không dây.................................................... 3
1.1.1. Bluetooth ..................................................................................................3
1.1.2. Zigbee .......................................................................................................4
1.1.3. Wifi...........................................................................................................5

1.1.4. Lora..........................................................................................................6
1.1.5. Z-ware ......................................................................................................7
1.1.6. 6LoWPAN................................................................................................8
1.1.7. Thread.......................................................................................................9
1.1.8. Cellular ...................................................................................................10
1.1.9. NFC ........................................................................................................11
1.1.10. Sigfox ...................................................................................................12
1.1.11. LIFI.......................................................................................................15
1.2. Một số hệ thống truyền thông đang sử dụng trong nông nghiệp................. 17


3

1.2.1. Tình hình ngồi nước .............................................................................17
1.2.2. Tình hình trong nước..............................................................................20
1.3. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền thông trong nông nghiệp ........... 23
1.4. Các chức năng của ứng dụng IOT ............................................................... 28
1.4.1. Chức năng quản lý thiết bị IoT (Device Management)..........................28
1.4.2. Chức năng quản lý người dùng (User Management) .............................29
1.4.3. Chức năng Giám sát an ninh – bảo mật .................................................29
1.5. Kết luận chương 1........................................................................................ 30
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY
TRONG IOT .......................................................................................................... 31
2.1. Các yêu cầu kĩ thuật..................................................................................... 31
2.2. Chuẩn truyền thông không dây Lora ........................................................... 32
2.2.1. Tổng quan về chuẩn Lora .......................................................................32
2.2.2. Công nghệ lora loại bỏ các giới hạn của IOT.........................................33
2.2.3. Ứng dụng của lora trong nông nghiệp thông minh ................................33
2.2.4. Lợi ích chính của công nghệ lora cho nông nghiệp thông minh ............34
2.3. Mạng GPRS ................................................................................................. 35

2.4. Phương pháp mã hóa, bảo toàn dữ liệu ....................................................... 39
2.4.1. Bảo mật đối với các thiết bị IOT ............................................................39
2.4.2. Xác thực thiết bị và hệ thống máy chủ ...................................................40
2.4.3. Thuật tốn mã hóa ..................................................................................41
2.5. Thingsboard và ứng dụng ............................................................................ 42
2.5.1. Tổng quan về Thingsboard.....................................................................42


4

2.5.2. Các tính năng của Thingsboard ..............................................................44
2.6. Kết luận chương 2........................................................................................ 46
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY
TRONG TRANG TRẠI SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IOT ................................. 47
3.1 Mơ tả bài tốn ............................................................................................... 47
3.2. Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................... 47
3.3. Nguyên lý hoạt động.................................................................................... 50
3.3.1. Nguyên lý hoạt động của Module Điều khiển và giám sát ....................50
3.3.2. Nguyên lý hoạt động của Module truyền thông .....................................51
3.4. Mạch nguyên lý ........................................................................................... 53
3.4.1. Mạch nguyên lý module điều khiển và giám sát ....................................53
3.4.2. Mạch nguyên lý module truyền thông....................................................54
3.5. Lưu đồ thuật toán ......................................................................................... 55
3.5.1. Lưu đồ thuật toán Module truyền thơng.................................................55
3.5.2. Lưu đồ thuật tốn module điều khiển, giám sát .....................................56
3.6. Giao diện ThingsBoard................................................................................ 56
3.7. Kết quả đạt được .......................................................................................... 58
3.7.1. Kết quả thiết kế trên phần mềm .............................................................58
3.7.2. Kết quả thực nghiệm ..............................................................................59
3.8. Kết luận chương 3........................................................................................ 62

KẾT LUẬN ............................................................................................................ 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 64


5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

-

BLE (Bluetooth Low Energy): bluetooth năng lượng thấp

-

IOT (Internet Of Thing): mạng lưới thiết bị kết nối với internet

-

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): giao thức dạng gửi

-

M2M (Machine to Machine): tương tác giữa máy với máy

-

NFC (Near Filed Communicatinons): công nghệ kết nối khơng dây

-

PC (Personal Computer): máy tính cá nhân

-

POE (Power Over Ethernet): cấp nguồn qua cáp internet

-

RF (Radio Frequency): tần số radio

-

SMS (Short Messaging Service): dịch vụ tin nhắn ngắn

-

URL (Uniform Resource Locator): đường dẫn


6

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1: Bảng các tin nhắn được quy ước………………………………………53


