Bài tập lớn môn mạng và truyền thông (1)

HỌC VIỆN NGÂN HÀNG KHOA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG TÊN ĐỀ TÀI Ứng dụng IOT trong Nông Nghiệp(mô hình trồng cây dưa lưới trong nhà kính) Nhóm thực hiện 10 Giảng viên hướng dẫn LÊ VĂN HÙNG Hà Nội, năm 2022 THÀNH VIÊN NHÓM STT HỌ VÀ TÊN MÃ SINH VIÊN 1 DÙNG DUY MẠNH 22A4040191 2 PHẠM TRUNG HIẾU 22A4040180 3 TRẦN XUÂN CHÍNH 22A4040071 4 ĐINH KHÁNH VINH 22A4040130 5 NGUYỄN NGỌC HƯNG 22A4040013 6 PHẠM BÁ VIỆT ANH 22A4040140 MỤC LỤC Chương 1 Tổng quan về IOT 1 1 Khái niệm IOT 1 2 Sự.

HỌC VIỆN NGÂN HÀNG KHOA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng IOT Nơng Nghiệp(mơ hình trồng dưa lưới nhà kính) Nhóm thực hiện: 10 Giảng viên hướng dẫn: LÊ VĂN HÙNG Hà Nội, năm 2022 THÀNH VIÊN NHÓM STT HỌ VÀ TÊN MÃ SINH VIÊN DÙNG DUY MẠNH 22A4040191 PHẠM TRUNG HIẾU 22A4040180 TRẦN XUÂN CHÍNH 22A4040071 ĐINH KHÁNH VINH 22A4040130 NGUYỄN NGỌC HƯNG 22A4040013 PHẠM BÁ VIỆT ANH 22A4040140 MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan IOT 1 Khái niệm IOT Sự hình thành phát triển IOT Cơ sở kỹ thuật IOT Cấu trúc hệ thống IOT Ưu điểm nhược điểm IOT Tầm quan trọng IOT Ứng dụng IOT Các thách thức việc nghiên cứu triển khai IOT Chương 2: Ứng dụng IOT nông nghiệp Thực trạng nông nghiệp Tác động IOT đến nông nghiệp Những ứng dụng IOT nông nghiệp 3.1 Trong trồng trọt 3.2 Trong chăn nuôi 11 Cơ hội mở cho nông nghiệp ứng dụng IOT 12 Xu hướng thách thức ứng dụng IOT nông nghiệp .15 5.1 Xu hướng: 15 5.2 Thách thức: 16 Chương 3: Xây dựng hệ thống giám sát nông nghiệp IOT 17 Mơ tả tốn 17 Mơ mơ hình nơng nghiệp thơng minh 17 2.1 Thiết lập ban đầu .18 2.2 Chi tiết hệ thống nhà lưới 21 Đề xuất phương hướng phát triển mơ hình áp dụng số công nghệ Ai ngành công nghiệp 31 Chương 1: Tổng quan IOT Khái niệm IOT Trong thời kỳ công nghệ số, tổ chức, doanh nghiệp nhiều ngành khác áp dụng IoT để hoạt động, làm việc hiệu hơn, hiểu rõ khách hàng, sản phẩm để cung cấp nhiều dịch vụ nhằm nâng cao, cải thiện việc định gia tăng giá trị doanh nghiệp, đồng thời tăng lợi nhuận Thực tế, Internet of things xuất từ nhiều thập kỷ trước Tuy nhiên đến năm 1999 cụm từ IOT đưa Kevin Ashton , Ông nhà khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID đại học MIT, nơi thiết lập quy chuẩn tồn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp khơng dây dùng sóng radio) số loại cảm biến khác Mạng lưới vạn vật kết nối Internet Mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt IoT (tiếng Anh: Internet of Things) kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, cơng nghệ vi điện tử Internet Nói đơn giản tập hợp thiết bị có khả kết nối với nhau, với Internet với giới bên ngồi để thực cơng việc Việc kết nối thực qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, nhiều thiết bị khác Sự hình thành phát triển IOT Ý tưởng thêm cảm biến trí thơng minh vào vật bình thường thảo luận suốt năm 1980 1990 Tuy nhiên, tiến độ thực dự án diễn chậm cơng nghệ lúc chưa sẵn sàng Các chip lớn cồng kềnh khơng có cách để đối tượng giao tiếp hiệu Cần phải có xử lý rẻ tiết kiệm điện để sử dụng kết nối hàng tỷ thiết bị khác Việc áp dụng RFID (chip lượng thấp giao tiếp khơng dây) giải số vấn đề Cùng với sẵn có Internet băng thơng rộng mạng di động, giới đủ địa IP để cung cấp cho thiết bị đặc biệt có xuất IPv6 Đây bước cần thiết để mở rộng quy mô IoT Kevin Ashton sử dụng cụm từ "Internet of Things" vào năm 1999 phải thập