Nghiên cứu ứng dụng iot vào hệ thống quản lý trạm BTS tại VNPT hưng yên TT

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Đỗ Văn Hậu NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG IoT VÀO HỆ THỐNG QUẢN LÝ TRẠM BTS TẠI VNPT HƯNG YÊN Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thơng Mã số: 8.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ ( Theo định hướng ứng dụng) Hà Nội - 2021 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ XUÂN THU Phản biện 1: TS DƯ ĐÌNH VIÊN Phản biện 2: TS NGUYỄN CHIẾN TRINH Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: Ngày 15 tháng 01 năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng I MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Từ cách mạng 4.0 bùng nổ cụm từ IoT (Internet of things) nhắc đến nhiều hơn, khơng mở đường cho giới mà cịn hứa hẹn mang lại kết triển vọng cho doanh nghiệp nắm bắt ứng dụng IoT hoạt động kinh doanh sản xuất Khi chưa đưa ứng dụng IoT vào quản lý trạm BTS ta thấy phải dựa hết vào người có mặt trạm BTS biết nhiệt độ phịng, có điện lưới hay khơng vận hành máy nổ, điều hịa, quạt gió… Nhiều vận hành thiết bị ko kịp thời làm thiết bị hư hỏng dẫn đến tốn để mua thiết bị thay Nhưng đưa ứng dụng IoT vào có nhiều ưu điểm ta quản lý toàn trạm BTS từ xa biết cảnh báo: ví dụ nhiệt độ phịng, có điện lưới, máy nổ… Từ ta điều khiển thiết bị kịp thời, làm cho thiết bị trạm chạy điều kiện ổn định mà cịn giảm bớt chi phí nhân cơng Vì lý mà em chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS VNPT Hưng Yên“ Tổng quan vấn đề nghiên cứu: Giờ đây, IoT sử dụng thị trường lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, thiết bị gia dụng tịa nhà, thị trường bán lẻ, cơng ty lượng sản xuất, di động vận tải, hậu cần truyền thông Thiết bị ngày số hóa kết nối nhiều hơn, thiết lập mạng lưới máy móc, người Internet, dẫn đến việc tạo hệ sinh thái cho phép suất cao hơn, tiết kiệm lượng lợi nhuận cao Cảm biến giúp nhận biết trạng thái vật, nhờ chúng có lợi dự đoán nhu cầu người dựa thông tin thu thập theo ngữ cảnh[3] Tại Việt Nam IoT bước vào giai đoạn khởi đầu quan tâm từ phủ nhiều doanh nghiệp đặc biệt doanh nghiệp ứng dụng công nghệ cao sản xuất kinh doanh IoT cho thấy hiệu mà mang lại cho doanh nghiệp Việt Từ IoT có bước phát triển, doanh nghiệp Việt nhanh chóng nắm bắt hội đó, hình thành số ngành kinh doanh nhà thông minh, thiết bị thông minh,… đem lại hội kinh doanh bỏ qua Internet of Things (IoT) môi trường mà tất đối tượng kết nối thông minh kết nối với thông qua sơ đồ địa dựa tiêu chuẩn giao thức viễn thông cụ thể Các thiết bị dựa IoT phải kết nối với thông qua Trạm thu phát sở (BTS) hoạt động không dây trạm BTS liên kết với kết nối backhaul thông qua cáp quang Nếu áp dụng IoT vào trình kinh doanh giúp doanh nghiệp nâng cao hiệu kinh doanh, lĩnh vực bán lẻ, giúp doanh nghiệp tiết kiệm khâu kinh doanh không cần thiết doanh nghiệp Tuy để áp dụng thành cơng IoT khơng phải doanh nghiệp làm Vì qua việc nghiên cứu đề tài đưa số giải pháp giúp cho doanh nghiệp nói chung ngành viễn thơng nói riêng cải tiến trình kinh doanh đạt hiệu cao Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu vai trị IoT lĩnh vực kỹ thuật ngày từ ứng dụng thành tựu IoT vào doanh nghiệp Việt Nam Xây dựng mơ hình giả thiết ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS Nhiệm vụ Đi sâu làm rõ khái niệm, vấn đề xoay quanh IoT thời gian gần xu hướng IoT tương lai Nghiên cứu thực trạng, vai trò IoT đến việc thúc đẩy nghiên cứu, phát triển lĩnh vực đời sống Đề xuất phương hướng giải pháp nhằm nâng cao hiệu ứng dụng IoT Đề xuất ứng dụng IoT vào Hệ thống quản lý trạm BTS VNPT Hưng Yên Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: bao gồm khái niệm “Internet of things” khái niệm liên quan Hạ tầng công