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang
Hình 1.1: Mơ hình trang trại thơng minh sử dụng trên sa mạc ...............................19
Hình 1.2: Mơ hình trang trại trong nhà kính ở Nhật Bản .......................................20
Hình 1.3: Cơng nghệ tưới thơng minh ...................................................................20
Hình 1.4: Mơ hình trang trại thơng minh Delco Farm ở Bắc Ninh ........................23
Hình 1.5: Kiến trúc tổng quát của một ứng dụng IoT.............................................25
Hình 1.6: Phân tích Data với IoT ............................................................................27
Hình 1.7: Mobile App IoT .................................................................................................29
Hình 3.1. Sơ đồ khối tồn hệ thống.........................................................................47
Hình 3.2. Sơ đồ khối Module điều khiển và giám sát ............................................48
Hình 3.3. Sơ đồ khối khối truyền thơng .................................................................49
Hình 3.4. Mạch nguyên lý module điều khiển và giám sát.....................................53
Hình 3.5. Mạch ngun lý module truyền thơng ...................................................54
Hình 3.6. Lưu đồ thuật tốn module truyền thơng..................................................55
Hình 3.7. Lưu đồ thuật tốn module điều khiển và giám sát .................................56
Hình 3.8. Tạo mới một device ................................................................................57
Hình 3.9. Giao diện giám sát trên Thingsboard .....................................................57
Hình 3.10. Module truyền thơng thiết kế trên phần mềm ......................................58
Hình 3.11 Module điều khiển và giám sát thiết kế trên phần mềm ........................59
Hình 3.12. Module truyền thơng sau khi hồn thiện ..............................................60
Hình 3.13 Module điều khiển và giám sát sau khi hoàn thiện ...............................60


viii

Hình 3.14. Hệ thống đang hoạt động thử nghiệm ..................................................61
Hình 3.15: Màn hình giám sát nhiệt độ và độ ẩm trên trang web...........................61


1

LỜI MỞ ĐẦU
Ngành nông nghiệp vốn được biết đến với việc phụ thuộc nhiều vào kinh
nghiệm của người làm nông, thách thức lớn trong việc tìm kiếm những phương
thức tốt hơn để gia tăng hiệu quả chăn nuôi trồng trọt. Trong thời đại công nghiệp
4.0, cách được coi là tối ưu và cũng là xu hướng không thể thay thế nhất chính là
áp dụng cơng nghệ mới vào hoạt động sản xuất, canh tác. IoT sẽ biến nông nghiệp
từ một lĩnh vực sản xuất định tính thành một lĩnh vực sản xuất chính xác dựa vào
những số liệu thu thập, tổng hợp và phân tích thống kê.
Nước ta là nước có bề dày trong sản xuất nơng nghiệp vì vậy sẽ là mảnh
đất đầy tiềm năng cho các doanh nghiệp cơng nghệ. Hiện có khơng ít các nhà đầu
tư đã và đang nghiên cứu phát triển đưa IoT vào trong sản xuất nơng nghiệp.
Nơng nghiệp Việt Nam có nhiều lợi thế, tuy nhiên chủ yếu nằm ở quy mô
sản xuất nhỏ dựa vào kinh tế hộ gia đình, năng suất lao động cịn thấp. Vì vậy,
ứng dụng cơng nghệ thơng tin trong nông nghiệp sẽ tạo cơ hội lớn cho các hộ
nơng dân trở thành một doanh nghiệp có năng suất và giá trị vượt trội cùng với
chất lượng cuộc sống ngày càng tốt hơn.
Sau hơn hai năm học tập tại trường Đại học Công nghệ thông tin và
Truyền thông, tôi đã được đào tạo và tiếp thu được những kiến thức hiện đại, tiên
tiến trong lĩnh vực tự động hóa. Trước khi tốt nghiệp cao học, tơi nhận được đề
tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền thông không dây trong trang trại
sử dụng công nghệ IoT”.


