Đang tải... (xem toàn văn)
“Internet of things” (IoT) đang trở thành một chủ đề ngày càng được nhắc đến nhiều trong các cuộc nói chuyện kể cả ở công sở và những nơi khác. IoT không chỉ có khả năng ảnh hưởng đến cách chúng ta sống mà còn tới cách chúng ta làm việc. Nhưng thật ra chính xác IoT là gì và những sự tác động của nó đến cuộc sống của bạn như thế nào , nếu có ? Có rất nhiều vấn đề phức tạp xung quanh “ Internet of things” nhưng bài viết này chỉ nêu lên những điểm cơ bản nhất. Đã có rất nhiều buổi hội thảo công nghệ và chính sách liên quan nhưng rất nhiều người chỉ đang cố gắng nắm về nền tảng của nó.Internet băng thông rộng ngày càng phổ biến hơn , chi phí thì giảm xuống , nhiều thiết bị hơn với khả năng phát wifi và cảm biến bên trong , giá thành công nghệ giảm xuống , điện thoại thông minh tràn ngập. Tất cả những thứ đó đang tạo ra “cơn bão hoàn hảo” cho IoT.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ──────── * ──────── ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TÌM HIỂU IOT VÀ TRIỂN KHAI TESTBED DỰA TRÊN MÔ HÌNH OM2M VƠI BỘ THIẾT BỊ ZOLERTIA Sinh viên thực : Nguyễn Việt Hưng Lớp : IS – K5 Giáo viên hướng dẫn : PGS TS Ngô Quỳnh Thu HÀ NỘI 05 - 2016 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên sinh viên: NGUYỄN VIỆT HƯNG Điện thoại liên lạc: 0969987893 Email: nguyenviethung.6a@gmail.com Lớp: IS – K56 Hệ đào tạo: Đại học quy Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Viện CNTT&TT, Đại học Bách Khoa Hà Nội Thời gian làm ĐATN: Từ ngày 08/02/2016 đến 27/05/2016 Mục đích nội dung ĐATN Tìm hiểu iot triển khai testbed dựa mô hình om2m vơi thiết bị zolertia Các nhiệm vụ cụ thể ĐATN • Tìm hiểu nghiên cứu công nghệ thách thức kĩ thuật internet of things (IOT) • Tìm hiểu platform OM2M • Tìm hiểu zoletia • Dựa mô hình OM2M triển khai với thiết bị Zolertia • Tiến hành cài đặt, chạy thử nghiệm kiểm thử chương trình Lời cam đoan sinh viên: Tôi – Nguyễn Việt Hưng - cam kết ĐATN công trình nghiên cứu thân hướng dẫn PGS.TS Ngô Quỳnh Thu Các kết nêu ĐATN trung thực, chép toàn văn công trình khác Hà Nội, ngày 27 tháng 05 năm 2016 Tác giả ĐATN Nguyễn Việt Hưng Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành ĐATN cho phép bảo vệ: Hà Nội, ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Ngô Quỳnh Thu LỜI MỞ ĐẦU Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS “Internet of things” (IoT) trở thành chủ đề ngày nhắc đến nhiều nói chuyện kể công sở nơi khác IoT khả ảnh hưởng đến cách sống mà tới cách làm việc Nhưng thật xác IoT tác động đến sống bạn , có ? Có nhiều vấn đề phức tạp xung quanh “ Internet of things” viết nêu lên điểm Đã có nhiều buổi hội thảo công nghệ sách liên quan nhiều người cố gắng nắm tảng Internet băng thông rộng ngày phổ biến , chi phí giảm xuống , nhiều thiết bị với khả phát wifi cảm biến bên , giá thành công nghệ giảm xuống , điện thoại thông minh tràn ngập Tất thứ tạo “cơn bão hoàn hảo” cho IoT Khái niệm IoT việc kết nối thiết bị có công tắc tắt / mở tới Internet ( / tới thiết bị khác ) Bao gồm tất thứ từ điện thoại di động , đèn bàn , vật mang tất loại thiết bị khác mà bạn nghĩ tới Ngoài khái niệm triển khai cho phận máy móc , ví dụ động máy bay phản lực mũi khoan dàn khoan dầu Như đề cập , có công tắc tắt / mở có nhiều hội trở thành phần IoT Phân tích viên công ty Gartner nói 2020 có nhiều 26 tỷ thiết bị kết nối vào… Có nhiều kết nối ( vài khía cạnh khác cho nhiều số lượng tiên đoán , 100 tỷ ) IoT mạng khổng lồ để kết nối “tất thứ “( chí người ) Mối quan hệ người – người , người – vật , vật – vật Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Cấu trúc đô án gồm chương với nội dung sau: Chương 1: Giải pháp sở lý thuyết IoT Nêu vấn đề lý chọn đề tài, thách thức kĩ thuật triển khai hệ thống IoT Chương 2: Xây dựng hệ thống IOT dựa Platform OM2M Trình bày lý thuyết platform OM2M, để từ đến kết luật sử dụng platform vào đồ án phù hợp đăn Chương 3: Xây dựng đồ án Phân tích việc sử dụng kiến trúc TCP/IP cần thiết cho hướng giải toán đặt Chương 4: Xây dựng hướng giải mô hình IOT với Z1 Zolertia kết luận Mô tả kĩ thuật, mô hình thiết