nghệ viễn thông thông tin Chính sách quốc gia ứng dụng cơng nghệ thông tin vào lĩnh vực khác đời sống xã hội Giải pháp ứng dụng IoT vào quản lý trạm BTS Phạm vi nghiên cứu: luận văn tập trung xem xét, phân tích đánh giá yếu tố nằm phạm vi sau: Tổng quan Internet of things, khái niệm bản, IoT trở thành xu quan trọng tương lai, vấn đề gặp phải áp dụng IoT, lĩnh vực ứng dụng IoT Quản lý cảnh báo điều khiển vận hành thiết bị trạm BTS VNPT Hưng Yên Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp thu thập liệu: Để phục vụ cho trình nghiên cứu, đề tài xử dụng phương pháp thu thập liệu thứ cấp thông qua việc nghiên cứu sách, báo, truyền thông, internet,… Phương pháp phân tích liệu: Đề tài sử dụng phương pháp phân tích liệu qua mơ hình mơ thiết kế lắp đặt thử trạm BTS VNPT Hưng Yên II NỘI DUNG Nội dung luận văn dự kiến trình bày 03 chương sau: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS 1.1 Khái niệm Internet of things Internet vạn vật (IoT) mạng kết nối đồ vật thiết bị thông qua cảm biến, phần mềm công nghệ khác, cho phép đồ vật thiết bị thu thập trao đổi liệu với 1.1.1 Kiến trúc hệ thống Internet Of Thing Các lớp tạo cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers) gồm API (Application Progmraming Interface) hỗ trợ cho cơng tác quản lý, phân tích liệu tận dụng hệ thống tài nguyên sẵn có cách hiệu nhanh chóng Hình 1.1 Mơ hình kiến trúc an ninh Internet Of Things 1.1.2 Kiến trúc an ninh Internet Of Thing Hình 1.2 Mơ hình kiến trúc an ninh Internet Of Things 1.2 IoT trở thành xu tương lai Mặc dù manh nha từ lâu kỷ nguyên Internet of Things thực sự ý bùng nổ năm gần đây, sau phát triển smartphone, tablet kết nối không dây,… Và sau nhận ý cộng đồng, IoT cho thấy tiềm với số liệu đáng kinh ngạc Cisco, nhà cung cấp giải pháp thiết bị mạng hàng đầu dự báo: Đến năm 2020, có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, bao gồm hàng tỷ thiết bị di động, tivi, máy giặt, 1.3 Các vấn đề ứng dụng IoT IoT giúp người kết nối với dù không vị trí địa lý Các phủ doanh nghiệp giám sát, kiểm sốt hoạt động liên quan đến sở hạ tầng, điều khiển giao thông vận tải, kết nối ứng dụng y tế theo dõi chăm sóc sức khỏe từ xa, Cơng nghệ IoT ngày cung cấp mức độ tiện nghi cho sống, ngược lại đòi hỏi phải chia sẻ nhiều thông tin cá nhân Và guồng máy lớn với hệ thống IoT vận hành, việc tương tác thông tin liệu tốt hoàn hảo, tin tặc xâm nhập vào hệ thống chiếm quyền điều khiển thiết bị cho mục đích xấu 1.3.1 Bài toán hiệu kinh tế 1.3.2 Quy trình bảo mật thiết bị người dùng 1.3.3 Chưa có sẵn giải pháp bảo mật hồn chỉnh 1.4 Các lĩnh vực ứng dụng IoT 1.4.1 Các thiết bị đeo thông minh Thiết bị đeo thông minh (wearable device) đồng hồ, tai nghe, vịng tay đeo thơng minh, loại kính, ba lơ… mang lại lợi nhuận “khổng lồ” cho hãng công nghệ với hàng tỷ USD, tăng trưởng 100%/năm qua nhiều năm Trong đó, 90-95% thị trường thuộc đồng hồ, tai nghe vịng đeo tay thơng minh Cụ thể: 40% thị phần thuộc đồng hồ đeo tay (smartwatch), gần 40% thị phần thuộc tai nghe, vòng đeo tay chiếm gần gần 20% thị phần, lại thiết bị đeo thông minh khác 1.4.2 Nhà thông minh (smart home) Tại nhà thông minh, chủ nhân bật/tắt điều hịa, bình nóng lạnh, tắt đèn… khơng có nhà, mở cửa cho khách vào chơi dù bên Cuộc sống trở nên đơn giản thuận tiện Chính vậy, smart home xu hướng IoT ngày ứng dụng mạnh mẽ để giúp nhà trở nên thông minh hơn, mang lại tiện lợi cao cho người, giúp tiết kiệm thời gian, lượng tiền bạc Nhờ ứng dụng công nghệ IoT thành công, smart home dự đoán phổ biến smart phone 1.4.3 Thành phố thông minh (smart city) Không nhà riêng lẻ, thành phố ứng dụng cơng nghệ IoT tiến tới trở thành thành phố thông minh Thành phố có hệ thống giám sát thơng minh đảm bảo an ninh đô thị, hệ thống quản lý lượng thông minh, giám sát môi trường… Các vấn đề ô nhiễm môi trường, tắc nghẽn giao thông, thiếu lượng… phổ biến thành phố lớn giải IoT Với việc cài đặt ứng dụng dùng thiết bị thơng minh, cư dân dễ dàng tìm thấy xăng, siêu thị, nhà hàng, bãi gửi xe miễn phí… Hiện nhiều thành phố thông minh xây dựng giới ngày hoàn thiện để nâng cao hiệu quản lý chất lượng sống cho người dân 1.4.4 Ứng dụng công nghệ IoT sản xuất ô tô Ngành sản xuất ô tô đứng trước hội tạo nên cách mạng nhờ việc ứng dụng công nghệ IoT, với tiên phong thương hiệu lớn BMW, Tesla… Giờ đây, nhà sản xuất tơ khơng cịn phải lo tối ưu hóa chức nội xe nữa, họ quan tâm đến việc nâng cao trải nghiệm xe để tối ưu hóa hài lịng người sử dụng 1.4.5 Ứng dụng IoT nông nghiệp công nghiệp Nông nghiệp thông minh đánh giá lĩnh vực phát triển nhanh ứng dụng công nghệ IoT, giúp nhà nông dễ dàng áp dụng kỹ thuật mới, cơng nghệ tiên tiến, từ tăng sản lượng nuôi trồng Chẳng hạn, thiết bị thông minh giúp cảm biến độ ẩm, thông tin chi tiết chất dinh dưỡng đất, mức độ hấp thụ nước… đồng liệu smart phone thiết bị công nghệ, giúp nông dân xác định trồng phù hợp, tùy chỉnh lượng phân bón cần thiết để tăng trưởng tốt Hoặc ứng dụng IoT nông nghiệp giúp nông dân dễ dàng thu thập liệu sức khỏe gia súc, gia cầm, từ nhận biết sớm dấu hiệu bệnh tật, ngăn ngừa bệnh lây lan điều trị kịp thời Việc kiểm soát khâu quy trình chăn ni nhờ cơng nghệ IoT giúp nhà nông tiết kiệm thời gian chi phí 1.4.6 Bán lẻ thơng minh IoT ngày chứng tỏ lợi ích lĩnh vực bán lẻ, kể bán lẻ trực tiếp truyền thống hay bán lẻ trực tuyến thịnh hành Đó cơng nghệ IoT giúp nhà bán lẻ kết nối với khách hàng, dễ dàng truyền đạt thông điệp quảng cáo nâng cao trải nghiệm khách hàng đến với cửa hàng Việc tương tác qua điện thoại ứng dụng công nghệ giúp nhà bán lẻ thấu hiểu khách hàng tiềm năng, thay đổi cách trí cửa hàng, mặt hàng, đội ngũ nhân viên… cho đáp ứng tốt nhu cầu người tiêu dùng Có thể nói, tiềm phát triển IoT lĩnh vực bán lẻ lớn 1.4.7 Trong ngành lượng Khái niệm lưới điện thông minh (smart grid) trở nên phổ biến tồn giới, giúp tiên đốn phản ứng cách thông minh với hành động đơn vị kết nối với lưới điện, nhà cung cấp điện, người tiêu thụ điện, đơn vị vừa cung cấp vừa tiêu thụ điện (ví dụ gia đình, doanh nghiệp lắp đặt hệ thống điện mặt trời)… Mục tiêu lưới điện thông minh cung cấp cách hiệu quả, tin cậy bền vững dịch vụ điện Lưới điện thơng minh mang lại nhiều lợi ích, góp phần nâng cao hiệu sử dụng điện, giảm tác động toàn hệ thống cung cấp điện mơi trường… Trên giới, nhiều quốc gia có hệ thống lưới điện thông minh, Italia, Mỹ, Canada, Đức… 1.5 Kết luận chương Chương nêu số khái niệm Internet of Things, xu Internet of Things , lĩnh vực ứng dụng IoT, vấn đề ứng dụng IoT kiến thức tảng áp dụng cho chương giải pháp ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG IoT VÀO HỆ THỐNG QUẢN LÝ TRẠM BTS TẠI VNPT HƯNG YÊN 2.1 Các yêu cầu đặc trưng IoT hệ thống quản lý trạm BTS 2.1.1 Các yêu cầu hệ thống IoT Các yêu cầu để trở thiết lập IoT cao khắt khe với tiêu chí sau: Có kết nối dựa nhận diện: Các đồ vật, máy móc, thiết bị thường gọi chung “Things” phải có tên hay địa IP riêng biệt Hệ thống IoT cần hỗ trợ kết nối “Things” kết nối thiết lập dựa định danh IP Things  Khả quản lý: Hệ thống IoT làm việc tự động mà không cần tham gia người, chúng cần phải hỗ trợ tính quản lý “Things” để đảm bảo mạng lưới hoạt động bình thường  Khả bảo mật: Vì IoT có nhiều “Things” kết nối với nhau, làm tăng mối nguy bảo mật lộ thông tin, xác thực sai, sai lệch liệu, Bên cạnh đó, “Things” hệ thống thuộc nhiều chủ sở hữu khác chứa thơng tin cá nhân họ Vì thế, hệ thống IoT cần bảo vệ riêng tư trình truyền liệu, tập hợp, lưu trữ, khai thác xử lý  Dịch vụ thỏa thuận: Dịch vụ để cung cấp cách thu thập, giao tiếp xử lý tự động liệu “Things” dựa quy tắc thiết lập người vận hành tùy chỉnh người dùng  Khả cộng tác: Khả cho phép hệ thống IoT có khả tương tác qua lại mạng lưới Things cách dễ dàng  Khả tự quản mạng lưới: Bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự khắc phục lỗi, tự tối ưu hóa, tự có chế bảo vệ, để mạng lưới thích ứng với tên miền ứng dụng, mơi trường truyền thông nhiều loại thiết bị khác nhau,…  Các khả dựa vào vị trí (location – based capabilities): Hệ thống IoT biết theo dõi vị trí cách tự động Các dịch vụ dựa vị trí bị hạn chế luật pháp hay quy định, phải tuân thủ yêu cầu an ninh  Khởi động sử dụng: Hệ thống IoT bắt buộc “Things” phải khởi động sử dụng cách dễ dàng tiện dụng  Hình 2.1: Mơ hình hệ thống IoT 2.1.2 Các đặc trưng IoT Hệ thống IoT bao gồm đặc trưng sau:  Không đồng nhất: Các thiết bị IoT thường khơng đồng sở hữu phần cứng, hệ thống khác tương tác với nhờ vào liên kết hệ thống  Kết nối liên thông (Interconnectivity): Đối với hệ thống IoT, vật dụng, thiết bị đa dạng kết nối với thông qua mạng lưới thông tin sở hạ tầng liên lạc tổng thể Dịch vụ liên quan đến “Things”: Hệ thống IoT có khả cung cấp dịch vụ liên quan đến “Things” chẳng hạn bảo vệ riêng tư quán thiết bị vật lý (Physical Thing) phần mềm (Virtual Thing)  Có quy mơ lớn: Số lượng lớn thiết bị, máy móc quản lý giao tiếp với với quy mô lớn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet Số lượng thông tin truyền thiết bị lớn nhiều so với người thực  Có thể thay đổi linh hoạt: Các trạng thái thiết bị điện tử, máy móc tự động thay đổi tắt bật, kết nối ngắt, truy xuất vị trí,…  10 Hình 2.3: Trạm BTS loại đặt tầng thượng nhà dân Từ thực tế trên, có số câu hỏi đặt là: Số lượng trạm BTS loại loại 2a phân bổ cho địa phương có hạn Các nhà đầu tư trước chiếm vị trí trước cịn nhà đầu tư đến sau nào? Để đảm bảo tối ưu hóa mạng tổ ong phát sóng, trạm BTS giáp ranh địa phương phân bổ nào? Với nhu cầu đảm bảo phục vụ lượng thuê bao di động ngày tăng nhanh chóng việc ứng dụng cơng nghệ di động hệ 3G, 4G lượng trạm BTS phân bổ có đủ khơng ? 2.3 Ưu nhược điểm ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS  Ưu điểm IoT Giao tiếp Thơng tin Màn hình, máy quan sát Tiết kiệm thời gian Tiết kiệm tiền bạc  Nhược điểm Khả tương thích: Độ phức tạp: Quyền riêng tư / Bảo mật: 11 An toàn: 2.4 Các vấn đề thách thức gặp phải ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS 2.4.1 Mơ hình hệ thống IoT Hình 2.4: Mơ hình lớp hệ thống IoT 2.4.2 Các nguyên nhân thách thức  Bài tốn hiệu kinh tế  Quy trình bảo mật thiết bị người dùng  Chưa có sẵn giải pháp bảo mật hoàn chỉnh 2.4.3 Những nguy công phương pháp hỗ trợ bảo mật Cấu trúc liên kết thành phần giải pháp IoT đầy đủ chia khối, bao gồm nhiều thành phần Các thành phần giải pháp IoT liên kết với Hình 2.5: Kiến trúc giải pháp bảo mật IoT 2.5 Giải pháp quản lý an toàn bảo mật cho IoT hệ thống quản lý trạm BTS 2.5.1 Giới thiệu Về nguyên tắc chung, hệ thống IoT đòi hỏi biện pháp an ninh tất lớp: Tại lớp thiết bị vật lý để đảm bảo việc thu thập truyền liệu, tầng giao tiếp 12 mạng cho việc truyền dẫn định tuyến, lớp ứng dụng để trì tính bảo mật đảm bảo an tồn thơng tin cho người sử dụng Và nay, giới xuất mơ hình cải tiến với tăng cường thêm lớp Lớp trung gian hỗ trợ (Middle-ware Layer), mang tính hỗ trợ bảo mật cho lớp Mạng giao tiếp (Network Layer) Hình 2.6: Mơ hình cải tiến bảo mật lớp hệ thống IoT 2.5.2 Cấu trúc định dạng nguyên tắc mã hóa Đầu vào AESIM thơng tin điều khiển liệu mà chưa mã hóa Nếu mã hóa tất thơng tin liệu q tải với vi xử lý thiết bị nhúng, hạn chế khả phân tách trường liệu để hệ thống liên thơng Mục tiêu kỹ thuật AESIM thực xếp định dạng thông tin mã hóa giá trị trường liệu Đầu AESIM tin AESIM Chiều dài tin AESIM khơng giới hạn kích cỡ tối đa Một tin AESIM đơn vị sở trao đổi liệu thiết bị IoT máy chủ đám mây hệ thống Tùy thuộc vào chiều dài liệu cần truyền tải, phân tách thành nhóm phân đoạn trình tự định nghĩa trước hệ thống Mỗi tin có mã nhận dạng đầu bảng tin Ví dụ mã ký tự “AMH” chứa bên đầu tin xác định loại Một phân đoạn tin AESIM nhóm logic trường liệu Đầu phân đoạn tin, có mã phân loại phân đoạn Các mã ký hiệu phân loại phân đoạn có chiều dài tối đa ký tự Theo sau đó, phân đoạn có trường liệu 13 Mỗi trường liệu có tên trường giá trị trường liệu Giữa tên trường giá trị trường phân cách dấu “^” Cuối tin AESIM mã xác thực Message Key có chiều dài 16 ký tự Message Key quy định trước máy chủ đám mây thiết bị gateway, có vai trị xác thực tin từ phía thiết bị IoT gửi máy chủ tin hệ thống IoT này, để giúp máy chủ xác thực kiểm tra trước giải mã giá trị trường liệu bên tin AESIM Ví dụ tin định dạng AESIM trước mã hóa AES-128 bit: AMH|LOGIN|DEVID^MAC015|USER^USR001|PSW^abc123|KSDOXFJAGCHPEKC W| Trong tin bao gồm phân đoạn Đăng nhập hệ thống, có mã ký hiệu đầu tin “AMH”, mã phân đoạn “LOGIN” Trong phân đoạn tin Đăng nhập, có trường liệu có tên DEVID, USER PSW Kèm theo tên trường liệu giá trị liệu có độ dài nhỏ 16 ký tự Cuối tin này, mã xác thực “KSDOXFJAGCHPEKCW” Giả sử trường liệu nêu trên, trường liệu USER PSW xem chứa thông tin quan trọng, nhạy cảm cần bảo mật Thì tin thực mã hóa với kỹ thuật AESIM với trường liệu này, sau mã hóa tin thành: AMH|LOGIN|DEVID^MAC015|USER^0CD8AF09B24D9ED92FE148A3D203F94D|PS W^AF09B24D9E0CC8D92FE148A34DD203F9|934F93C20CD8AF09AF4C99B2EBCD 8ECA| Chiều dài tin sau mã hóa tăng lên, khơng nhiều Ở ví dụ chuỗi giá trị trường liệu USER, PSW mã xác thực mã hóa thay chuỗi ký tự thập lục phân (HEX) 32 ký tự tương ứng với 16 byte (một byte có chiều dải mã HEX ký tự) Việc mã hóa tin thực tế thực mã hóa liệu nhạy cảm, tin AESIM gửi nơi nhận đơn giản, dễ dàng cho việc phân tách thông tin để hiểu mã phân đoạn, tên trường liệu giải mã liệu Một vấn đề quan trọng tạo phân phối khóa bí mật thuật tốn AES128 bit Ở đây, áp dụng khóa mật mã động tạo cách sử dụng ma trận chia sẻ thống trước bên giao tiếp Giữa máy chủ thiết bị gateway bảng ma trận khóa mật mã ngẫu nhiên khoảng 36 khóa mật mã, với khóa mật mã 16 byte Một ma trận khóa mật mã ngẫu nhiên có kích thước 9x9 14 byte chiếm dung lượng 81 byte nhớ Sau đó, hai bên phối hợp lựa chọn 36 mật mã để sử dụng phiên làm việc Việc lựa chọn mật mã phiên làm việc để thực mã hóa liệu dựa vào kết hợp ID thiết bị nhãn thời gian lúc khởi đầu phiên Chính mật mã phối hợp thay đổi thường xuyên an ninh tối ưu hóa cho phiên kết nối IoT cụ thể Chính nhờ vào phối hợp mà chìa khóa giải mã khơng thể bị chiếm đoạt hết nút mạng bị công chất việc sử dụng mật mã chuyển giao hai bên Tuy nhiên, việc tạo bảng ma trận mật mã trước chia sẻ cần bảo vệ an tồn để áp dụng cho số lượng lớn thiết bị IoT Với việc đánh nhãn mã phân loại tin AESIM xác, thơng điệp xử lý theo chế độ bảo mật thích hợp Chẳng hạn, hạn chế quyền truy cập vào thơng điệp có chức “điều khiển từ xa” hay cho phép “chuyển tập tin” theo hướng, hay mang liệu cấp độ “tối mật” cần “mã hóa hai lần” để bảo vệ thơng điệp qua chuyển đổi để đến đích mong muốn 2.6 Kết luận chương Bên cạnh phát triển mạnh mẽ IoT, vấn đề an ninh bảo mật thơng tin ngày đóng vai trị quan trọng, nhằm đảm bảo an tồn cho thơng tin quan trọng khách hàng ngăn chặn việc truy cập điều khiển trái phép thiết bị Qua việc phân tích nguyên nhân thực tế dẫn thách thức bảo mật rủi ro cơng mơ hình kiến trúc IoT, nội dung viết giới thiệu đến kỹ sư thiết kế giải pháp lập trình IoT giải pháp kỹ thuật bảo mật đơn giản hiệu lớp hỗ trợ giao tiếp, nhằm nâng cao tối đa hiệu an ninh tiện lợi cho nhà sản xuất người sử dụng Để chống lại thách thức vốn có bảo mật IoT, ngồi việc tn thủ ngun tắc lớp hệ thống, cần tiếp tục tìm kiếm trao đổi kỹ thuật bảo mật đơn giản, hiệu giúp giảm nguy tương lai, đặc biệt bù đắp cho chất thiết kế IoT đa dạng bảo mật không đầy đủ 15 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TRẠM BTS TẠI VNPT HƯNG YÊN 3.1 Kỹ thuật điều kiển thiết bị IoT 3.1.1 Đề xuất giải pháp Phương pháp đề xuất đưa giải pháp để trì tính thơng minh BTS cung cấp thơng tin mức thu tín hiệu cho quản trị viên thông qua tảng IoT thông tin hiển thị máy chủ web: Nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến nhiên liệu, lượng RSSI sử dụng để cảm nhận môi trường xung quanh trạm BTS Bản đồ thu gọn Hadoop sử dụng để giảm thiểu liệu bất thường vượt giá trị ngưỡng cố định cảm nhận cảm biến lỗi đưa vào điều khiển từ xa thiết bị người dùng với trợ giúp tảng IoT, thiết bị di động ứng dụng máy chủ web 3.1.2 Hoàn thiện hệ thống Hệ thống bao gồm phần mềm phần cứng Phần mềm bao gồm trình duyệt chạy chương trình, thingSpeak IoT tảng để giám sát lưu trữ liệu cảm nhận đồ thu gọn Hadoop sử dụng để tổng hợp liệu Phần cứng bao gồm bảng Arduino, Cảm biến, mơ-đun WiFi nguồn cung cấp Vì vậy, chúng tơi gửi tin nhắn xác đến quản trị viên thông tin trạm BTS lỗi xảy cường độ tín hiệu, thơng tin chi tiết gửi đến người dùng di động thông qua máy chủ web Hình 3.1:Sơ đồ khối thơng tin di động BTS 3.1.3 Thành phần hệ thống  Bảng Arduino  Mô-đun WiFi ESP8266 16  Cảm biến nhiệt độ LM35  Cảm biến độ ẩm DHT11  Cảm biến nhiên liệu  Cảm biến MQ2  Cảm biến cường độ tín hiệu  Nền tảng IoT Thingspeak  Bản đồ thu gọn Hadoop Bảng UNO Arduino Arduino phần cứng phần mềm máy tính mã nguồn mở cơng ty, dự án cộng đồng người dùng thiết kế vàsản xuất vi điều khiển đơn bo mạch dụng cụ vi điều khiển để xây dựng thiết bị kỹ thuật số đối tượng tương tác cảm nhận điều khiển đối tượng giới vật chất Hình 3.2: Bảng Arduino UNO Mô-đun WiFi ESP8266 Mô-đun WiFi ESP8266 SOC độc lập với ngăn xếp giao thức TCP / IP tích hợp cung cấp truy cập vi điều khiển vào mạng WiFi bạn ESP8266 có khả lưu trữ ứng dụng giảm tải tất Wi-Fi chức mạng từ xử lý ứng dụng khác Mơ-đun có lưu trữ xử lý bo mạch đủ mạnh cho phép khả tích hợp với cảm biến thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIO với phát triển tối thiểu lên trước tải tối thiểu thời gian chạy ESP8266 hỗ trợ APSD cho ứng dụng VoIP Bluetooth tồn giao diện, chứa RF cho phép hoạt động điều kiện khơng u cầu phận RF bên ngồi Hình 3.3: Mô đun Wifi ESP8266 17 Cảm biến nhiệt độ LM35 Dịng LM35 nhiệt độ cảm biến mạch tích hợp xác có điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ độ C (Centigrade) Do đó, LM35 có lợi so với cảm biến nhiệt độ tuyến tính hiệu chuẩn theo ° Kelvin, người dùng không bắt buộc phải trừ số lớn điện áp từ đầu để có tỷ lệ Centigrade thuận tiện LM35 không yêu cầu hiệu chuẩn bên để cung cấp độ xác điển hình ± 1⁄4 ° C nhiệt độ phòng ± 3⁄4 ° C phạm vi nhiệt độ từ −55 đến + 150 ° C đầy đủ Hình 3.4: Cảm biến độ ẩm DHT11 Phạm vi nhiệt độ DHT11 từ đến 50 độ độ C với độ xác + -2 độ Ngoài độ ẩm DHT11 phạm vi từ 20 đến 80% với độ xác 5% Có hai đặc điểm kỹ thuật mà DHT11 tốt DHT22 tốc độ lấy mẫu cho DHT11 1Hz, tốc độ lấy mẫu DHT22 0,5Hz DHT11 có kích thước nhỏ Điện áp hoạt động hai cảm biến từ đến vôn, dòng điện tối đa sử dụng đo 2,5mA Hình 3.5: Cảm biến nhiên liệu Cảm biến nhiên liệu sử dụng để giám sát điều chỉnh mức độ chất chảy tự cụ thể không gian chứa.Những chất thường chất lỏng, nhiên mức cảm biến đo sử dụng để theo dõi số chất rắn bột vật liệu xây dựng Mức độ cảm biến sử dụng rộng rãi cơng nghiệp Nó tìm thấy bể chứa cơng nghiệp, cho bùn thiết bị gia dụng máy pha cà phê Cơ 18 mức độ cảm biến sử dụng để xác định điểm chất lỏng rơi xuống mức tối thiểu tăng mức tối đa Hình 3.6: Cảm biến MQ2 Mơ-đun Grove - Gas Sensor (MQ2) hữu ích cho phát rị rỉ khí (gia