ĐỒ án môn học đồ án IOT đề tài NGHIÊN cứu sự RÀNG BUỘC của các GIAO THỨC ONEM2M với lớp vận CHUYỂN MQTT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÔNG Á -******* - ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN IOT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ RÀNG BUỘC CỦA  CÁC GIAO THỨC ONEM2M VỚI LỚP VẬN CHUYỂN MQTT GVHD : ĐẶNG VĂN NGHĨA TÊN NHÓM : NHÓM 71 LỚP : IT18A1.12 KHOA : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐÀ NẴNG, THÁNG 03 NĂM 2022 PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC STT Họ tên Võ Viết Minh Khoa Bùi Lê Đức Phú Đỗ Văn Phong Nhiệm vụ Ghi Nhóm trưởng LỜI CẢM ƠN Nhóm em chân thành cảm ơn thầy, Trường Đại Học Đơng Á tận tình dạy, giúp đỡ nhóm suốt q trình học tập tích lũy kiến thức trường, đặt biệt thầy cô khoa Công nghệ thông tin Đặt biệt, chúng em muốn cảm ơn Thầy Đặng Văn Nghĩa tận tình giúp đỡ hỗ trợ suốt trình thực đề tài Trong suốt trình thực hiện, thầy tận tình góp ý, dẫn đơn đốc sinh viên để hồn thành đề tài hồn chỉnh hạn Một lần em xin cảm ơn thầy Người thực đề tài Võ Viết Minh Khoa Bùi Lê Đức Phú Đỗ Văn Phong MỤC LỤC PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 IoT gì? 1.1.1 Định nghĩa Internet vạn vật (IoT) 1.1.2 Ứng dụng IoT 1.2 Xu hướng phát triển .9 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 10 2.1 Giới thiệu .10 2.2 Giải thích chức khối 11 2.2.1 Montion Sensor 11 2.2.2 SBC Board .11 2.2.3 Đèn phòng 11 2.2.4 Đèn LED 11 2.2.5 Server 11 2.2.6 PC admin .11 2.3 Mục tiêu đề tài .11 CHƯƠNG Q TRÌNH THỰC HIỆN MƠ HÌNH TRÊN PACKET TRACER .12 3.1 Thiết lập mơ hình 12 3.2 Lập trình khối Blockly 12 3.2.1 Kịch 12 3.2.2 Các bước thực 13 3.3 Kết chạy mơ hình 18 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 20 4.1 Đánh giá 20 4.1.1 Ưu điểm 20 4.1.2 Hạn chế 20 4.2 Kết luận .20 4.2.1 Kết luận 20 4.2.2 Hướng phát triển 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Mơ hình giám sát điều khiển Packet Tracer 10 Hình 3.1 Lập trình Blockly Packet Tracer .13 Hình 3.2 Hàm SET đặt giá trị biến motion 13 Hình 3.3 Các Function có chương trình 14 Hình 3.4 Function motionSensor ghim số định cho cổng 14 Hình 3.5 Function readFromSensor đọc giá trị biến motion 14 Hình 3.6 Chạy chương trình để biến giá trị biến motion 15 Hình 3.7 Function motionEntry điều khiển đầu cuối 15 Hình 3.8 Thiết lập dịch vụ Email máy chủ 16 Hình 3.9 Cấu hình Mail cho user quản trị viên .16 Hình 3.10 Cấu hình Mail mạch SBC .16 Hình 3.11 Function email gửi mail cho quản trị viên có hành động mở cửa .17 Hình 3.12 Chạy chương trình để xem biến motion in kết 17 Hình 3.13 Mơ hình cửa trạng thái đóng 18 Hình 3.14 Mơ hình cửa trạng thái mở 18 Hình 3.15 Quản trị viên nhận mail cửa mở 19 DANH MUC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Danh sách thiết bị 12 LỜI NÓI ĐẦU “Internet Of Things” chủ đề ngày nhận nhiều quan tâm Đây khái niệm khả tác động đến sống mà ảnh hưởng đến cách