Nghiên cứu hệ thống mạng ubiquitous và khả năng ứng dụng tại việt nam

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Nguyễn Kim Dung ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MẠNG UBIQUITOUS VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM Chuyênngành: Kỹ thuật điện tử Mãsố: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2012 Luậnvănđượchoànthànhtại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Ngườihướngdẫnkhoahọc: TS. LÊ NHẬT THĂNG Phảnbiện 1: …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Phảnbiện 2: ………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… LuậnvănsẽđượcbảovệtrướcHộiđồngchấmluậnvănthạcsĩtạiHọcviệnCôngnghệBư uchínhViễnthông Vàolúc: giờ ngày tháng năm Cóthểtìmhiểuluậnvăntại: - ThưviệncủaHọcviệnCôngnghệBưuchínhViễnthông 1 LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống mạng Ubiquitous (mạng mọi lúc mọi nơi) đã bắt đầu và đang được các nhà khoa học thế giới nghiên cứu và phát triển. Đây là hệ thống mạng sử dụng những công nghệ tiên tiến nhất để cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ một cách thuận lợi nhất. Đúng như theo ý nghĩa của từ Ubiquitous mọi lúc mọi nơi hệ thống mạng này sử dụng hệ thống mạng tiên tiến như mạng cảm biến, các thiết bị thông minh và công nghệ tối tân nhất để đáp ứng nhu cầu của con người một cách tự động, cho dù người đó đang ở đâu và vào lúc nào. Ý tưởng của mạng này đang rất được các nhà khoa học trên thế giới chú trọng và nghiên cứu để áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên hệ thống mạng Ubiquitous đang được nghiên cứu tại Việt Nam và ứng dụng hạn chế. Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài nghiên cứu hệ thống mạng Ubiquitous và khả năng ứng dụng tại Việt Nam để cung cấp một cái nhìn tổng quan về mạng Ubiquitous, về tình hình phát triển của mạng Ubiquitous hiện nay trên thế giới và khả năng ứng dụng tại Việt Nam. Hệ thống mạng Ubiquitous là một hệ thống mạng tiên tiến, hỗ trợ tích cực cho việc phát triển các dịch vụ truyền thông. Với xu hướng đang phát triển của Việt Nam, việc nghiên cứu hệ thống mạng này và hướng ứng dụng tại Việt Nam là một nhu cầu cần thiết. Nội dung của luận văn gồm có 3 chương: Chương 1: Tổng quan về hệ thống mạng Ubiquitous. Trong chương 1 tác giả đã giới thiệu và phân tích cấu hình của hệ thống mạng Ubiquitous và ứng dụng của mạng này tại Hoa Kỳ và tại Nhật Bản. Chương 2: Các công nghệ tiên tiến sử dụng trong Ubiquitous Tác giả đã phân tích các công nghệ tiên tiến được sử dụng trong mạng Ubiquitous hiện nay. Những công nghệ và các thiết bị thông minh này ngày càng được đưa ra nhiều hơn với nhiều tính năng mới hơn để áp dụng cho những dự án tầm vóc lớn đến nhỏ. Hỗ trợ cho những công nghệ này là các thiết bị thông minh như thiết bị nhận dạng tần số sóng vô tuyến RFID và thiết bị cảm biến sensors. Tác giả đã đi sâu vào phân tích thiết bị nhận dạng RFID và cơ sở dữ liệu thông minh. Chương 3: Ứng dụng và triển khai mạng Ubiquitous tại Việt Nam. Tác giả đã phân tích và đánh giá tình hình phát triển của mạng Ubiquitous trên thế giới và sự cần thiết cũng như khuyến nghị về lộ trình phát triển mạng Ubiquitous tại Việt Nam. 2 Tác giả còn thực thi một ứng dụng của mạng Ubiquitous cho việc ngăn ngừa tai nạn cho trẻ em. Ứng dụng này cho thấy rằng việc áp dụng mạng Ubiquitous vào Việt Nam từ phạm vi nhỏ đến lớn đều rất quan trọng và làm cho cuộc sống của xã hội chúng ta phát triển tiện nghi hơn, hữu ích hơn và tự động hơn. Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, TS. Lê Nhật Thăng, các thầy cô trong Khoa Viễn Thông 1, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông và các bạn đồng nghiệp trong Trung tâm Điện toán và Truyền số liệu VDC1 đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình làm luận văn. Do thời gian nghiên cứu có hạn nên luận văn không tránh khỏi sơ suất về nội dung và hình thức. Kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn bè đồng nghiệp. Hà Nội, ngày tháng năm 2012 Người thực hiện Nguyễn Kim Dung 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG UBIQUITOUS Trong chương 1 tác giả giới thiệu và phân tích cấu hình của hệ thống mạng Ubiquitous và ứng dụng của mạng này tại Hoa Kỳ và tại Nhật Bản. Tại Hoa Kỳ, các ứng dụng của Ubiquitous đang được các nhà nghiên cứu quan tâm và triển khai trong phạm vi từ nhỏ đến lớn. Công nghệ tối ưu nhất được áp dụng đặc biệt trong lĩnh vực giao thông và sức khỏe. Nhật Bản từ lâu đã được công nhận là nhà cách tân hàng đầu trong lĩnh vực ICT, và hiện nay cũng là nước đi đầu trong việc phát triển tính toán và mạng khắp nơi (ubiquitous). Với một tầm nhìn tổng thể, Nhật Bản đã đề xuất và triển khai thành công các chiến lược quốc gia thích hợp với từng giai đoạn, có tính kế thừa cao như e-Japan, u-Japan, xây dựng được một cơ sở hạ tầng hiện đại cùng với rất nhiều dịch vụ tiên tiến. Chính sách cạnh tranh, tăng tốc cải tiến dịch vụ mang lại nhiều kết quả. Nhật Bản đặc biệt chú trọng đầu tư vào các lính vực thế mạnh của mình là điện tử gia dụng và điện thoại di động, mở rộng nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực nhận dạng vô tuyến và mạng cảm biến nhằm hình thành một xã hội kết nối mọi lúc, mọi nơi. Đi cùng với quá trình phát triển của dịch vụ và công nghệ là sự thành công trong nghiên cứu, xây dựng và ban hành các chính sách, quy định của nhà nước, tổ chức các đơn vị quản lý nhà nước trong lĩnh vực ICT. Nhật Bản có thể được xem như là hình mẫu cho các quốc gia khác trong việc hướng tới xã hội Ubiquitous. 1.1 Giới thiệu hệ thống mạng Ubiquitous Mạng Ubiquitous là mạng tính toán khắp nơi tại bất cứ thời điểm nào. Hệ thống mạng này sử dụng rất nhiều thiết bị và hệ thống tiên tiến phục vụ chúng ta một cách tự động. Trước đây con người nghiên cứu và đưa ra những công nghệ phục vụ con người nhưng con người phải điều khiển và vận hành chúng. Cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người dần phụ thuộc vào máy móc. Sự ra đời của hệ thống mạng Ubiquitous giúp con người bớt phụ thuộc vào máy móc và công nghệ. Bằng cách sử dụng các thiết bị và công nghệ tiên tiến nhất, mạng Ubiquitous hướng tới máy móc tự động phục vụ con người. Mạng Ubiquitous lý tưởng là khiến cho máy móc và công nghệ trở nên tự nhiên khiến chúng ta sử dụng chúng mà thậm chí không phải suy nghĩ [1]. Mark Weiser là người đầu tiên đưa ra ý tưởng về hệ thống mạng Ubiquitous vào năm 1990 [2]. 4 Nếu máy tính có ở khắp mọi nơi và thực sự hữu dụng trong mạng Ubiquitous, chúng phải đủ nhỏ và có khả năng liên lạc với nhau. Sự phát triển của công nghệ hỗ trợ những mục đích này là công nghệ nano và công nghệ mạng vô tuyến. Một xu hướng tối giản các thành phần máy tính xuống tỷ lệ phân tử được biết đến là công nghệ nano. Công nghệ nano là công nghệ trung tâm của chip điện tử. Trong hệ thống Ubiquitous, mạng vô tuyến được sử dụng để kết nối các thành phần máy tính. Mạng vô tuyến được sử dụng để phát triển các ứng dụng với giao diện trong suốt. 1.2 Các ứng dụng của mạng Ubiquitous 1.2.1 Ứng dụng mạng Ubiquitous tại Hoa Kỳ Mỹ là một trong những đất nước đi đầu trong ứng dụng và phát triển công nghệ truyền thông. Đây là một trong những quốc gia có tỷ lệ số người dùng Internet di động cao nhất, đi đầu trong việc triển khai các ứng dụng mạng tiên tiến nhất. Với những lợi thế này, Mỹ đã triển khai nhiều giải pháp để có thể phát triển mạng tính toán khắp nơi Ubiquitous. 