Bài tập lớn môn mạng và truyền thông (5)

HỌC VIỆN NGÂN HÀNG -*** - BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG IOT TRONG MƠ HÌNH KÍ TÚC XÁ THƠNG MINH Nhóm thực hiện: Nhóm 12 Lớp: IS06A – Nhóm lớp 03 GVHD: ThS Lê Văn Hùng Hà Nội, tháng 06 năm 2022 - i Bảng phân công nhiệm vụ nhóm STT Họ tên MSV Nhiệm vụ Demo Thẻ vào Nguyễn Phương Minh Tỉ lệ đóng góp 20% 22A4040120 + Làm pp Thuyết trình + 20% Demo đèn thông Trần Thuỷ Tiên 22A4040121 minh Chuẩn bị Word + 20% Demo hệ thống Đặng Thị Linh Chi 22A4040149 tưới nước Nghiên cứu + 20% Demo hệ thống Trịnh Tuấn Minh 22A4040009 chữa cháy Demo quạt thông minh + Chuẩn bị Nguyễn Thị Linh 22A4040107 PP ii 20% MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS Định nghĩa lịch sử phát triển công nghệ IoT 1.1 Định nghĩa 1.2 Lịch sử phát triển hình thành hệ thống IoT .4 Đặc tính cơng nghệ IoT Cấu trúc hệ thống IoT Lợi ích IoT Sự tăng trưởng 11 Rủi ro tiềm ẩn sử dụng IoT 13 6.1 Bảo mật quyền riêng tư 13 6.2 Dữ liệu độ phức tạp 14 6.3 Pháp luật không bảo vệ người dùng cách triệt để 14 CHƯƠNG 16 IOT TRONG MƠ HÌNH KÍ TÚC XÁ THƠNG MINH 16 Vai trò 16 Lợi ích 18 2.1 Sử dụng công nghệ không dây tiên tiến: 18 2.2 Kiểm sốt dễ dàng thơng qua điện thoại: 18 2.3 Chống trộm hoàn hảo với hệ thống camera an ninh, chuông báo động 18 2.4 Tiết kiệm kiểm soát lượng: 19 2.5 Đẳng cấp hơn, tạo môi trường sống thoải mái 19 2.6 Tiết kiệm tiền từ hóa đơn tiền điện 20 Cơ hội 20 Thách thức 20 CHƯƠNG 23 DEMO CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG IOT KÍ TÚC XÁ THƠNG MINH 23 Bài toán 23 Mô mô hình ký túc xá thơng minh 23 2.1 Thiết lập ban đầu 23 2.2 Chi tiết hệ thống kí túc xá 27 2.2.1 Hệ thống dị quạt, đèn thơng minh 27 2.2.2 Hệ thống lượng mặt trời 28 2.2.3 Hệ thống cửa vào 30 2.2.4 Hệ thống chữa cháy 31 2.2.5 Hệ thống tưới nước tự động 33 KẾT LUẬN 35 LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ Internet of Things - IoT khái niệm ví “kịch cơng nghệ Thế giới”, người hay thiết bị cung cấp định danh riêng không cần đến tương tác trực tiếp người dùng với máy tính mà tất có khả truyền tải, trao đổi thơng tin, liệu qua mạng Sự kết hợp công nghệ vi điện tử, mạng không dây Internet tạo nên IoT hỗ trợ loại bỏ hạn chế cung cấp dịch vụ phức tạp, đa dạng, tiên tiến hướng đến điều nhân loại chưa làm Kí túc xá thơng minh ứng dụng số ứng dụng IoT Kí túc xá thơng minh lắp đặt thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hóa hồn tồn bán tự động, thay người việc thực số thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống điện tử giao tiếp với chủ nhân kí túc xá thơng qua bảng điện tử đặt kí túc xá, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng số giao diện web Trong kí túc xá thơng minh, đồ dung kí túc xá gắn điều khiển điện tử kết nối với Internet điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa lập trình cho thiết bị nhà hoạt động theo lịch Nhờ hệ thống cảm biến, điều khiển máy chủ theo dõi trạng thái bên kí túc xá để đưa định điều khiển thiết bị chấp hành cách phù hợp nhằm đảm bảo môi trường sống tốt cho người Với tính ưu việt, tầm ảnh hưởng tiềm vượt trội trên, Nhóm 12 lựa chọn đề tài: “Tìm hiểu ứng dụng công nghệ Internet of Things – IoT mơ hình kí túc xá thơng minh” Bài báo cáo xây dựng gồm: lời mở đầu, kết luận ba chương nội dung cụ thể gồm: • Chương : Tổng quan công nghệ Internet of Things – IoT • Chương : Phân tích cơng nghệ IoT mơ hình kí túc xá thơng minh • Chương : Demo chương trình