làm việc IoT (hay Internet of Things) hay “Vạn vật kết nối internet” khơng cịn trở nên q xa lạ, ta đơi lần bắt gặp cụm từ đâu, từ tin thời - công nghệ tivi, trang mạng điện tử, cụ thể ứng dụng thiết thực đời sống Internet of Things đột phá cơng nghệ, giúp thứ trở nên thông minh với khả kết nối vô tận giúp cho người ngày thoải mái sống đụng tay đụng chân thứ Tuy nhiên vấn đề bảo mật vấn đề nhức nhối cần phải có biện pháp hiệu tương lai Với lợi ích trơng thấy, bạn muốn sở hữu ứng dụng IoT cho nhà bạn phải không nào? Thực ra, thị trường có thiết bị rồi, với độ xác cao, giá thành lại mắc, giám sát từ xa Cùng với bùng nổ IoT, có nhiều công nghệ truyền thông không dây đưa vào sử dụng Bluetooth Low Energy, WiFi ZigBee Mỗi chuẩn kết nối có đặc điểm bảo mật, độ trễ, tnh di động, khoảng cách truyền, lượng tiêu thụ, tuổi tho pin, tốc độ liệu tối đa khác Đi kèm theo giao thức phù hợp cho mạng cảm biến không dây hoạt động điều kiện lượng khiêm tốn khoảng cách truyền thông xa lượng liệu trao đổi không lớn MQTT, COAP Tuy nhiên nhiều công nghệ giao thức đời, đa dạng hóa dẫn đến phân mảnh hệ sinh thái IoT doanh nghiệp, tổ chức muốn phát triển giải pháp, tảng độc lập riêng mình, từ chọn lựa chuẩn kết nối giao thức riêng, chí độc quyền Vi dụ mạng cảm biến công suất thấp sử dụng tiêu chuẩn kết nối tiết kiệm lượng ZigBee, 6LOWPAN giao thức COAP, MQTT Mặt khác, ứng dụng yêu cầu tốc độ cao lại thường sử dụng WiFi, 3GPP giao thức HTTP Do đó, với nỗ lực thúc đẩy hội tụ công nghệ, phát triển tảng kết nối tương thích diện rộng giúp ứng dụng IoT phát triển theo chiều ngang, oneM2M đời Việc nghiên cứu tảng oneM2M đề tài vô rộng mở , thu hút nhiều kỹ sư chuyên gia toàn giới Tiêu chuẩn chung cho oneM2M dần hoàn thiện theo thời gian , nhiều tính cơng nghệ cần phát triển Trên thực thể đó, nhóm em thực báo cáo nhằm tìm hiểu chi tiết tiêu chuẩn oneM2M có, thực xây dựng mơ hình thử nghiệm tính bật Nắm bắt điều này, vận dụng kiến thức học, nhóm em tiến hành thực đề tài với tên “NGHIÊN CỨU SỰ RÀNG BUỘC CỦA CÁC GIAO THỨC ONEM2M VỚI LỚP VẬN CHUYỂN MQTT”, Lập trình điều khiển thiết bị thông quan mạng Internet/Wifi phần mềm Arduino IDE Với đề tài này, nhóm hy vọng làm sở nghiên cứu để nhóm sau phát triển cải tiến thêm Sau báo cáo trình làm Đồ án IoT: - Chương 1: Cơ sở lý thuyết - Chương 2: Phân tích thiết kế hệ thống - Chương 3: Triển khai hệ thống - Chương 4: Kết luận hướng phát triển CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu IoT? 1.1.1 Định nghĩa Internet vạn vật (IoT) IoT (Internet of Things) nghĩa Internet vạn vật Một hệ thống thiết bị tính tốn, máy móc khí kỹ thuật số người có liên quan với khả truyền liệu qua mạng mà không yêu cầu tương tác người với máy tính Việc kết nối tất đối tượng khác bổ sung thêm cảm biến tăng thêm mức độ thông minh kỹ thuật số cho thiết bị truyền thống, cho phép chúng giao tiếp liệu thời gian thực mà không cần đến người IoT làm cho