đình cơng nghiệp) Nó phù hợp với phát H2, LPG, CH4, CO, Rượu, Khói Propan Dựa vào độ nhạy cao thời gian phản hồi nhanh, phép đo thực sớm tốt Độ nhạy cảm biến điều chỉnh chiết áp Hình 3.7: Cảm biến cường độ tín hiệu vơ tuyến Cảm biến sử dụng để phát tín hiệu vơ tuyến dải tần từ 50 MHz đến GHz (RF Sniffer) Với Antenna vòng lặp đơn giản kết nối với bảng, bạn bắt Bluetooth, WLAN, tín hiệu điện thoại di động tòa nhà Một điện thoại di động phải phát phạm vi khoảng 50 mét Các cảm biến dựa chip LT5534 công nghệ tuyến tính Hình 3.8: Nền tảng IoT Thingspeak ThingSpeak ứng dụng Internet (IoT) mã nguồn mở API để lưu trữ truy xuất liệu từ việc sử dụng giao thức HTTP qua Internet qua mạng cục ThingSpeak cho phép tạo nhật ký cảm biến, ứng dụng theo dõi vị trí mạng xã hội 19 thứ có cập nhật trạng thái ThingSpeak ban đầu mắt ioBridge vào năm 2010 dịch vụ ứng dụng hỗ trợ IoT Bản đồ thu gọn Hadoop Mơ hình lập trình cho phép khả mở rộng hàng trăm hàng nghìn máy chủ cụm Hadoop Khái niệm đồ thu gọn đơn giản để hiểu dành cho người quen thuộc với liệu theo tỷ lệ phân cụm giải pháp xử lý Thuật ngữ Map Reduce đề cập đến hai tác vụ riêng biệt khác biệt mà chương trình Hadoop thực hiện.Đầu tiên công việc đồ, lấy tập liệu chuyển đổi vào tập hợp liệu khác, nơi phần tử riêng lẻ bị tách xuống thành giá trị (cặp khóa / giá trị) Cơng việc giảm thiểu có đầu từ đồ dạng đầu vào kết hợp liệu thành nhỏ giá trị Việc giảm thực sau thực đồ 3.2 Thiết kế xây dựng mơ hình mơ quản lý hệ thống BTS 3.2.1 Thuật tốn xây dựng đồ thu gọn Hadoop Chương trình đồ thu gọn thực thi ba giai đoạn, cụ thể giai đoạn lập đồ, giai đoạn xáo trộn giai đoạn giảm bớt Hình 3.9: Tổng quan tiến trình đồ thu gọn Hadoop 3.2.2 Nhận số cảm biến lưu trữ tảng Thingspeak IoT Hệ thống đề xuất chúng tơi thu năm tín hiệu tương tự số cảm biến từ thùng nhiên liệu diesel, nhiệt độ đọc từ cảm biến LM35, đọc khói từ cảm biến MQ2, đọc độ ẩm từ cảm biến DHT11 cường độ tín hiệu cường độ từ cảm biến Bản đồ thu gọn Hadoop sử dụng để giảm liệu bất thường vượt ngưỡng cố định giá trị cảm nhận cảm biến Sau đó, số cảm biến lưu trữ ThingSpeak thông qua mô-đun wifi sử dụng để so sánh 20 3.3 Kết mô hệ thống quản lý trạm BTS VNPT Hưng Yên 3.3.1 Kết đồ thu gọn Nhiệt độ phòng đo cảm biến LM35, độ ẩm đo cảm biến DHT11, mức khí đo cảm biến MQ2 mức nhiên liệu bình sử dụng cảm biến nhiên liệu dựa quãng đường cho biết mức nhiên liệu Tất kết hiển thị phần mềm atmega2560 Aurdino lưu trữ kết tảng Thingspeak IoT Hình 3.10: Chỉ số Wifi Hình 3.11: Màn hình đầu nối tiếp Bản đồ thu gọn Hadoop thể hình bên dưới: 21 Hình 3.12: Dữ liệu giảm nhiệt độ Hình 3.13: Dữ liệu độ ẩm giảm Hình 3.14: Dữ liệu RSSI giảm 22 Hình 3.15: Dữ liệu khói giảm Đầu bên sở liệu tạo đồ thu gọn Hình 3.16 cho thấy cảm biến lưu trữ định dạng trang tính excel Bảng excel bao gồm ngày tháng thời gian, id mục nhập, trường1 (độ ẩm), trường (nhiệt độ), field3 (nhiên liệu), field4 (khói) field5 (cường độ tín hiệu nhận được) Hình 3.16: Dữ liệu gốc ThinkSpeak 3.3.2 Kết ứng dụng Di động Trong ứng dụng dành cho thiết bị di động, biểu đồ liệu cảm biến hiển thị, điều giúp cho quản trị viên dự đốn xác thay đổi BTS Các số liệu sau cho thấy kết ứng dụng điện thoại di động Dưới ứng dụng VNPT GSNT V3 dùng phổ biến VNPT Hưng Yên, ứng dụng hỗ trợ cho nhân viên dễ dàng kiểm tra tình trạng trạm mà không cần đến trạm 23 3.3.3 Kết ứng dụng Web 3.4 Nghiên cứu, thiết kế phần mềm quản trị, điều khiển tập trung Thành phần bảng mạch điều khiển: Hệ thống bao gồm bảng mạch gồm vi điều khiển cảm biến, module chức thực nhiệm vụ đọc thông tin liệu nhiệt độ, độ ẩm, điện áp, cường độ dịng điện hay thực đóng mở rơ le kết nối với thiết bị quạt, điều hịa, máy nổ nhằm mục đích điều khiển 3.5 Đánh giá kết Trong mạng truyền thông không dây trạm gốc, chức