ứng dụng IoT mơ hình kí túc xá thơng minh Do kiến thức chúng em cịn hạn chế, làm khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng em xin nhận ý kiến đóng góp lời dạy từ thầy để đề tài nghiên cứu hoàn thiện Nhóm 12 xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ INTERNET OF THINGS Internet of Things – IoT thay đổi nhiều giới theo cách thúc đẩy cách người mua hàng chí cách lấy lượng từ cảm biến tinh vi nhà chip nhúng vào thứ vật lý xung quanh Trong năm qua, Internet trở thành điều thiết yếu sống người Toàn cầu có khoảng gần năm tỷ cá nhân (tương đương gần 60% dân số Thế giới) sử dụng Internet để gửi nhận tin nhắn, sử dụng ứng dụng giao tiếp, chia sẻ thước đo thông tin, hoạt động vui chơi nhiều thứ khác Sự phát triển IoT tương lai tác động mạnh mẽ tới sống, cơng việc xã hội lồi người Định nghĩa lịch sử phát triển công nghệ IoT 1.1 Định nghĩa IoT mơ hình truyền thơng mạnh mẽ thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu kỷ XXI So với công nghệ Internet cung cấp dịch vụ không gian tưởng tượng, công nghệ Internet of Things dựa thực tế Với phát triển bùng nổ công nghệ 4.0, trước năm 2014, Thế giới khơng có định nghĩa cụ thể cho loại hình cơng nghệ Sau McKinsey đưa định nghĩa ngắn IoT công nhận: “Internet of Things cảm biến truyền động nhúng đối tượng vật lý liên kết thơng qua mạng có dây không dây, thường sử dụng Giao thức Internet (IP) kết nối Internet” 1.2 Lịch sử phát triển hình thành hệ thống IoT Thuật ngữ Internet of Things xuất từ năm 2005 Tuy nhiên ý tưởng thực tế thiết bị kết nối có từ năm 70 kỷ XX Lúc đó, ý tưởng thường gọi “Internet nhúng” “máy tính phổ biến” Thuật ngữ “Internet of Things” Kevin Ashton đặt móng vào năm 1999 làm việc Procter & Gamble với vai trị người tối ưu hóa chuỗi cung ứng, thu hút ý ban quản lý cấp cao vào công nghệ thú vị gọi “Nhận dạng qua tần số vô tuyến - RFID” Năm 1999, Internet xu hướng thu hút quan tâm ngành khoa học cơng nghệ mang hàm ý tồn nên Kevin Ashton đặt tên cho cơng trình nghiên cứu là“Internet of Things” Mặc dù đề tài nghiên cứu Kevin Ashton thu hút quan tâm giám đốc điều hành P&G thuật ngữ “Internet of Things” không nhận ý rộng rãi thập kỷ sau Vào năm 2010, khái niệm IoT bắt đầu trở nên phổ biến Thơng tin rị rỉ cho biết dịch vụ Google Street View không tạo/kết nối ảnh 360 độ mà lưu trữ lượng liệu khổng lồ mạng wifi người dùng Thời điểm đó, giới công nghệ tranh luận việc: “Liệu có phải bước khởi đầu cho chiến lược Google để không lập mục (index) Internet mà lập mục giới thực hay khơng” Cùng năm đó, phủ Trung Quốc tun bố đưa Internet of Things trở thành ưu tiên chiến lược “Kế hoạch năm năm” họ Năm 2011, Gartner - công ty tư vấn nghiên cứu thị trường toàn cầu Mỹ phát minh “chu kỳ cường điệu cho công nghệ nổi” đưa tượng vào danh sách họ “Internet of Things” Năm 2012, chủ đề LeWeb - hội nghị Internet lớn châu Âu “Internet of Things” Đồng thời, tạp chí tập trung vào công nghệ tiếng Forbes, Fast Company Wired bắt đầu sử dụng IoT khái niệm để mô tả tượng Tháng 10 năm 2013, IDC công bố báo cáo cho biết Internet of Things thị trường trị giá 8,9 nghìn tỷ USD vào năm 2020 Thuật ngữ Internet of Things trở nên phổ biến thị trường vào tháng năm 2014, Google thông báo mua Nest với giá 3,2 tỷ USD Đồng thời, Triển lãm Điện tử Tiêu dùng - CES Las Vegas tổ chức với chủ đề IoT Đặc tính cơng nghệ IoT Các tính quan trọng IoT kết nối, phân tích, tích hợp, tham gia tích cực nhiều tính khác Một số số liệt kê đây: • Kết nối: Đặc tính đề cập đến việc thiết lập kết nối tích hợp tất thiết bị liên quan IoT với tảng IoT, máy chủ đám mây • Phân tích: Sau kết nối tất thứ có liên quan, hệ thống phân tích liệu thu thập theo thời gian thực sử dụng chúng để xây dựng trí tuệ kinh doanh hiệu Nếu chuyên gia phân tích sâu liệu thu thập từ tất thiết bị này, gọi hệ thống “hệ thống thơng minh” • Tích hợp: IoT tích hợp đa dạng mơ hình, tảng truyền thơng thiết bị giúp nâng cao trải nghiệm người dùng • Trí tuệ nhân tạo: thông qua việc thu thập việc sử dụng liệu, công nghệ IoT khiến thứ trở nên thông minh, tiện lợi nâng cao chất lượng sống Ví dụ: Các loại robot hút bụi nhà sản xuất ra, tự động lau dọn nhà theo điều khiển điện thoại kết nối • Cảm biến: Các chức phát hiện, đo lường báo cáo thay đổi môi trường hay tình trạng người dùng thực thiết bị cảm biến sử dụng công nghệ IoT • Tương tác tích cực: IoT làm cho cơng nghệ, sản phẩm dịch vụ kết nối trở nên tương tác tích cực • Quản lý điểm cuối: Điều quan trọng phải quản lý điểm cuối tất hệ thống IoT, khơng, làm cho hệ thống thất bại hồn tồn Ví dụ: robot hút bụi xong xi khơng có bước quản lý cuối kết thúc việc dọn dẹp ngày điều xảy ra? - robot liên tục dọn dọn lại nhà ngày Cấu trúc hệ thống IoT Hình 1.1 – Cấu trúc hệ thống IoT Cấu trúc hệ thống IoT bao gồm thành phần chính: • Thiết bị (things) • Trạm kế nối (gateway) • Hạ tầng mạng (network and cloud) • Bộ phân tích xử lý liệu (services - creation and solution layers) Lợi ích IoT Trong bối cảnh tại, công nghệ Internet of Things đóng vai trị quan trọng doanh nghiệp hoạt động kinh doanh tương lai họ Cơng nghệ có tác động đáng kể đến người bình thường cơng việc chun nghiệp IoT có số lợi ích đặc quyền giúp doanh nghiệp, người bình thường làm cho sống họ trở nên dễ dàng Nhìn chung, IOT có vai trị nâng cao hiệu cơng việc chất lượng sống Dưới số lợi ích: • Lợi ích IOT người - Điều vấn đề lớn, chắn trở thành vấn đề chủ yếu liên quan đến đám mây số lượng thiết bị hoạt động tăng lên Điều tăng băng thông liệu cần thiết thời gian cần thiết để xác minh giao dịch • Nguồn điện nằm mạng lưới - Mặc dù Ethernet, WIFI, 3G Bluetooth giải hầu hết vấn đề kết nối cách cung cấp cho thiết bị khác hình thức khác nhau, nhiên hạn chế thời lượng pin Hầu hết điện thoại thông minh cần phải sạc ngày hầu hết cảm biến cần thay pin thường xuyên kết nối với lưới điện Sẽ có khác biệt lượng phát khơng dây đến thiết bị từ xa nguồn lượng tồn năm tích hợp vào cảm biến 22 CHƯƠNG DEMO CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG IOT KÍ TÚC XÁ THƠNG MINH Bài tốn Hiện nay, nhiều kí túc xá trường học cịn thơ sơ, thiết kế thiếu an tồn cho sinh viên Kí túc xá nói chung kí túc xá Học viện Ngân Hàng nói riêng, tình trạng đông người, điện nước không đảm bảo, hệ thống chữa cháy không thiết kế an tồn Bên cạnh đó, tình trạng sinh viên vào kí túc xá khơng có giám sát chặt chẽ, dẫn tới vụ đồ, kẻ biến thái quấy rối mơi trường sinh viên Bởi vậy, nhóm chúng em đề xuất phương án xây dựng kí túc xá thơng minh cơng nghệ IoT Kí túc xá thông minh lắp hệ thống báo cháy đảm bảo an tồn cho sinh viên, có hệ thống kiểm soát vào sinh viên thẻ từ nhằm tránh người xấu vào kí túc xá Bên cạnh đó, kí túc xá có mơ hình chăm sóc nhằm hướng tới bầu khơng khí lành kí túc xá Các hệ thống mang lại hiệu chất lượng cho kí túc xá, giảm thiểu rủi ro khơng đáng có người vật chất Mơ mơ hình ký túc xá thông minh 2.1 Thiết lập ban đầu Mô hình ký túc xá thơng minh bao