1.2.1.1 Cấu trúc mạng Ubiquitous tại Hoa Kỳ Hình 1.3: Kiến trúc hệ thống mạng Ubiquitous Hệ thống mạng Ubiquitous bao gồm các thiết bị máy tính nhỏ, các thiết bị cảm biến được đặt trong rất nhiều đối tượng và nơi khác nhau. Các thiết bị này liên lạc với nhau qua mạng vô tuyến và xử lý thông tin một cách tự động để cung cấp những dịch vụ hữu dụng cho người sử dụng như là điều khiển hiệu năng môi trường và cung cấp thông tin tự động. 5 Như kiến trúc hệ thống mạng Ubiquitous chỉ ra trong hình 1.3, với ba lớp mạng: mạng cảm biến hay các thẻ nhận diện, mạng truy nhập và mạng lõi. Hệ thống mạng Ubiquitous có thể cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau. Ví dụ như hệ thống điều khiển điều hòa để tạo ra môi trường thoải mái cho từng cá nhân. Hệ thống Ubiquitous tự động kiểm tra sự liên quan của các thuốc để đưa ra lời khuyên cho các bé một cách hiệu quả nhất. Hệ thống hiểu nơi nào và khi nào một vật phẩm được sản xuất. Hệ thống hiểu được bạn đang ở đâu. Thậm chí hệ thống có thể hỗ trợ tiếng nước ngoài cho các du khách nước ngoài. Hệ thống có thể hiểu chính xác vị trí của đối tượng để cung cấp cho người sử dụng một cách chính xác và tiện lợi. Hệ thống còn đi vào phục vụ cho những người khiếm thị hay khiếm thính để phục vụ họ tốt hơn cũng là để giảm bớt gánh nặng cho cộng đồng. 1.2.1.2 Các ứng dụng của mạng Ubiquitous tại Mỹ Mạng Ubiquitous quản lý cuộc gọi trong khách sạn Hình 1.5 chỉ ra ví dụ về mạng Ubiquitous dựa vào giao thức SIP trong môi trường khách sạn. Trong cấu hình này, mạng của khách sạn là chứa thông tin của khách hàng. SLP server cung cấp thông tin về các dịch vụ có giá trị như là địa chỉ SIP của các thiết bị audio hay video trong phòng của khách hay các thiết bị của khách. SIP server trong phòng khách có thể liên lạc với server AAA chính để chứng thực khách và thực thi chứng thực để sử dụng các dịch vụ trong môi trường. Ví dụ, SIP server có thể cho phép khách sử dụng các thiết bị trong phòng của cô hay anh ấy nhưng không phải những thiết bị vốn có trong phòng hội thảo của khách sạn. Hình 1.5: Hệ thống Ubiquitous dựa vào SIP trong khách sạn. 6 1.2.2 Ứng dụng mạng Ubiquitous tại Nhật Bản Nhật Bản cũng là một trong những đất nước đi đầu trong ứng dụng và phát triển công nghệ truyền thông. Nhật cũng là một trong những nước đi đầu trong việc triển khai các ứng dụng 4G, và cũng là quốc gia đầu tiên khai thác các dịch vụ thương mại dựa trên chuẩn W- CDMA cùng với cơ sở hạ tầng dịch vụ truy nhập băng rộng phát triển và có giá thành rẻ. Cùng với sự phát triển của các thiết bị di động, mạng cảm biến và các hệ thống RFID, Nhật Bản đã có các chương trình phát triển và ứng dụng được triển khai trong thực tế. 1.2.2.1 U-Japan (Ubiquitous net Japan) Mạng Ubiquitous của Nhật là nơi các giao tiếp quang, di động và điện tử được kết nối đến một mạng. Với yêu cầu này thì bắt buộc phải liên quan đến mạng quốc tế. Để thực tế hóa được mục tiêu này, tập trung vào ba lĩnh vực công nghệ: công nghệ mạng vi xử lý, công nghệ nhận thực mạng Ubiquitous và công nghệ quản lý và điều khiển mạng Ubiquitous. Khái niệm U-Japan được hình thành dựa trên 4 nguyên tắc cơ bản: Ubiquitous, Universal, Unique, User – Oriented. Hình 1.11 Mô hình phân lớp của mạng Ubiquitous 7 Chúng ta có thể thấy mô hình phân lớp chi tiết của mạng Ubiquitous qua hình 1.11 sau với lớp mạng, lớp đầu cuối, lớp nền và lớp giải pháp. Lộ trình của dự án triển khai mạng Ubiquitous tại Nhật từ năm 2002 đến 2010 cho thấy Nhật Bản thực sự là một trong những nước đi đầu trong sự phát triển mạng Ubiquitous cùng với Mỹ. Việt Nam sẽ phải học tập nhiều để có được lộ trình phát triển nhanh và hiệu quả như vậy. 1.2.2.2 Hệ thống mạng Ubiquitous Ucode tại Tokyo Hình 1.14 chỉ ra mô hình ứng dụng của mạng Ubiquitous tại Nhật Bản. Dự án Ubiquitous Ucode này là dự án hỗ trợ việc du lịch một cách tự động và đã được triển khai và kiểm nghiệm tại Tokyo. Dự án còn xây dựng rất nhiều dịch vụ Ubiquitous để phục vụ trong cả công nghiệp cũng như cá nhân những người khiếm thị hay khiếm thính, là công cụ hỗ trợ tự động rất tốt cho người nước ngoài đến đây du lịch. Đối với bất kỳ đối tượng nào như sản phẩm product, chúng ta cần phải tích hợp thiết bị nhận dạng ví dụ như RFID trong sản phẩm đó, để thiết bị nhận dạng này có thể gửi thông tin của đối tượng như vị trí, đặc tính hay bất kỳ đặc điểm nào khác đến thiết bị giao tiếp Ubiquitous. Thiết bị giao tiếp Ubiquitous này sẽ liên lạc và trao đổi với các server chứa thông tin hay ucode để nhận định môi trường, thông tin dịch vụ hay thông tin hữu ích khác để cung cấp dịch vụ Ubiquitous một cách tự động và hiệu quả. Hình 1.14: Mô hình ứng dụng của mạng Ubiquitous tại Nhật Bản. 8 CHƯƠNG 2. CÁC CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN SỬ DỤNG TRONG UBIQUITOUS Tác giả phân tích các công nghệ tiên tiến được sử dụng trong mạng Ubiquitous hiện nay. Những công nghệ và các thiết bị thông minh này ngày càng được đưa ra nhiều hơn với nhiều tính năng mới hơn để áp dụng cho những dự án tầm vóc lớn đến nhỏ. Trong chương 2 này, tác giả đã phân tính công nghệ tiên tiến được sử dụng phổ biến nhất hiện nay trong mạng ubiquitous. Hỗ trợ cho những công nghệ này là các thiết bị thông minh như RFID và thiết bị cảm biến sensors. Tác giả đã đi sâu vào phân tích thiết bị nhận dạng RFID và cơ sở dữ liệu thông minh. Dựa vào những công nghệ tiên tiến, cơ sở dữ liệu thông minh, các thiết bị cảm biến sensors và các thiết bị thông minh, các ứng dụng của mạng Ubiquitous sẽ được triển khai và mang lại nhiều tiện ích cho con người. 2.1 Mạng cảm biến Hình 0.1. Một ví dụ về cấu hình mạng cảm biến Một mạng cảm biến sẽ bao gồm một số thiết bị cảm biến không dây, các thiết bị cảm biến không dây này bao gồm các bộ cảm biến, một nguồn cấp, thành phần giao tiếp không dây và một server để tập hợp các dữ liệu từ bộ cảm biến. Mỗi thiết bị cảm biến không dây đóng vai trò của một node trong mạng, vì vậy nó kèm theo chức năng định tuyến và chức năng multi-hop để chuyển tiếp dữ liệu. Topo của mạng có thể là dạng hình sao, dạng cây cluster hay dạng mesh (hình 2.1). [...]... thống mạng Ubiquitous là một hệ thống mạng tiên tiến, giúp nền khoa học công nghệ trở nên phát triển hơn Với hướng đang phát triển của Việt Nam, việc nghiên cứu hệ thống mạng này và hướng ứng dụng tại Việt Nam là một nhu cầu cần thiết Luận văn Nghiên cứu hệ thống mạng Ubiquitous và khả năng ứng dụng tại Việt Nam đã nghiên cứu và giải quyết được các vấn đề sau : - Phân tích cấu trúc và yêu cầu của hệ thống. .. để triển khai hệ thống mạng và dịch vụ Ubiquitous tại Việt Nam vẫn còn phải tiến hành nhiều bước Sau đây tác giả sẽ đi chi tiết vào những đề xuất triển khai hệ thống mạng Ubiquitous tại Việt Nam 3.2.2 Đề xuất triển khai hệ thống mạng và dịch vụ Ubiquitous tại Việt Nam So với Mỹ hay Nhật Bản, hệ thống mạng viễn thông của Việt Nam vẫn còn đang phát triển và có một khoảng cách khá lớn Mỹ và Nhật có chiến... dụng trong mạng Ubiquitous và những thiết bị thông minh như