mạng thông suốt cần thiết Mục tiêu cho phép hệ thống thông tin di động thông minh liên tục giám sát mức độ thông minh trạm BTS Các yếu tố bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, nhiên liệu, khói cường độ tín hiệu điều giám sát cách sử dụng tảng IoT Do đó, mục tiêu phát triển ứng dụng thiết bị di động sử dụng để phát thay đổi giá trị yếu tố tạo cảnh báo Những cảm biến sử dụng để cảm nhận môi trường xung quanh trạm BTS Bản đồ thu gọn Hadoop sử dụng để giảm liệu bất thường vượt mức cố định giá trị ngưỡng cảm biến phát lỗi đưa vào thiết bị người dùng từ xa với trợ giúp tảng ThingSpeak IoT, ứng dụng di động máy chủ web Các giá trị bất thường tải vào ThingSpeak để kích hoạt máy chủ web gửi tin nhắn cảnh báo đến ứng dụng di động Do đó, để phát triển ứng dụng sử dụng ứng dụng di động mang lại thông báo hoạt động diễn trang web cho quản trị viên Nên tuần gửi thơng báo cảnh báo cường độ tín hiệu đến người dùng di động sử dụng máy chủ web Dữ liệu giảm hiển thị dạng biểu đồ ứng dụng dành cho thiết bị di động, giúp quản trị viên dễ dàng theo dõi hiệu suất BTS 3.5 Kết luận chương IoT đóng vai trò quan trọng việc bảo vệ trang web BTS di động giám sát BTS Nó cho phép người dùng giám sát từ xa điều kiện trạm thu phát gốc (BTS) Cảm biến sử dụng để giám sát môi trường BTS gửi điều kiện thông tin BTS cho admin Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí, nhiên liệu cường độ tín hiệu sử dụng để cảm nhận môi trường BTS Bản đồ thu gọn Hadoop sử dụng để giảm số lượng lớn liệu cảm biến đến liệu hữu ích nhỏ tải lên cách sử dụng liệu này, chúng tơi dễ dàng dự đốn cường độ tín hiệu trạm BTS Cốt lõi giải pháp trình điều khiển SMS ứng dụng web ln giám sát tính hiệu suất BTS 24 hiển thị liệu ứng dụng dành cho thiết bị di động dạng biểu đồ Kết giúp quản trị viên dễ dàng dự đoán thay đổi liệu cảm nhận gửi thông tin cảnh báo cho người dùng di động cường độ tín hiệu trạm gốc Nó làm giảm gián đoạn thủ công giúp hệ thống giám sát hiệu nhiệt độ, độ ẩm, khói nhiên liệu điều khiển thiết bị trạm gốc để tránh bị điện toàn cung cấp cường độ tín hiệu tốt Với đề xuất này, phát triển với chi phí thấp, hệ thống thời gian thực giám sát kiểm sốt hoạt động trang web tế bào Chúng ta tin thơng báo kiểm sốt thơng tin hệ thống gửi công cụ quan trọng nỗ lực để tạo cường độ tín hiệu tốt tổng mức khả dụng cho nguồn điện cung cấp cho hệ thống viễn thông khác chúng tơi Kỹ thuật thích ứng giúp trì trạm thu phát sóng BTS cường độ tín hiệu BTS Cơng việc tương lai sử dụng thuật toán để sửa mức ngưỡng phát triển ứng dụng điện thoại di động để gửi thơng báo cường độ tín hiệu tốt tới người dùng di động KẾT LUẬN Đích muốn hướng đến dự kiến đạt luận văn như: Đề tài luận văn tập chung nghiên cứu ứng dụng IoT vào Hệ thống quản lý trạm BTS Nội dung luận văn nghiên cứu Hệ thống quản lý trạm BTS từ xa bao gồm thu thập cảnh báo điều khiển thiết bị trạm BTS sở triển khai mơ thử nghiệm đánh giá ứng dụng IoT quản lý trạm BTS Một lần nữa, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Đỗ Xuân Thu hướng dẫn tận tình hợp tác nhiệt tình anh chị VNPT Ninh Bình giúp em hoàn thành luận văn ... vực ứng dụng IoT, vấn đề ứng dụng IoT kiến thức tảng áp dụng cho chương giải pháp ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS 7 CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG IoT VÀO HỆ THỐNG QUẢN LÝ TRẠM BTS TẠI... giảm bớt chi phí nhân cơng Vì lý mà em chọn đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS VNPT Hưng Yên? ?? Tổng quan vấn đề nghiên cứu: Giờ đây, IoT sử dụng thị trường lĩnh vực chăm... Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu vai trò IoT lĩnh vực kỹ thuật ngày từ ứng dụng thành tựu IoT vào doanh nghiệp Việt Nam Xây dựng mơ hình giả thiết ứng dụng IoT vào hệ thống quản lý trạm BTS Nhiệm