gồm: - Trong nhà lưới sử dụng thiết bị IoT kết nối không dây với Home gateway Home gateway cài đặt mật 17022001 23 - 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 kí túc xá Hình Server điều khiển từ xa qua điện thoại 24 Thiết kế bảng địa IP cho thiết bị: Tên thiết bị Địa IP Subnet mask DNS server Default gateway Home gateway 192.168.25.1 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.3.1 Router FE0/0: 255.255.255.0 192.168.1.1 FE1/0: 192.168.3.1 FE4/0: 192.168.2.1 DNS server 192.168.2.2 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.2.1 IoT server 192.168.2.3 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.2.1 Smartphone 169.254.128.121 255.255.0.0 Quạt 192.168.25.100 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Tấm lượng 192.168.25.118 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Đèn 192.168.25.106 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 25 0.0.0.0 0.0.0.0 Bộ chuyển đổi 192.168.25.132 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Pin 192.168.25.126 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Cảm biến nhiệt 192.168.25.119 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Cửa sổ 192.168.25.114 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Cảm biến khói 192.168.25.117 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Phun nước 192.168.25.104 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Báo động 192.168.25.116 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Đầu đọc thẻ 192.168.25.113 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Webcam 192.168.25.112 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Cảm biến chuyển 192.168.25.102 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 lượng độ động 26 Cửa 192.168.25.110 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Máy đo độ ẩm 192.168.25.108 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Máy tưới cỏ 192.168.25.109 255.255.255.0 192.168.2.2 192.168.25.1 Bảng Địa IP thiết bị 2.2 Chi tiết hệ thống kí túc xá 2.2.1 Hệ thống dị quạt, đèn thông minh Hệ thống quạt thông minh gồm: Cảm biến nhiệt độ - Pin - Tấm lượng mặt trời - Bộ chuyển đổi lượng 27 Hình 3 Hệ thống đèn quạt thông minh Hệ thống quạt thông minh thiết lập trạng thái: Bật - Tắt quạt Điều kiện thiết lập sau: Tên Điều kiện Hành động Bật quạt Cảm biến nhiệt độ Temperature > 20.0 °C Set Quạt Status to High Tắt quạt Cảm biến nhiệt độ Temperature = 25 Wh - Đồng hồ điện Status >= 25 Watts - pin Available power >= 25 % Tắt bị thiết Match all: Set thiết bị On to - Tấm lượng mặt trời Status < 25 Wh false - Đồng hồ điện Status < 25 Watts - pin Available power < 25 % Bảng 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 25Wh, đồng hồ điện đo trạng thái 25Watts pin tích trữ 25% thiết bị đủ nguồn điện để hoạt động 29 2.2.3 Hệ thống cửa vào Hệ thống cửa vào gồm: - Đầu đọc thẻ để nhận biết tính hợp lệ thẻ - Thẻ hợp lệ / Thẻ không hợp lệ(đại diện cho trường hợp không hợp lệ) - Cảm biến chuyển động - Webcam an ninh Hình Hệ thống cửa vào Tên Điều kiện Hành động Mở cửa Đầu đọc thẻ Status is Valid Đóng cửa Match any: Set Cửa Lock to Lock Đầu đọc thẻ Status is Invalid Set Webcam On to true Đầu đọc thẻ Status is Waiting Thẻ hợp lệ Đầu đọc thẻ Card ID = 1234 30 Set Cửa Lock to Unlock Set Đầu đọc thẻ Status to Valid RFID không hợp Đầu đọc RFID Card ID = 300 Set Đầu đọc RFID Status to lệ Invalid Báo động Match all: Đầu đọc thẻ Status is Invalid Cảm biến