cấu trúc giới xung quanh trở nên thông minh phản ứng nhanh hơn, hợp vũ trụ vật lý kỹ thuật số "Lớn ngày lớn hơn" phù hợp để mơ tả cho IoT thời điểm Theo công ty phân tích cơng nghệ IDC dự đốn, có 41,6 tỷ thiết bị IoT kết nối vào năm 2025 Một nhà phân tích cơng nghệ khác Gartner dự đốn lĩnh vực doanh nghiệp tơ chiếm 5,8 tỷ thiết bị năm Mảng dịch vụ tiện ích có nhiều đối tượng sử dụng thiết bị IoT nhờ vào xuất đồng hồ thông minh Các thiết bị an ninh camera thiết bị IoT sử dụng nhiều thứ hai Nhà thông minh lĩnh vực phát triển nhanh nhất, ô tô chăm sóc sức khỏe 1.1.2 Ứng dụng IoT - Hỗ trợ người việc quản lý chất thải, cảm biến sử dụng nhà máy xử lý rác thải cung cấp nguồn thông tin đáng giá chất lượng nước thải, số mơi trường,… Việc đem lại kết xác tránh ảnh hưởng tiêu cực lên sức khỏe người công nhân so với việc lấy mẫu trực tiếp từ khu xử lý rác - Quản lý đô thị, tận dụng cảm biến tất xe lưu thông đường phố, lọc đường đã, chuẩn bị tắc nghẽn, từ đề xuất giải pháp kịp thời để tránh tượng kẹt xe - Nhà thông minh, loa thông minh, thiết bị đeo thông minh, tủ lạnh thông minh, máy giặt thông minh, điều hịa thơng minh, đèn thơng minh, rèm cửa thông minh,… Tất trở nên thông minh nhờ vào IoT Nếu bạn tận dụng tốt liệu từ thiết bị IoT này, thiết bị IoT hoạt động cách tự động mà khơng cần đến điều khiển trực tiếp người Ví dụ bạn đường chuẩn bị nhà, cửa thông minh lúc nhận biết bạn chủ nhà (nhờ vào thiết bị đeo thông minh tay bạn) tự mở cửa Cùng lúc đó, điều hịa tự động bật, rèm cửa tự mở để lấy ánh sáng,… Tất tự động hóa hồn tồn 1.1.3 Xu hướng phát triển Với phát triển Internet, smartphone đặc biệt thiết bị cảm biến, Internet of Things (IoT) trở thành xu hướng giới IoT định nghĩa vật dụng có khả kết nối Internet Bạn vào nhà, mở khóa cửa, đèn tự động sáng chỗ bạn đứng, điều hòa tự động điều chỉnh nhiệt độ, nhạc tự động bật để chào đón bạn… điều có phim khoa học viễn tưởng, dần trở thành thực với công nghệ IoT Internet of Things vật dụng có khả kết nối với thông qua Internet Các thiết bị IoT vận hành nhờ vi xử lý SOC bên Không vi xử lý thông thường, SOC giống máy tính trọn vẹn thu gọn diện tích chip điện tử, có kết nối khơng dây đảm bảo tiết kiệm điện Dù nhỏ gọn, sức mạnh vi xử lý SOC khơng phải bàn cãi hồn tồn vận hành trơn tru hệ điều hành nặng nề Windows hay Linux SOC phổ biến bên linh kiện điện thoại Theo dự báo IDC, thị trường IoT dự báo tăng gấp lần, đạt 1,2 nghìn tỉ USD vào năm 2022 Khơng doanh nghiệp lớn nhìn thấy tiềm IoT mạnh dạn đầu tư vào đây.Tuy nhiên, giống công nghệ nào, IoT cần tảng để vận hành.Và doanh nghiệp công nghệ hiểu rằng, tạo tảng dẫn đầu, họ người chiến thắng xu hướng 1.2 Tổng quan nhà thông minh Nhà thông minh (tiếng Anh: home automation, domotics, smart home Intellihome) kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử điều khiển tự động hố bán tự động Thay người thực thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt nhà, ứng dụng điện thoại di động, máy tính bảng giao diện web Các chức nhà thông minh: - Tiết kiệm lượng: Nhà thông minh giúp tiết kiệm lượng khơng cần phải đốt tiền cách quên tắt máy lạnh bạn làm Bằng cách theo dõi hệ thống sưởi, nước điện bạn, có khả chi trả mức hóa đơn điện - Ánh sáng thơng minh cho tồn nhà: Hệ thống ánh sáng thông minh đểm nhấn đặc biệt phổ biến dùng Smart Home Ánh sáng thông minh giúp bạn nhiều sống - Đảm bảo an ninh cho toàn nhà: Sử dụng Camera thông minh thiết bị an ninh để bảo vệ nhà bạn Những camera chất lượng cao thường kết nối trực tiếp với điện thoại bạn Chúng tơi có cung cấp cho người sản phẩm camera chất lượng thị trường Giờ đây, cảm biến cửa, cảm biến chuyển động thơng minh kết nối vào hệ sinh thái nhà thông minh bạn để kiểm soát trạng thái báo động có đột nhập - Hệ thống rèm cửa tự động: Hệ thống điều khiển rèm cửa, cửa sổ, cửa vào ln tích hợp ngơi nhà thông minh Với hệ thống điều khiển bạn cần ngồi chỗ mà dễ dàng điều khiển hệ thống rèm rửa, cửa cuốn… thông qua 10 chạm tay Đồng thời bạn thiết lập kịch cho rèm cửa hạ xuống vào lúc 21h mở lên vào lúc 6h sáng hôm sau Hoặc điều khiển mở rèm giọng nói với loa thơng minh - Điều khiển ngơi nhà giọng nói: Nhà thơng minh cịn có chức vơ đặc biệt Điều khiển giọng nói Đây chức đặc biệt nhiều người yêu thích chúng cho phép chủ nhà điều khiển, kiểm soát tất thiết bị gia đình giọng nói Chỉ với thiết bị có trợ lý ảo bạn điều khiển thứ nhà Cho dù bạn nơi đâu, dù công tác, du lịch nghỉ dưỡng,… Phổ biến trợ lý ảo Siri, Google Assistant, Amazon Alexa - Tự động hóa điều khiển: Smarthome khơng điều khiển tắt bật từ xa, cịn phải thơng minh, tự động phản ứng theo tình như: mở cửa đèn phải tự bật, có người nhà mở máy lạnh, ngồi tắt đi, bật nhạc phịng phịng khác bật theo 1.3 Tổng quan bo mạch vi điều khiển Arduino 1.3.1 Arduino gì? Arduino bo mạch vi điều khiển nhóm giáo sư sinh viên nước Ý thiết kế đưa vào năm 2005 Mạch Arduino sử dụng để cảm nhận điều khiển nhiều đối tượng khác Nó thực nhiều nhiệm vụ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, nhiều đối tượng khác Ngồi mạch cịn có khả liên kết với nhiều module khác module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, ….để tăng khả ứng dụng mạch Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM, Atmel 32-bit,… Hiện phần cứng Arduino có tất phiên bản, Tuy nhiên phiên thường sử dụng nhiều Arduino Uno Arduino Mega Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino phần mềm IDE 1.3.2 Ứng dụng Arduino Arduino có nhiều ứng dụng đời sống, việc chế tạo thiết bị điện tử chất lượng cao Một số ứng dụng kể đến như: - Lập trình robot: Arduino phần quan trọng trung tâm xử lí giúp điều khiển hoạt động robot - Lập trình máy bay khơng người lái Có thể nói ứng dụng có nhiều kì vọng tương lai - Game tương tác: dùng Arduino để tương tác với Joystick, hình,… để chơi trị Tetrix, phá gạch, Mario… nhiều game sáng tạo - Arduino điều khiển thiết bị ánh sáng cảm biến tốt Là phần quan trọng đèn giao thông, hiệu ứng đèn nháy cài đặt làm bật biển quảng cáo 11 - Arduino ứng dụng máy in 3D nhiều ứng dụng khác tùy thuộc vào khả sáng tạo người sử dụng 1.3.3 Phầm mềm lập trình Arduino IDE Arduino cung cấp đến mơi trường lập trình tích hợp mã nguồn mở hỗ trợ người dùng viết code tải lên bo mạch Arduino Đây môi trường đa tảng, hỗ trợ loạt bo mạch Arduino nhiều tính độc đáo Ứng dụng lập trình có giao diện xếp hợp lý, phù hợp với người dùng chun nghiệp lẫn khơng chun Arduino có mơi trường lập trình viết java, sử dụng cho bo mạch Arduino Genuido, nhiều công ty giới sử dụng để lập trình cho thiết bị họ Java Platform Standard Edition IDE hỗ trợ Java Hiện Java Platform Standard Edition nhiều người sử dụng Arduino mơi trường phát triển tích hợp đa tảng, hỗ trợ cho loạt bo mạch Arduino Arduino Uno, Nano, Mega, Esplora, Ethernet, Fio, Pro hay Pro Mini LilyPad Arduino Phần mềm phù hợp cho lập trình viên C C ++ thay hoàn hảo cho IDE khác Với muốn học lập trình PHP, PHP Designer 2007 Personal lựa chọn tốt Phần mềm PHP Designer 2007 Personal cung cấp giải pháp hiệu thiết kế website Các tính Arduino IDE: - Viết code cho bo mạch Arduino - Hỗ trợ nhiều loại bo mạch Arduino - Giao diện xếp hợp lý - Bộ sưu tập ví dụ mẫu - Mảng thư viện hỗ trợ phong phú 1.4 Giao thức oneM2M OneM2M cung cấp tảng dịch vụ M2M(Machine to Machine) ngang hàng để phát triển dịch vụ cách độc lập với hạ tầng mạng phía thuận tiện cho việc triển khai đồng thời ứng dụng đặc thù mạng cácthiết bị hỗn tạp IoT Các dịch vụ cung cấp thông qua kiến trúc RESTful cho phép thiết bị IoT khơng đồngnhất yêu cầu truy cập dịch vụ đơn giản hiệu 1.5 Sự ràng buộc giao thức oneM2M với lớp vận chuyển MQTT 12 CHƯƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Xây dựng sơ đồ thuật toán 2.2 Ứng dụng Arduino IDE 2.3 Chế tạo hệ thống 13 CHƯƠNG TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 3.1 Đo đạc khảo sát 3.2 Thư viện cho ESP8266 để lập trình Arduino 3.3 Chức điều khiển giám sát thông qua mạng 3.4 Demo ESP8266 Web server Arduino 14 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết đạt 4.2 Khó khăn 4.4 Hướng phát triển 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1] [2] Internet [1] [2] [3] [4] 16 ... chuẩn oneM2M có, thực xây dựng mơ hình thử nghiệm tính bật Nắm bắt điều này, vận dụng kiến thức học, nhóm em tiến hành thực đề tài với tên “NGHIÊN CỨU SỰ RÀNG BUỘC CỦA CÁC GIAO THỨC ONEM2M VỚI LỚP... cầu truy cập dịch vụ đơn giản hiệu 1.5 Sự ràng buộc giao thức oneM2M với lớp vận chuyển MQTT 12 CHƯƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Xây dựng sơ đồ thuật toán 2.2 Ứng dụng Arduino IDE 2.3 Chế... GIAO THỨC ONEM2M VỚI LỚP VẬN CHUYỂN MQTT? ??, Lập trình điều khiển thiết bị thông quan mạng Internet/Wifi phần mềm Arduino IDE Với đề tài này, nhóm hy vọng làm sở nghiên cứu để nhóm sau phát triển