kế, bước giải toán kết luận Chương 5: Xây dựng hướng giải mô hình IoT với Waspmote mote Runner Mô tả kĩ thuật, mô hình thiết kế, bước giải toán kết luận Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Ngô Quỳnh Thu, người tận tình dạy dỗ hướng dẫn em trình hoàn thành đồ án học tập Em xin cảm ơn đến thầy Trần Hải Anh đóng góp ý kiến quý giá, hướng dẫn cụ thể đến em, giúp em hoàn thành đồ án Đồng thời, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy cô giáo Viện Công nghệ thông tin Truyền thông – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người tận tâm giảng dạy, truyền đạt cho chúng em kiến thức làm tảng cho việc thực đồ án trình công tác sau Em xin gửi lời cảm ơn tới anh chị trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, bạn, em nhóm sinh viên nghiên cứu, người bên cạnh giúp đỡ, động viên em trình hoàn thành đồ án, từ rút kinh nghiệm bổ ích áp dụng vào thực tiễn cách hiệu tương lai Cuối cùng, với tất kính trọng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ anh chị em gia đình chỗ dựa tinh thần vững tạo điều kiện cho ăn học nên người Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 29 tháng năm 2016 Nguyễn Việt Hưng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS MỤC LỤC ĐATN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS DANH MỤC HÌNH VẼ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ Chữ viết tắt Viết đầy đủ Ý nghĩa IoT Internet of things European Telecommunications Standards Institute Open Service Gateway Initiative Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu ETSI OGSi HTTP CoAP RPL GSCL NSCL DSCL RFID IEEE M2M WSNs IETF WLAN HyperText Transfer Protocol Constrained Application Protocol The Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks Gateway Service Capbility Layer Network Service Capbility Layer Device Service Capbility Layer Radio Frequency Identification Institute of Electrical and Electronics Engineers Machine to Machine Nhận dạng sóng vô truyến Wireless sensor networks Internet Engineering Task Force wireless local area network ĐATN Đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp CNTT Công nghê thông tin Công nghê thông tin TTDL Trung tâm liệu Trung tâm liệu Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS PHẦN 1: GIẢI PHÁP VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG IOT Chương 1: Định hướng vấn đề giải pháp lĩnh vực IoT 1.1Tổng quan IoT Hình 1: Tiều chuẩn hình thành nên IoT Dựa theo tầm nhìn tương lai IoT theo khái niệm chính, công nghê tiêu chuẩn, xuất mô hình IoT kết hội tụ vấn đề chính: “Things oriented” bao gồm như: thẻ Radio-Frequency Identification (RFID), điều khoản xây dựng tạo tiền để phát triển IoT, công nghệ mạng cảm biến không dây , UID… “Internet oriented” định hướng kết nối: để phù hợp với việc chạy thiết bị giao tiếp nhỏ gọn, hoạt động dựa pin thiết bị nhúng Chẳng hạn kết hợp IEEE 802.15.4 vào kiển trúc IP, truyền liệu qua 6LowPAN “Semantic oriented” định hướng ngữ nghĩa: bối cảnh mà nhiều thiết bị đại diện cho lưu trữ, kết nối, tìm kiếm tổ chức thông tin tạo khó quản lý Như cần hình thành môi trường ngữ nghĩ phù hợp với phát triển sở hạ tầng thông tin liên lạc IoT Ý nghĩa học IoT bao gồm lớp Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS Hình 2: Lớp cở IoT Lớp lớp Application liên kết với nhau, Lớp Middleware lớp phần mềm lớp phụ xem công nghê ứng dụng Tính ẩn chi tiết khác không cần thiết lớp Devices từ lập trình viên đơn giản hóa viết phát triển ứng dụng, dịch vụ 1.2 Thách thức kĩ thuật IoT Hỗ trợ nhiểu loại kết nối Hình 3: Các loại kết nối IoT IoT hỗ trợ nhiều loại kết nối hình là: Bluetooth, Wifi, ZigBee, 6LowPAN, RFID, LPWAN, 3GPP Với chuẩn có đặc điểm khác bảo mật, độ trễ, tính di động, khoảng cách truyền, lượng tiêu thụ, tuổi tho pin, tốc độ liệu tối đa khác Như vấn đề kỹ thuật đặt liệu cập nhật khác từ hàng giây, hàng giờ, hàng ngày hàng tháng … Kết nối liệu khác chẳng hạn ứng dụng sức khỏe, nông nghiệp, Smart Gird Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS - Phía NSCL thay đổi plugin webapps platform OM2M thành ứng dụng web thông tin môi