2

NỘI DUNG
CỦA BẢN LUẬN VĂN ĐƯỢC CHIA LÀM 3 CHƯƠNG

Chương 1: Tổng quan về IOT và các chuẩn truyền thông

Chương 2: Nghiên cứu phương pháp truyền thông không dây trong IOT
Chương 3: Xây dựng hệ thống truyền thông không dây trong trang trại sử dụng
công nghệ IOT

Với thời gian và kiến thức có hạn, luận văn khơng thể tránh khỏi sai
sót. Rất mong được sự góp ý của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2020

Tác giả luận văn

Phạm Thị Tiêm


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IOT VÀ CÁC CHUẨN TRUYỀN THƠNG
1.1. IOT và các chuẩn truyền thơng khơng dây
1.1.1. Bluetooth

Một công nghệ giao tiếp truyền thông trong khoảng cách ngắn vơ cùng quan
trọng, đó là Bluetooth. Hiện nay, bluetooth xuất hiện hầu hết ở các thiết bị như máy
tính, điện thoại/ smartphone,….và nó được dự kiến là chìa khóa cho các sản phẩm
IoT đặc biệt, cho phép giao tiếp thiết bị với các smartphone – một “thế lực hùng
hậu” hiện nay.
Hiện nay, BLE – Bluetooth Low Energy – hoặc Bluethooth Smart là một giao

thức được sử dụng đáng kể cho các ứng dụng IoT. Quan trọng hơn, cùng với một
khoảng cách truyền tương tự như Bluetooth, BLE được thiết kế để tiêu thụ cơng suất
ít hơn rất nhiều.
Tuy nhiên, BLE không thực sự được thiết kế cho các ứng dụng dùng để
truyền file và sẽ phù hợp hơn cho khối dữ liệu nhỏ. Nó có một lợi thế vơ cùng lớn
trong bối cảnh hiện nay, smartphone đang là thiết bị không thể thiếu được của mỗi
người. Theo Bluetooth SIG, hiện có hơn 90% điện thoại smartphone được nhúng
Bluetooth, bao gồm các hệ điều hành IOS, Android và Window, và dự kiến đến
năm 2018 sẽ là ” Smart Ready”.
Một số thông tin kỹ thuật về Bluetooth 4.2:


Tần số: 2.4 GHz



Phạm vi phủ sóng: 50m



Dữ liệu truyền được: 1Mbps


4



Cấp độ an ninh: Thấp



Mức tiêu thụ điện năng : Thấp

1.1.2. Zigbee

Zigbee, giống như Bluetooth, là một loại truyền thông trong khoảng cách
ngắn, hiện được sử dụng với số lượng lớn và thường được sử dụng trong cơng
nghiệp. Điển hình, Zigbee Pro và Zigbee remote control (RF4CE) được thiết kế trên
nền tảng giao thức IEEE802.15.4 – là một chuẩn giao thức truyền thông vật lý
trong công nghiệp hoạt động ở 2.4Ghz thường được sử dụng trong các ứng dụng
khoảng cách ngắn và dữ liệu truyền tin ít nhưng thường xuyên, được đánh giá phù
hợp với các ứng dụng trong smarthome hoặc trong một khu vực đô thị/khu chung
cư.
Zigbee / RF4CE có một lợi thế đáng kể trong các hệ thống phức tạp cần các
điều kiện: tiêu thụ công suất thấp, tính bảo mật cao, khả năng mở rộng số lượng các
node cao…ví dụ như yêu cầu của các ứng dụng M2M và IoT là điển hình. Phiên bản
mới nhất của Zigbee là 3.0, trong đó điểm nổi bật là sự hợp nhất của các tiêu chuẩn
Zigbee khác nhau thành một tiêu chuẩn duy nhất. Ví dụ, sản phẩm và kit phát triển
của Zigbee của TI là CC2538SF53RTQT Zigbee System-On-Chip T và CC2538
Zigbee Development Kit.


Tiêu chuẩn: ZigBee 3.0 based on IEEE802.15.4



Tần số: 2.4GHz



Phạm vi: 10-100m



Tốc độ dữ liệu: 250kbps


5

1.1.3. Wifi

Wifi (là viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11) là hệ thống mạng
khơng dây sử dụng sóng vơ tuyến, cũng giống như điện thoại di đơng, truyền hình
và radio. Kết nôi Wifi thường là sự lựa chọn hàng đầu của rất nhiều kỹ sư giải pháp
bởi tính thơng dụng và kinh tế của hệ thống wifi và mạng LAN với mơ hình kết nối
trong một phạm vi địa lý có giới hạn.
Các sóng vơ tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vơ tuyến sử
dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác. Nó có thể chuyển
và nhận sóng vơ tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vơ tuyến
và ngược lại. Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vơ
tuyến khác ở
chỗ: Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz. Tần số này cao
hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền
hình.
Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.
Hiện nay, đa số các thiết bị wifi đều tuân theo chuẩn 802.11n, được phát ở tần số
2.4Ghz và đạt tốc độ xử lý tối đa 300Megabit/giây


Tiêu chuẩn: Sử dụng phổ biến hiện nay theo chuẩn 802.11n



Tần số: băng tần 2.4GHz và 5GHz



Phạm vi: khoảng 50m


6



Tốc độ dữ liệu: tối đa 600 Mbps

1.1.4. Lora
LoRa là viết tắt của Long Range Radio được nghiên cứu và phát triển bởi
Cycleo và sau này được mua lại bởi công ty Semtech năm 2012. Với công nghệ này,
chúng ta có thể truyền dữ liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần các mạch
khuếch đại công suất; từ đó giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ khi truyền/nhận dữ
liệu. Do đó, LoRa có thể được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng thu thập dữ liệu
như sensor network trong đó các sensor node có thể gửi giá trị đo đạc về trung tâm
cách xa hàng km và có thể hoạt động với battery trong thời gian dài trước khi cần
thay pin.
Nguyên lý hoạt động của LoRa:
LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là Chirp Spread Spectrum. Có thể hiểu
nơm na ngun lý này là dữ liệu sẽ được băm bằng các xung cao tần để tạo ra tín
hiệu có dãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc (cái này gọi là chipped); sau đó tín
hiệu

cao tần này tiếp tục được mã hố theo các chuỗi chirp signal (là các tín hiệu hình sin
có tần số thay đổi theo thời gian; có 2 loại chirp signal là up-chirp có tần số tăng
theo thời gian và down-chirp có tần số giảm theo thời gian; và việc mã hoá theo
nguyên tắc bit 1 sẽ sử dụng up-chirp, và bit 0 sẽ sử dụng down-chirp) trước khi
truyền ra
anten để gửi đi.
Theo Semtech cơng bố thì ngun lý này giúp giảm độ phức tạp và độ chính
xác cần thiết của mạch nhận để có thể giải mã và điều chế lại dữ liệu; hơn nữa LoRa
không cần công suất phát lớn mà vẫn có thể truyền xa vì tín hiệu Lora có thể được
nhận ở khoảng cách xa ngay cả độ mạnh tín hiệu thấp hơn cả nhiễu môi trường xung
quanh.
Băng tần làm việc của LoRa từ 430MHz đến 915MHz cho từng khu vực khác
nhau trên thế giới:


430MHz cho châu Á


7



780MHz cho Trung Quốc



433MHz hoặc 866MHz cho châu Âu



915MHz cho USA

1.1.5. Z-ware

Tương tự Zigbee, Z-Wave là chuẩn truyền thông không dây trong khoảng
cách ngắn và tiêu thụ rất ít năng lượng. Dung lượng truyền tải với tốc độ 100kbit/s,
quá đủ cho nhu cầu giao tiếp giữa các thiết bị trong các hệ thống IoT, M2M. Chuẩn
kết nối Z-Wave và Zigbee cùng hoạt động với tần số 2.4GHz, và cùng được thiết kế
với mức tiêu thụ năng lượng rất ít nên có thể sử dụng với các loại PIN di
động.Zwave hoạt động ở tần số thấp hơn so với Zigbee/wifi, dao động trong các dải
tần của 900Mhz, tùy theo quy định ở từng khu vực khác nhau.
Ưu điểm của Z-Wave là tiêu thụ năng lượng cực ít và độ mở ( open platform)
cực cao. Hiện nay, Z-Wave được ứng dụng chủ yếu trong ứng dụng smarthome. Đặc
biệt, mỗi thiết bị Z-Wave trong hệ thống là một thiết bị có thể vừa thu và vừa phát
sóng nên tính ổn định hệ thống được nâng cao.
Đặc biệt, Z-Wave đã được nhiều nhà sản xuất thiết bị tích hợp vào, đây là một
cơng nghệ đang được chú ý và các nhà sản xuất đang tập trung nhiều hơn vào nó.