chuyển động On is true Set Báo động On to true Set Webcam On to true Tắt báo động Đầu đọc thẻ Status is Waiting Set Báo động On to false Bảng Các điều kiện hệ thống cửa Khi đầu đọc RFID có Card ID = 1234 tức đầu đọc RFID hợp lệ cửa đóng Ngược lại, đầu đọc RFID có Card ID khác 1234 đầu đọc RFID khơng hợp lệ hệ thống cửa đóng Trong hệ thống cửa Webcam ln hoạt động đầu đọc RFID không hợp lệ để ghi lại trường hợp có dấu hiệu sai Khi đầu đọc RFID khơng hợp lệ hệ thống máy dò chuyển động phát chuyển động hệ thống cịi báo động bật 2.2.4 Hệ thống chữa cháy Hệ thống chữa cháy gồm: - Chuông báo động - Cảm biến khói thiết bị tự động nhận biết có khói, giúp ta phát cố cháy nổ kịp thời nhanh chóng - Fire Sprinkler - Vịi phun nước 31 Hình Hệ thống chữa cháy Tên Điều kiện Hành động Bật báo cháy Cảm biến khói Level >= 0.1 Set Báo động On to true Set Cửa sổ On to true Set Phun nước Status to true Set Cửa Lock to Unlock Tắt chữa cháy Cảm biến khói Level < 0.1 Set Báo động On to false Set Phun nước Status to false Bảng Các điều kiện hệ thống chữa cháy Hệ thống vịi phun nước chng báo cháy bật mức cảm biến khói lớn Ngược lại hệ thống vịi phun tắt 32 Hình Hoạt động hệ thống chữa cháy 2.2.5 Hệ thống tưới nước tự động Hệ thống tưới nước tự động gồm: - Màn hình giám sát mực nước kiểm tra độ ẩm đất nhờ việc đo lượng nước tính inch/cm - Máy bơm nước Tên Điều kiện Hành động Bật máy bơm Kiểm tra độ ẩm Water Level = 20 Set Máy bơm Status to false Bảng Các điều kiện hệ thống tưới nước tự động Hoạt động hệ thống tưới nước tự động: Máy bơm bật độ ẩm đất không nằm phạm vi giá trị đặt trước để phát triển khỏe mạnh (nhỏ 10 tắt độ ẩm đất lớn 20) 33 Hình Bật máy bơm Hình Tắt máy bơm 34 KẾT LUẬN Trong xu ngày nay, mà cách mạng khoa học công nghệ diễn vô mạnh mẽ Tập trung hướng tới việc ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sống ngày phổ biến rộng rãi Với việc áp dụng Internet vạn vật (Internet of Things – IoT) ngày tăng, thiết bị kết nối thâm nhập vào khía cạnh đời sống, từ sức khỏe, giao thơng đến giải pháp tự động hóa cho nhà, tơ nơng nghiệp Việc ứng dụng IoT kí túc xá hồn tồn cần thiết, giúp học sinh sinh viên có mơi trường để học tập phát triển cách thoải mái Mơ hình kí túc xá thơng minh hoạt động cách kết nối thiết bị tưởng chừng đơn giản vô hiệu thiết bị kết nối với qua internet Hệ thống thiết kế không giám sát cảm biến nhiệt độ, sử dụng lượng ánh sáng, chuyển động, chữa cháy mà tối ưu chi phí th phịng Điều giúp sinh viên có mơi trường để học tập, nghỉ ngơi hiệu hạn chế rủi ro tiềm tàng từ hệ thống kí túc xá xưa cũ Do đó, đổi vơ cần thiết xu hướng phát triển giới ngày 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://www.toptal.com/designers/interactive/smart-home-domestic-internetof-things [2] https://www.youtube.com/watch?v=LlhmzVL5bm8 [3] https://www.youtube.com/watch?v=RZn2SYduPws 36 ... tương tác trực tiếp người dùng với máy tính mà tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng Sự kết hợp công nghệ vi điện tử, mạng không dây Internet tạo nên IoT hỗ trợ loại bỏ hạn chế... công nghệ nổi” đưa tượng vào danh sách họ “Internet of Things” Năm 2012, chủ đề LeWeb - hội nghị Internet lớn châu Âu “Internet of Things” Đồng thời, tạp chí tập trung vào cơng nghệ tiếng Forbes,... thống đèn thông minh điều khiển tự động khơng có nhà Với giúp ích thiết bị thông minh, Internet of Things giúp cho thấy ô nhiễm ồn môi trường sống Khi áp dụng hệ thống IOT thông minh vào thành