trường Tại người dùng tương tác trực tiếp với hệ thống Nhận thông tin môi trường địa phương đặt cảm biến 4.4 Kết xây dựng hệ thống - Xây dựng thành công môi trường OM2M, GSCL chạy hệ điều hành Contiki, NSCL chạy máy tính khác dải mạng Tạo thành công Border Router Z1 kết nối đến GSCL Hình 23: Tạo thành công Border Router Z1 Khi tạo Border Router thành công có thống báo địa RPL Router địa IPv6 hình Border Router kết nối hạ tầng mạng thông qua ttyUSB0 - Kết nối thành công vệ tinh Z1 đến Border Router, ping IPv6 Hình 24: Các node Z1 kết nối tới Border Router Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS Hình 25: Ping IPv6 Khi node kết nối đến Border Router, từ ping đên địa chi node theo IPv6 thể liệu truyền IPv6 - Dữ liệu thu từ Cảm biến môi trường,và xử lý liệu web để vẽ đồ thị Hình 26: Dữ liệu từ sensor nhiệt độ độ ẩm - Thông số nhiệt độ đo điều kiện phòng, kết đo xác Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS Hình 27: Dữ liệu từ sensor cảm biến ánh sáng - Thông số ánh sáng đo điều kiện phòng, kết đo xác Hình 28: Dữ liệu Battery - Dữ liệu lượng thiết bị Zolertia Z1 lấy từ battery Truyền liệu từ node đến GSCL , hình ảnh đồ thị liệu GSCL Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS Hình 29: Đồ thị lương pin Zolertia z1 theo thời gian - Từ đồ thị thấy lượng ổn định, liệu cập nhật theo đơn vị thời gian giây Hình 30: Đồ thị liệu cảm biến ánh sáng theo thời gian Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS Hình 31: Đồ thị liệu cảm biến nhiệt độ theo thời gian 4.4 Đánh giá kết đạt 3.4.1 Ưu điểm - Mô hình xây dựng thực theo kiến trúc TCP/IP liệu xử lý theo 6LowPAN/IPv6 Hoàn thành cài đặt hệ thống gồm NSCL, GSCL, thiết bị đầu cuối Kết nối Z1 với GSCL Truyền liệu từ Z1 đến GSCL Xây dựng thành công mô hình IOT platform OM2M Zolertia Xử lý liệu từ cảm biến đến ứng dụng kết nối hạ tầng mạng IOT 3.4.2 Nhược điểm Nhìn chung kết đạt mục tiêu đề đồ án, nhiên, cá nhân em chưa thật hài lòng kết đạt Kết liệu truyền đảm bảo mô hình IOT chưa tối ưu sử dụng phương án truyền liệu qua file Dữ liệu thu chưa truyền nên NSCL Chương : Xây dựng hướng giải mô hình IoT với Waspmote mote Runner 5.1 Phần cứng waspmote mote runner platforms Ibm Libelium cung cấp tảng phát triển IPv6 cho mạng cảm biến IoT Bằng cách tích hợp IBM Mote Runner SDK tảng cảm Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS biến Libelium waspmote, họ có công cụ mạng mẽ cho phát triển nghiên cứu đến kết nối 6LoWPAN/IPv6 cho IoT Hình 32: Libelium waspmote runner IBM Mote Runner hệ điều hành cho node cảm biến không dây môi trường phát triển, run-time cho mạng cảm biến không dây (WSNs) Trên mote platform, Mote runner firmware cung cấp môi trường runtime, kết hợp với máy ảo (VM) để thực byte codes hệ điều hành để tổ chức truy cập đến thiết bị khác lịch trình hoạt động khác ứng dụng Nhưng byte codes biên dịch tạo ứng dụng với Mote runner Compiler Ứng dụng Mote Runner viết C# java Hình 33: Tổng quan hệ sinh thái Mote Runner Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS Hình 34: End Node Gateway node - End Node : Những Node tích hợp cảm biến sử dụng để thu thập thông tin gửi đến GW Những End Node tạo mạng lưới, số chuyển tiếp gói tin nút khác đến GW Mỗi End Node trang bị module radio 6LoWPAN, cảm biến cục pin - Gateway : Node lấy thông tin gửi End Node gửi thông tin đến máy chủ Tunnelling Ipv4/Ipv6 thông qua công Ethernet Ipv4 Mỗi GW trang bị module radio, Module Ethernet cục pin Hình 35: Waspmote board dùng cho nông nghiệp Bộ Waspmote Agriculture 2.0 Board cho phép giám sát nhiều thông số môi trường liên quan đến loạt ứng dụng, từ phân tích phát triển trưởng thành đến theo dõi thời tiết Chính vậy, bảng mạch cung cấp cảm biến không khí, nhiệt độ đất độ ẩm, ánh sáng, tốc độ hướng gió,… Lên đến 15 cảm biến kết nối lúc Sinh viên thực hiện: Nguyễn Việt Hưng – 20111550 – Khóa: 56 – Lớp: IS Hình 36: Cảm biến độ ẩm (808H5V5) Cảm biến cảm biến tương tự, cung cấp lượng điện áp tỷ lệ với độ ẩm tương đối không khí Tín hiệu cảm biến điện áp đầu vào waspmote điện áp đầu khoảng từ 0.48V đến 2.34V Tính xác ádasấcủa cảm biến