kỷ để cơng nghệ có quy mô mong đợi Việc thêm chip RFID vào thiết bị đắt tiền để theo dõi vị trí chúng ứng dụng IoT Nhưng kể từ đó, chi phí bổ sung cảm biến kết nối Internet tiếp tục giảm Do đó, chun gia dự đốn chức tốn 0,1 USD vào ngày thứ kết nối với Internet Ban đầu, IoT hữu ích kinh doanh sản xuất Khi đó, ứng dụng IoT gọi Machine to Machine (M2M) Tuy nhiên, trọng tâm IoT lấp đầy Internet vào tất ngõ ngách thiết bị thông minh Cơ sở kỹ thuật IOT  Giao thức Trong IoT, thiết bị phải giao tiếp với (D2D) Dữ liệu sau phải thu thập gửi tới máy chủ (D2S) Máy chủ có để chia sẻ liệu với nhau(S2S), cung cấp lại cho thiết bị, để phân tích chương trình, cho người dùng Các giao thức dùng IoT là:  MQTT: + Một giao thức cho việc thu thập liệu giao tiếp cho máy chủ (D2S) + MQTT(Message Queue Telemetry Transport), mục tiêu thu thập liệu giao tiếp D2S Mục đích đo đạc từ xa, giám sát từ xa, thu thập liệu từ nhiều thiết bị vận chuyển liệu đến máy trạm với xung đột MQTT nhắm đến mạng lớn thiết bị nhỏ mà cần phải theo dõi kiểm soát từ đám mây + Các giao thức hoạt động tảng TCP, cung cấp đáp ứng đơn giản, đáng tin cậy  XMPP: + Giao thức tốt để kết nối thiết bị với người, trường hợp đặc biệt mơ hình D2S, kể từ người kết nối với máy chủ + XMPP ban đầu gọi "Jabber." Nó phát triển cho tin nhắn tức thời (IM) để kết nối người với người khác thông qua tin nhắn văn XMPP viết tắt Extensible Messaging Presence Protocol + XMPP sử dụng định dạng văn XML, tương tự MQTT chạy, XMPP chạy tảng TCP, qua HTTP TCP Sức mạnh chương trình name@domain.comaddressing mạng Internet khổng lồ Cấu trúc hệ thống IOT Hệ thống Internet of things có thành phần thiết bị, trạm kết nối, hạ tầng mạng phân tích xử lý liệu Trong đó, cảm biến có tác dụng cảm nhận tín hiệu từ mơi trường có nhiệt độ, áp suất, ánh sáng,… để chuyển đổi kết nối chúng qua dạng liệu mơi trường mạng Tiếp theo đó, tín hiệu xử lý đưa thay đổi theo ý người dùng chúng ứng dụng thông qua hệ thống điện thoại, máy tính Ưu điểm nhược điểm IOT Internet of things có ưu nhược điểm riêng biệt, cụ thể sau:  Ưu điểm + Internet of things giúp truy cập thông tin lúc nơi đa dạng tảng thiết bị + Giúp cải thiện giao tiếp thiết bị + Giúp chuyển liệu qua mạng internet tiết kiệm lượng lớn thời gian, tiền bạc + Giúp tự động hoá nhiệm vụ tăng chất lượng dịch vụ cho doanh nghiệp  Nhược điểm + Internet of things có nhiều thiết bị kết nối nhiều thông tin chia sẻ gặp vấn đề bí mật thơng tin + Các doanh nghiệp phải gặp tình trạng thiết bị kết nối bị hỏng + Vì khơng có tiêu chuẩn quốc tế, khả tương thích gặp vấn đề Tầm quan trọng IOT Internet of Things giúp người sống làm việc thông minh hơn, kiểm sốt hồn tồn sống họ Ngồi việc cung cấp thiết bị thông minh để tự động hóa nhà cửa, IoT cần thiết cho doanh nghiệp IoT cung cấp cho doanh nghiệp nhìn thời gian thực cách hệ thống họ thực hoạt động, cung cấp nhìn sâu sắc thứ từ hiệu suất máy móc đến chuỗi cung ứng hoạt động hậu cần IoT cho phép cơng ty tự động hóa quy trình giảm chi phí lao động Nó cắt giảm chất thải cải thiện việc cung cấp dịch vụ, làm cho việc sản xuất giao hàng tốn hơn, cung cấp tính minh bạch giao dịch khách hàng  Tính tự động hóa: Tự động hóa nhu cầu để quản lý công việc hàng ngày mà không cần can thiệp người Tự động hóa nhiệm vụ doanh nghiệp giúp tăng chất lượng dịch vụ giảm mức độ can thiệp người Điều giảm thiểu nỗ lực người tiết kiệm thời gian; thúc đẩy việc sử dụng tài nguyên