8

Thông số kỹ thuật cơ bản:


Tiêu chuẩn: Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959



Tần số: 900MHz (ISM)



Phạm vi: 30m



Tốc độ dữ liệu: 9.6/40/100kbit/s

1.1.6. 6LoWPAN

6LoWPAN là tên viết tắt của IPv6 protocol over low-power wireless PANs (
tức là: sử dụng giao thức IPv6 trong các mạng PAN không dây công suất thấp).
6LoWPAN được phát triển bởi hiệp hội đặc trách kỹ thuật Internet IETF ( Internet
Engineering Task Foce), cho phép truyền dữ liệu qua các giao thức IPv6 và IPv4
trong các mạng không dây công suất thấp với các cấu trúc mạng điểm - điểm ( P2P:
point to point ) và dạng lưới ( mesh). Tiêu chuẩn được đặt ra để quy định các đặc
điểm của 6LoWPAN - cho phép sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT.
Điểm khác của 6LoWPAN so với Zigbee, Bluetooth là: Zigbee hay bluetooth
là các giao thức ứng dụng, còn 6LoWPAN là giao thức mạng, cho phép quy định cơ
chế đóng gói bản tin và nén header. Đặc biệt, IPv6 là sự kế thừa của IPv4 và cung
cấp khoảng 5 x 1028 địa chỉ cho tất cả mọi đối tượng trên thế giới, cho phép mỗi đối
tượng là một địa chỉ IP xác định để kết nối với Internet.


9

Được thiết kế để gửi các bản tin IPv6 qua mạng IEEE802.15.4 và các tiêu chuẩn IP
mở rộng như: TCP, UDP, HTTP, COAP, MQTT và Websocket, là các tiêu chuẩn
cung cấp nodes end-to-end, cho phép các router kết nối mạng tới các IP.


Tiêu chuẩn: RFC6282.



Tần số: Điều chỉnh trên nhiều phương tiện mạng bao gồm Bluetooth Smart
(2.4GHz) hoặc ZigBee hoặc RF công suất thấp(sub-1GHz).



Phạm vi: N/A.



Tốc độ dư liệu: N/A

1.1.7. Thread

Thread là một giao thức IP mới, dựa trên nền tảng mạng IPv6 được thiết kế riêng
cho mảng tự động hóa trong các tịa nhà và nhà. Nó khơng phải là một giao thức
được yêu thích để ứng dụng trong các bài toán IoT như Zigbee hay Bluetooth.
Được ra mắt vào giữa năm 2014 bởi Theard Group, giao thức Thread dựa trên các
tiêu chuẩn khác nhau, bao gồm IEEE802.15.4, IPv6 và 6LoWPAN, và cung cấp một
giải pháp dựa trên nền tảng IP cho các ứng dụng IoT. Được thiết kế để làm việc với


10

các sản phẩm chip của Freescale và Silicon Labs ( vốn hỗ trợ chuẩn IEÊ802.15.4),
đặc biệt có khả năng xử lý lên đến 250 nút với độ xác thực và tính mã hóa cao. Với

một bản phần mềm upgrade đơn giản, cho phép người dùng có thể chạy Theard trên
các thiết bị hỗ trợ IEEE802.15.4 hiện nay.


Tiêu chuẩn: Theard, dựa trên IEEE802.15.4 và 6LowPAN.



Tần số: 2.4GHz (ISM).