RFID hay sensor được sử dụng phổ biến để tạo lên những ứng dụng tiến bộ của mạng Ubiquitous - Tác giả đánh giá tình hình phát triển của hệ thống mạng và dịch vụ Ubiquitous trên thế giới nói chung và phân tích cụ thể cơ sở hạ tầng và thị trường ViệtNam để đánh giá khả năng phát triển hệ thống mạng Ubiquitous cũng như việc triển khai những ứng. .. rộng, mạng cáp đồng và sợi quang, mạng truyền hình và các kiến trúc mạng được xây dựng dựa vào yêu cầu người sử dụng (mạng gia đình) Mạng thế hệ kế tiếp (NGN) sẽ bao gồm hàng triệu các thiết bị đầu cuối với khả năng luôn luôn cho phép hội tụ ứng dụng và dịch vụ sử dụng phương tiện truyền thông mới Sự phát triển của công nghệ mạng mới, và thị trường di động, thiết bị thông minh, mạng hội tụ băng rộng... của mạng Ubiquitous trên thế giới nên một bước mới Các chính sách của chính phủ như Nhật Bản, Mỹ, Hàn Quốc đã có những định hướng phát triển và cung cấp được những ứng dụng thiết thực cho xã hội hoặc chuẩn bị những nghiên cứu về môi trường thông minh cho sự phát triển tương lai của con người 3.2 Đánh giá khả năng và đề xuất triển khai hệ thống mạng và dịch vụ Ubiquitous tại Việt Nam 3.2.1 Đánh giá khả. .. hệ thống mạng Ubiquitous nói chung - Phân tích và đánh giá các ứng dụng của mạng Ubiquitous tại Hoa Kỳ và Nhật Bản Tác giả mô tả những đặc điểm cơ bản của thị trường viễn thông hai nước này và phân tích những chính sách và hướng phát triển của các ứng dụng tại hai quốc gia Dựa vào những phân tích này, tác giả đi sâu vào phân tích các công nghệ tiên tiến trong Ubiquitous - Phân tích các công nghệ tiên... bày 3.2.1.3 Dịch vụ iFindU của VDC VDC đã tiến hành xem xét và thử nghiệm dịch vụ iFindU bằng cách cung cấp dịch vụ định vị, một ứng dụng của hệ thống mạng Ubiquitous Dịch vụ này hướng tới cung cấp cho toàn bộ các đối tượng doanh nghiệp, quảng cáo hay giải trí Hệ thống này bao gồm ba hệ thống con, hệ thống cổng định vị, hệ thống mạng lõi, và hệ thống hướng tới khách hàng Hình 3.5 chỉ ra mô hình kỹ thuật... tượng trong mạng Ubiquitous Tuy nhiên vì các thiết bị thông minh được sử dụng trong mạng Ubiquitous như thiết bị siêu nhỏ cảm biến, smart phone hay RFID có những cấu hình hạn chế và biện pháp bảo mật vẫn cần được các nhà khoa học trên thế giới và trong nước tiến hành và nghiên cứu đưa ra những giao thức tối giản với độ bảo mật cao 13 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN KHAI MẠNG UBIQUITOUS TẠI VIỆT NAM 3.1 Tiến... họ hay đi xem và số lần chỉ xem hàng mà không mua Ứng dụng này sử dụng thẻ RFID để lưu trữ dữ liệu cá nhân 2.5 Công nghệ bảo mật Công nghệ bảo mật là một công nghệ quan trọng cần được áp dụng trong mạng Ubiqtuious khi chúng ta muốn triển khai hệ thống trong mạng công cộng (Hình 2.13) Vì hệ thống mạng Ubiquitous hướng tới phục vụ con người mọi lúc mọi nơi Các thiết bị thông minh hay hệ thống xử lý các... máy đầu cuối di động nghe và gọi 17 Có chính sách hợp lý trong phát triển các thẻ cũng như đầu đọc cảm biến và thiết bị nhận dạng RFID Chung ta cũng cần phát triển hệ thống hạ tầng nền hiện tại để tích ứng với môi trường mạng Ubiquitous trong tương lai c, Xây dựng các giải pháp triển khai mạng Ubiquitous: Bên cạnh việc phát triển hệ thống chúng cũng cần nghiên cứu ứng dụng Ubiquitous trong những lĩnh . Ubiquitous đang được nghiên cứu tại Việt Nam và ứng dụng hạn chế. Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài nghiên cứu hệ thống mạng Ubiquitous và khả năng ứng. năng và đề xuất triển khai hệ thống mạng và dịch vụ Ubiquitous tại Việt Nam 3.2.1 Đánh giá khả năng triển khai hệ thống mạng Ubiquitous tại Việt Nam Mạng