hiệu  Ra định tốt Vì thiết bị có nhiều cảm biến, chúng thu thập liệu đáng kể từ nhiều nguồn, cung cấp cho chúng nhiều thông tin để làm việc hành động liệu nhận  Theo dõi giám sát thời gian thực  Phân tích liệu theo thời gian thực Dữ liệu nhanh chóng, xác cần thiết ngành phép định nhanh chóng, sáng suốt tài sản thay đổi môi trường theo dõi  Giao tiếp an tồn Các cơng ty thường theo dõi giám sát tài sản có giá trị cao Điều quan trọng liệu chia sẻ phải bảo vệ không bị đe dọa tin tặc  Kết nối ổn định Thiết bị cung cấp thơng tin hữu ích cách an tồn vị trí tài sản, chức máy nhiệt độ Điều cần thiết lúc từ nơi hành tinh Ví dụ: Hệ thống chăm sóc vườn rau tích hợp IOT giúp kiểm sốt quy trình chăm sóc từ lúc trồng quy hoạch Đặc biệt không cần thiết phải dùng sức để chăm sóc hay quan sát, Khi áp dụng IOT kiểm sốt tình trạng, nhiệt độ thời tiết, mức phân bón, lượng nước… đâu Như vậy, IoT công nghệ quan trọng sống hàng ngày tiếp tục tăng lên nhiều doanh nghiệp nhận tiềm thiết bị kết nối để giữ cho chúng cạnh tranh Ứng dụng IOT Một số lợi ích từ việc áp dụng, ứng dụng IOT vào đời sống người: + Smarthome Các ứng dụng nhà thông minh với việc sử dụng cảm biến thông minh trở nên phổ biến Bất kỳ thiết bị thông minh cấu hình kết nối với internet điều khiển ứng dụng di động đơn giản Ví dụ: Có thể điều khiển nhiệt độ điều hịa, bật tắt nóng lạnh bật đèn đường làm + Chăm sóc sức khỏe Ngành cơng nghiệp chăm sóc sức khỏe sử dụng khả Internet of Things cho ứng dụng cứu sống Bắt đầu từ việc thu thập liệu quan trọng từ thiết bị bên giường, quy trình chẩn đốn thời gian thực, truy cập hồ sơ y tế thông tin bệnh nhân nhiều khoa, tồn hệ thống chăm sóc bệnh nhân cải thiện với việc triển khai IoT IoT mang lại tiện lợi cho bác sĩ, cải thiện độ xác thơng tin (giúp giảm lỗi liệu), tăng hiệu tổng thể tiết kiệm thời gian cho thủ tục Các bác sĩ theo dõi tình trạng bệnh nhân từ xa đề xuất thủ tục cần thiết cần thiết Ví dụ: Nhiều bệnh viện cung cấp sở y tế từ xa Bệnh nhân theo dõi điều trị thơng qua hội nghị truyền hình + Ứng dụng nơng nghiệp Internet of Things giải pháp đầy hứa hẹn để làm cho tồn ngành nơng nghiệp nông nghiệp hiệu với số lượng công nhân Công nghệ cảm biến thông minh giúp cải thiện giai đoạn nông nghiệp tự động hóa giúp giảm lao động thủ cơng Ví dụ: chuyển động (bị, cừu) từ vị trí cụ thể, tuổi trọng lượng cá nhân chi tiết tiêm chủng lưu trữ sở liệu dễ dàng truy cập cách cần quét thẻ thông minh Các thách thức việc nghiên cứu triển khai IOT IOT đem lại nhiều lợi ích cho nơng nghiệp song song cịn nhiều thử thách tồn tại: Chi phí để áp dụng IOT: Không phải trang trại hệ thống đủ chi phí để áp dụng Việc nghiên cứu ứng dụng IoT lĩnh vực nông nghiệp đơn lẻ, chưa tập trung vào phát triển hệ thống IoT nông nghiệp dự mạng WAN không dây tốc độ cao để truyền liệu Tuy nhiên, điều kiện vùng sâu, vùng xa, tín hiệu khơng ổn định nên việc truyền liệu tốc độ cao không thực tế Chương 2: Ứng dụng IOT nông nghiệp Thực trạng nông nghiệp Nông nghiệp Việt Nam đánh giá ngành kinh tế quan trọng Mặc dù đất nước thực cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Thế ngành nông nghiệp với thay đổi phù hợp khẳng định vị kinh tế nước nhà Hiện nơng nghiệp cịn áp dụng cơng nghệ để tăng suất phát triển theo thời đại cách mạng công nghiệp 4.0 Song song thành tựu đạt cịn khó khăn kèm:  Vốn đầu tư cao đầu tư công nghệ cao  Mơ hình mẻ cịn nhiều thiếu sót khâu quản lý  Các nhân lực chưa đủ trình độ kỹ kinh nghiệm chun mơn  Khó khăn chọn nhà cung cấp uy tín, chất lượng Tác động IOT đến nông nghiệp IoT ngành nông nghiệp xem bước ngoặt lớn mở kỷ nguyên cho ngành nơng nghiệp tồn cầu Theo số liệu dự báo, vào năm 2050, dân số giới dự kiến chạm ngưỡng 9.8 tỷ người, tăng khoảng 25% so với số Xu hướng thị hóa tiếp tục tăng với tốc độ nhanh chóng, khoảng 70% dân số giới dự đoán trở thành dân số thành thị đến năm 2050 (so với 49%) Hơn nữa, mức thu nhập tăng lên gấp đôi so với tại, điều thúc đẩy nhu cầu lương thực tăng cao, đặc biệt nước phát triển Để nuôi sống lượng dân số thành thị lớn sản lượng lương thực phải tăng gấp đôi vào năm 2050 IoT đời ứng dụng vào ngành nông nghiệp tạo thay đổi đột phá, giúp ngành nông nghiệp tương lai đạt nhiều suất Nhờ vậy, giải tốn diện tích nơng nghiệp thu hẹp đảm bảo nguồn cung nông nghiệp đầy đủ Theo Allied Market Research, thị trường IoT ngành nông nghiệp đạt quy mô 48 tỷ toàn cầu năm 2025 mức tăng trưởng hàng năm 14,7% Một số ấn tượng hứa hẹn công nghệ IOT làm thay đổi ngành nông nghiệp tương lai 2.1 Thiết lập ban đầu Mô hình Smart Farming bao gồm: - Trong nhà lưới sử dụng thiết bị IoT kết nối không dây với Home gateway Home gateway cài đặt mật 18062001 - Quản lý thiết bị IoT thông qua server đặt từ xa với địa 192.168.2.3/255.255.255.0, user name password admin - Điều khiển, giám sát laptop kết nối với home gateway sử dụng Central Office Server Cell Tower để phát mạng 3G/4G sử dụng smartphone kết nối với mạng 3G/4G Hình Các hệ thống nhà lưới 18 Hình Server điều khiển từ xa qua điện thoại Thiết kế bảng địa IP cho thiết bị: Tên thiết bị Địa IP Subnet mask DNS server Home gateway 192.168.3.6 255.255.255 192.168.2 Router FE0/0: 192.168.1.1 255.255.255 Default gateway 192.168.3.1 FE1/0: 192.168.3.1 FE4/0: 192.168.2.1 DNS server 192.168.2.2 255.255.255 192.168.2 192.168.2.1 IoT server 192.168.2.3 255.255.255 192.168.2 192.168.2.1 Smartphone 169.254.80.227 255.255.0.0 Máy đo CO2 192.168.25.101 255.255.255 192.168.2 19 192.168.25.1 Quạt 192.168.25.112 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Tấm lượng 192.168.25.111 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Bộ chuyển đổi lượng 192.168.25.109 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Pin 192.168.25.140 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Thiết bị gia dụng 192.168.25.110 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Camera 192.168.25.144 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Cửa 192.168.25.118 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Đầu đọc thẻ 192.168.25.106 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Kiểm tra chuyển động 192.168.25.148 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Kiểm tra độ ẩm khơng khí 192.168.25.135 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Máy làm ẩm 192.168.25.107 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 192.168.25.108 192.168.25.122 192.168.25.125 Cảm biến nhiệt độ 192.168.25.119 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Điều nhiệt 192.168.25.102 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 192.168.25.114 Kiểm tra độ ẩm đất 192.168.25.130 20 Máy bơm 192.168.25.149 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 192.168.25.141 192.168.25.104 192.168.25.138 Báo động 192.168.25.131 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Kiểm tra khói 192.168.25.127 