Phạm vi: N / A

1.1.8. Cellular

Với các ứng dụng IoT/M2M yêu cầu khoảng cách truyền thông dài, hoặc không bị
giới hạn bởi khoảng cách địa lý thì việc lựa chọn đường truyền dữ liệu thông qua
mạng điện thoại di động GPRS/3G/LTE là một lựa chọn sáng suốt. Tất nhiên, đối
với các kỹ sư thiết kế giải pháp,ai cũng hiểu rằng, truyền dữ liệu đi xa thì sẽ tốn
năng lượng tương ứng. Và yếu tố tiêu hao năng lượng dễ được chấp nhận trong bài
toán này.
Hiện nay, các thiết bị/các điểm đầu cuối trong công nghiệp đều được hỗ trợ tích hợp
các cổng giao tiếp vật lý theo chuẩn như: RS232, RS485, RS422 hay Ethernet. Các
phương tiện truyền thông qua mạng di động đều hỗ trợ đầu vào là các cổng Serial
hay


11

Ethernet nên việc tích hợp giải pháp truyền thơng khơng dây khơng cịn khó khăn
hay bị giới hạn bởi yếu tố khách quan nào khác.
o

Tiêu chuẩn: GSM/GPRS/EDGE (2G), UMTS/HSPA (3G), LTE (4G)

o

Tần số: 900/1800/1900/2100MHz

o

Phạm vi: tối đa 35km cho GSM; 200km cho HSPA

o

Tốc độ dữ liệu (tải xuống thông thường): 35-170kps (GPRS), 120384kbps (EDGE), 384Kbps-2Mbps (UMTS), 600kbps-10Mbps
(HSPA), 3-10Mbps (LTE)

1.1.9. NFC

Đây là một giao thức truyền thông tương đối "lạ" đối với các kỹ sư giải pháp
/ thiết kế. NFC (Near-Field Communications) là công ngh "lạ" đối với các kỹ sư giải pháp
/ thiết kế.ới hạn bởi yếu tố khách quan nào khác.RS232, RS485, RS422 hay để thực hiện
kết nối giữa các thiết bị (smartphone, tablet, loa, tai nghe …) khi có sự tiếp xúc trực tiếp
(chạm).

Khi hai thiết bị đều có kết nối NFC, bạn có thể chạm chúng vào nhau để kích
hoạt tính năng này và nhanh chóng truyền tập tin gồm danh bạ, nhạc, hình ảnh,
video, ứng dụng hoặc địa chỉ website... Ở các nước phát triển, NFC cịn được xem là

chiếc ví điện tử khi có thể thanh tốn trực tuyến, tiện lợi và nhanh chóng.
Ngồi việc giúp truyền tải dữ liệu như trên thì NFC cịn mở rộng với những
cơng dụng ví dụ như bạn đến quán café có một thẻ NFC để trên bàn, trong thẻ này
đã


12

cài đặt sẵn wifi, thông tin của quán…lúc này bạn lấy chiếc điện thoại chạm vào
NFC này thì máy sẽ bật tất cả tính năng được cài sẵn trong thẻ đó mà khơng cần
phải nhờ gọi nhân viên. Hoặc tiên tiến hơn thì sau này có thể khi mua đồ trong siêu
thị lớn thì quẹt NFC của điện thoại để thanh tốn tiền ln.


Tiêu chuẩn: ISO/IEC 18000-3



Tần số: 13.56MHz (ISM)



Phạm vi: 10cm



Tốc độ dữ liệu: 100–420kbps

1.1.10. Sigfox

Sigfox là hệ thống giống như mạng di động, sử dụng công nghệ Ultra Band
(UNB) để kết nối các thiết bị từ xa. Mục tiêu của công nghệ là sử dụng trong các
ứng dụng truyền thông với tốc độ thấp, khoảng cách truyền xa và mức tiêu thụ năng
lượng cực thấp. Ngồi ra, nó đòi hỏi yêu cầu về antenna thấp hơn so với mạng di
động GSM/CDMA. Sigfox sử dụng các dải tần ISM được sử dụng miễn phí mà
khơng cần phải được cấp phép để truyền dữ liệu.
Ý tưởng ra đời của Sigfox được hình thành từ nhu cầu: Đối với các ứng dụng
M2M sử dụng nguồn bằng Pin và chỉ đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu thấp thì phạm vi
truyền của Wifi lại quá ngắn, còn với mạ ng d i động thì lại quá đắt đỏ và tốn
năng


13

lượng. Với công nghệ UNB, và được thiết kế để chỉ xử lý đường truyền dữ liệu từ
10 đến 1000 bit trên giây, giúp chỉ tiêu thụ mức năng lượng 50 microwatts so với
5000 microwatts của việc dùng mạng điện thoại di động. Hay đơn giản, với một
cục pin
2,5Ah thì với công nghệ Sigfox cho phép bạn dùng tới 25 năm thay vì 0,2 năm nếu
dùng truyền thơng qua mạng điện thoại di động.

Đặ Tí
c nh
điể nă
Tầ
n
86
số
8
M

Hz
Ph 30
ạm đế
vi n
50
Th 10
ơn 0
KícRấ
h t ít
Ng Tiê
uồ u
Th 2.5
ời Ah
Đư Hỗ
ờn trợ
Nh Đư
ảy ợc
Bả SI
o GF

Các tính năng/thơng số kỹ thuật của công nghệ Sigfox


14

1.1.5 Neul

Tương tự Sigfox và hoạt động ở băng tần 1Ghz, với mục tiêu cung cấp một
mạng khơng dây có chi phí thấp với các đặc trưng tiêu biểu: độ mở rộng cao, phủ
sóng cao và tiêu thụ năng lượng cực thấp. Neul sử dụng chip Iceni, mà trong truyền

thông sử dụng "the white space radio" để truy cập vào băng tần UHF chất lượng cao
hiện đang có sẵn do sự chuyển đổi từ kỹ thuật ti vi tương tự sang kỹ thuật số. Công
nghệ truyền thông được gọi là "Weightless", tức là một công nghệ mạng không dây
phủ trên diện rộng, được thiết kế cho các ứng dụng Iot, cạnh tranh trực tiếp với các
giải pháp đang có sẵn như GPRS, 3G, CDMA và LTE WAN. Tốc độ truyền dữ liệu
có thể dao động từ vài bits trên giây tới 100kbps trên cùng một liên kết, và đặc biệt
là với cơng nghệ này, thiết bị có thể tiêu thụ công suất rất nhỏ, từ 20 tới 30mA từ
pin
2xÂ, tức là có thể sử dụng đươc từ 10 đến 15 năm với cục pin.
Thông số kỹ thuật
Tiêu chuẩn: Neul
Dải tần: 900MHz (ISM), 458MHz (UK), 470-790MHz (White Space)
Khoảng cách: 10Km


15

Tốc độ truyền: từ vài bps tới 100kbps
1.1.11. LIFI

LIFI là một cơng nghệ khơng dây sử dụng các bóng đèn LED để truyền dữ
liệu với tốc độ nhanh hơn Wifi tới 100 lần. Như vậy, với bóng đèn LED với chức
năng thắp sáng, giờ có thêm chức năng truyền dữ liệu tốc độ cao. Cơng ty Velmenni
đã có vài dự án thí điểm, trong đó có tạo một khơng gian mạng ko dây trong văn
phòng, sử dụng ánh sáng đèn LED thay vì dùng sóng radio để truyền dữ liệu như
của Wi-Fi. CEO của Velmenni, Deepak Solanki, hồi giữa năm 2015 cho rằng công
ty hy vọng sẽ mang sản phẩm này đến được với nhiều người sử dụng trong vòng 34 năm tới. Công nghệ đột phá này được công ty đặt cho cái tên là Li-Fi, lần đầu
được một giáo sư đại học Edinburgh, giáo sư Harald Haas, giới thiệu cách nay 4
năm.
Li-Fi sử dụng dải tần ánh sáng mà mắt người nhìn thấy được để làm phương

tiện truyền dữ liệu. Tuy vậy, người dùng không thể sử dụng bất kỳ nguồn ánh sáng
đèn điện nào mà phải cần một nguồn sáng riêng để điều biến tín hiệu, tạo thành
luồng dữ liệu.


16

Hiện thời, tính năng này chỉ thực hiện được với các bóng đèn LED đạt chuẩn,
có tích hợp một chip đặc biệt và có thêm một bộ nhận tín hiệu ánh sáng đặc biệt để
có thể giải mã được tín hiệu ánh sáng truyền đi từ đèn LED.