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 Chữa cháy 192.168.25.105 255.255.255 192.168.2 192.168.25.1 192.168.25.146 192.168.25.126 192.168.25.100 Bảng Địa IP thiết bị 2.2 Chi tiết hệ thống nhà lưới  Hệ thống Co2 Hệ thống dò CO2 gồm: Carbon Dioxide Detector – Máy dò CO2 phát mức CO2 có khơng khí (giả dụ từ Old Car – xe tơ) Blower – Quạt thổi 21 Hình 3 Hệ thống dò CO2 Hệ thống dò CO thiết lập mức: CO Large, CO Medium CO Low Trong đó, điều kiện thiết lập sau: Tên Điều kiện Hành động CO Large Máy dò CO Level > 0.06 Set Máy thả khí thải Status to High CO Medium Máy dò CO Level is between 0.02 and 0.06 Set Máy thả khí thải Status to Low CO low Máy dò CO Level < 0.02 Set Máy thả khí thải Status to Off Bảng 3.2 Các điều kiện hệ thống dị CO Quạt thổi khí thải hoạt động tương ứng: không hoạt động, hoạt động với suất trung bình cao tùy thuộc vào nồng độ CO dò với mức Level khác  Hệ thống lượng mặt trời 22 Hệ thống lượng mặt trời gồm: + Solar Panel: Tấm lượng mặt trời tạo lượng ánh sáng mặt trời môi trường gửi nguồn lượng tạo tới thiết bị khác, chẳng hạn Pin + Power Meter: Đồng hồ điện hiển thị mức điện đường dây + Battery: Pin + Appliance: Thiết bị Hình 3 Hệ thống lượng mặt trời 23 Điều kiện Tên Hành động Bật thiết bị Match all: - Tấm lượng mặt trời Status >= 30 Wh - Đồng hồ điện Status >= 30 Watts - pin Available power >= 30 % Set thiết bị On to true Tắt thiết bị Match all: - Tấm lượng mặt trời Status < 30 Wh - Đồng hồ điện Status < 30 Watts - pin Available power < 30 % Set thiết bị On to false Bảng 3.3 Các điều kiện hệ thống lượng mặt trời Thiết bị sử dụng với nguồn điện từ lượng mặt trời hay không phụ thuộc vào suất hấp thụ lượng mặt trời Nếu thỏa mãn điều kiện: lượng mặt trời hấp thu 30Wh, đồng hồ điện đo trạng thái 30Watts pin tích trữ 30% thiết bị đủ nguồn điện để hoạt động - Hệ thống cửa Hình Hệ thống cửa Tên Điều kiện Hành động 24 Mở cửa Đầu đọc RFID Status is Valid Set Door Lock to Unlock Set Webcam On to true Đóng cửa Đầu đọc RFID Status is Invalid Set Door Lock to Lock Set Webcam On to true RFID hợp lệ Đầu đọc RFID Card ID = 1001 Set Đầu đọc RFID Status to Valid RFID không hợp lệ Đầu đọc RFID Card ID = 300 Set Đầu đọc RFID Status to Invalid Mở còi báo động Tắt còi báo động - Match all: Máy dò chuyển động On is true Đầu đọc RFID Status is Invalid Đầu đọc RFID Status is Waiting Set Còi báo động On to true Set Còi báo động On to false Bảng Các điều kiện hệ thống cửa Khi đầu đọc RFID có Card ID = 1001 tức đầu đọc RFID hợp lệ cửa đóng Ngược lại, đầu đọc RFID có Card ID khác 1001 đầu đọc RFID khơng hợp lệ hệ thống cửa đóng Trong hệ thống cửa Webcam ln hoạt động kể đầu đọc RFID hợp lệ hay không Khi đầu đọc RFID khơng hợp lệ hệ thống máy dị chuyển động phát chuyển động hệ thống cịi báo động bật  Hệ thống chữa cháy Hệ thống chữa cháy gồm: + Siren - Chuông báo động + Smoke Detector - Cảm biến khói thiết bị tự động nhận biết có khói, giúp ta phát cố cháy nổ kịp thời nhanh chóng 25 + Fire Monitor: Cảm biến lửa + Fire Sprinkler - Vịi phun nước Hình Hệ thống chữa cháy Tên Điều kiện Hành động Bật chữa cháy Cảm biến khói Level >=0.1 Set Báo động On to true Cảm biến lửa Fire Detected is true Set Chữa cháy Status to true Set Chữa cháy Status to true Set Chữa cháy Status to true Set Chữa cháy Status to true Tắt chữa cháy Cảm biến khói Level = 30.0 °C Set Điều nhiệt Status to Cooling Bật làm nóng Cảm biến nhiệt độ Set Điều nhiệt Status to Heating Temperature