Kỹ thuật điều biến ánh sáng khơng ảnh hưởng gì đến sức khỏe con người,
nhất
là về mắt. Giáo sư Haas giới thiệu công nghệ này tại diễn đàn TED Global hồi năm
2011, cho rằng chúng ta thậm chí có thể giảm độ sáng của đèn thật thấp đến mức
gần như là tắt, nhưng tín hiệu truyền dữ liệu vẫn hoạt động như thường.
Năm 2011, Haas đã trình diễn mẫu thiết bị của ơng trên bục diễn thuyết của
TED. Từ đó, ơng đồng sáng lập ra công ty khởi nghiệp pureLiFi và sản xuất được
hai sản phẩm truyền dữ liệu bằng ánh sáng. Nếu Li-Fi được ứng dụng rộng rãi, cơng
nghệ này có thể giải quyết được một số rắc rối mà Wi-Fi gặp phải hiện nay. Ngồi
tốc độ kết nối, sóng radio phải có đủ dải tần để nhiều thiết bị cùng kết nối một lúc.
Với Li- Fi thì khơng gặp khó khăn này vì dải tần ánh sáng lớn hơn gấp 10.000 lần so
với dải tần radio.
Trong khi Li-Fi tỏ ra đầy tiềm năng nhưng nó cũng có những hạn chế nhất
định, quan trọng nhất là ánh sáng không thể đi xuyên tường được như sóng radio,
nghĩa là thiết bị phải ở đâu nhìn thấy được. Hơn nữa, để chắn sóng Li-Fi, người
dùng đơn giản chỉ cần bịt bóng đèn lại là dữ liệu gặp rắc rối ngay lập tức. Li-Fi cũng
không

17

hoạt động được ngồi trời nắng vì ánh sáng đèn LED không thể sáng hơn được ánh
mặt trời.
1.2. Một số hệ thống truyền thông đang sử dụng trong nông nghiệp.
1.2.1. Tình hình ngồi nước
Từ những năm giữa thế kỷ XX, các nước phát triển đã quan tâm đến việc xây
dựng các khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao nhằm thúc đẩy sáng tạo khoa
học công nghệ giúp cho kinh tế phát triển. Đầu những năm 80, tại Hoa Kỳ đã có hơn
100 khu khoa học cơng nghệ. Ở Anh, đến năm 1988 đã có 38 khu vườn khoa học
cơng nghệ với sự tham gia của hơn 800 doanh nghiệp. Phần Lan đến năm 1996 đã
có 9 khu khoa học nông nghiệp công nghệ cao. Phần lớn các khu này đều phân bố
tại nơi tập trung các trường đại học, viện nghiên cứu để nhanh chóng ứng dụng
những thành tựu khoa học công nghệ mới và kết hợp với kinh nghiệm kinh doanh
của các doanh nghiệp để hình thành nên một khu khoa học với các chức năng cả
nghiên cứu ứng dụng, sản xuất, tiêu thụ và dịch vụ. Năm 2015, 98% nông dân Pháp
sử dụng Internet để phục vụ công việc nhà nông, nhờ cập nhật thông tin thời tiết,
tình hình sản xuất nơng nghiệp, biến động của thị trường nông sản, thực hiện các
giao dịch ngân hàng qua mạng... Hiện nay, châu Âu đặc biệt khuyến khích xu hướng
áp dụng công nghệ cao trong nông nghiệp với chương trình Chính sách nơng nghiệp
chung. Tuy nhiên, so với người làm nông bên kia bờ Đại Tây Dương (Mỹ, Canada),
việc ứng dụng Internet tại châu Âu còn hạn chế, đắt đỏ và chưa thực sự phổ cập.
Ngoài ra, các nguyên nhân nhờ hạ tầng cơ sở kém, độ tuổi nông dân tại châu Âu
khá cao (chỉ có 6% nơng dân châu Âu ở độ tuổi dưới 35) dẫn tới hạn chế khả năng
ứng dụng công nghệ vào sản xuất nông nghiệp. Trong tương lai, châu Âu sẽ tiếp tục
phát triển hạ tầng kỹ thuật số, khi nhiều thanh niên bày tỏ họ sẵn sàng làm công việc
nhà nông, nhưng không phải với điều kiện những năm 90 của thế kỷ trước. Trong
năm 2020, Liên minh châu Âu (EU) hy vọng tồn bộ các gia đình châu Âu được kết
nối Internet với tốc độ đường truyền tối thiểu là 30 MB/giây. Ngồi ra, vấn đề đào
tạo nơng dân tiếp cận các công cụ kỹ thuật số nhằm phục vụ hiện đại hóa các trang

trại, tạo thêm việc làm và thành