Chương 7 Đánh pan và s�a ch�a m�ch ngu�n TẬP ĐOÀN DỆT MAY VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ TP HCM KHOA CƠ ĐIỆN Tài liệu giảng dạy CÔNG NGHỆ IoT TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 09 NĂM 2021 TẬP ĐOÀN DỆT MAY VIỆ.
TẬP ĐỒN DỆT MAY VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ TP HCM KHOA CƠ ĐIỆN Tài liệu giảng dạy CƠNG NGHỆ IoT TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 09 NĂM 2021 TẬP ĐOÀN DỆT MAY VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ TP HCM KHOA CƠ ĐIỆN Tài liệu giảng dạy CƠNG NGHỆ IoT TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 09 NĂM 2021 LƯU HÀNH NỘI BỘ i MỤC LỤC Mục lục Lời nói đầu Bài Tìm hiểu cơng nghệ IoT I Khái niệm, chức đặc điểm IoT Khái niệm Chức Đặc điểm II Cơ sở hạ tầng hệ thống IoT Vạn vật - Things Trạm kết nối - Gateway Hạ tầng mạng điện toán đám mây - Network and Cloud Các lớp tạo cung cấp dịch vụ - Services _ creation and Solutions layers Các mơ hình thiết bị IoT kết nối Internet III Kiến trúc thượng tầng hệ thống IoT IV Thế giới với xu hướng phát triển IoT Kịch phát triển Ứng dụng IoT Bài tập Bài IoT với công nghệ nhà thông minh I Công nghệ nhà thông minh Tổng quan công nghệ nhà thông minh Cấu trúc, đặc trưng yêu cầu công nghệ Kiến trúc giao diện điều khiển II Giám sát nhận dạng an ninh Tương tác người dùng Áp dụng sinh trắc học vào kỹ thuật nhận dạng an ninh Mạch điều khiển giám sát nhận dạng an ninh Thiết kế thi công mạch điều khiển III Giám sát cảnh báo an toàn Tương tác người dùng Cơng nghệ báo cháy, báo khói, báo khí gas Trang i v 1 2 3 9 11 11 11 12 13 14 14 15 16 17 17 17 17 21 25 25 26 ii Mạch điều khiển giám sát cảnh báo an tồn Thiết kế thi cơng mạch điều khiển IV Quản lý điều khiển thiết bị điện dân dụng Trung tâm điều khiển –Gateway Giao diện kỹ thuật tương tác người dùng Kỹ thuật định lượng, ước lượng cảnh báo theo dòng thời gian Chế độ học lệnh remote, ưu tiên điều tiết Mạch quản lý điều khiển thiết bị điện dân dụng Thiết kế thi công mạch điều khiển V Giám sát, cảnh báo quản lý sức khỏe hộ dân Kỹ thuật thu thập nhận dạng thông tin, tương tác người dùng Chế độ nhắc việc chế độ cảnh báo An tồn thơng tin liên kết sở y tế Mạch điều khiển giám sát cảnh báo thông tin sức khỏe Thiết kế thi công mạch điều khiển Bài tập Bài IoT với lĩnh vực đô thị thông minh I Tổng quan đô thị thông minh Các mô hình thị thơng minh Cấu trúc đặc tính thị thơng minh II Cơng nghệ quản trị hành cơng Số hóa thị thơng minh Phần mềm số hóa Mơ quản trị Tpizi III Giám sát điều tiết giao thông Đặc điểm giao thông đô thị thông minh Thực hành quản lý công nghệ GPS Thực hành quản lý công nghệ RFID Xây dựng giao diện giám sát hệ điều hành Android IV Giám sát, quản lý cảnh báo an ninh, an tồn Cơng nghệ nhân trắc học, đặc điểm an ninh đô thị Thực hành mô nhận dạng khuôn mặt qua camera số Quản lý cư dân đô thị qua công nghệ Meshlium Scanner V Giám sát, quản lý cảnh báo chất lượng khơng khí 27 27 29 29 30 30 31 31 32 39 39 41 41 41 42 43 45 45 47 48 48 48 51 51 51 52 54 58 58 58 59 59 63 iii Tài nguyên khơng khí thị thơng minh Giám sát mơi trường khí thải cơng nghệ 3D – Flycam Xây dựng giao diện giám sát hệ điều hành Android Bài tập Bài IoT với công nghệ giám sát môi trường cảnh báo sớm I Số hóa tài ngun mơi trường Tổng quan Mục đích u cầu Cơng nghệ quản lý, kiểm sốt II Thời tiết điều kiện mơi trường tự nhiên Tổng quan Nhu cầu dự báo Công nghệ GNSS III Thực hành cảnh báo qua hệ điều hành Android Phân tích, thiết kế giao diện Thi công trạm điều khiển thu thập liệu Thi công trạm dự báo cảnh báo từ xa Bài tập Bài IoT với lĩnh vực thương mại dịch vụ I Tổng quan IoT thương mại dịch vụ Tổng quan Đặc điểm nhu cầu ứng dụng II Công nghệ quản lý điều hành Khái niệm chuỗi liên kết Khái niệm chuỗi giá trị Các công nghệ quản lý điều hành III Thực hành lớp ứng dụng người dùng Thiết kế thi cơng mạch mã hóa, giải mã QRCode Thiết kế thi cơng mơ hình kho lưu trữ trực tuyến IV Thực hành quản lý khách hành công nghệ Smartphone Detection Khái niệm công nghệ Smartphone Detection Phân tích yêu cầu đặc tính ứng dụng Lập trình giao diện, điều khiển kiểm soát lưu lượng khách hành Bài tập 63 63 64 65 68 68 68 69 69 70 70 70 70 71 71 79 88 92 94 94 94 95 97 97 98 98 101 101 107 108 108 109 110 117 iv Phụ lục Tài liệu tham khảo 119 122 v LỜI NÓI ĐẦU Tài liệu giảng dạy Công nghệ IoT biên soạn cho sinh viên cao đẳng ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử Tài liệu trang bị kiến thức lý thuyết, thực hành để sinh viên nghiên cứu thiết kế, thi cơng số mơ hình ứng dụng cơng nghệ IoT lĩnh vực nhà thông minh, đô thị thông minh, giám sát môi trường cảnh báo sớm, thương mại dịch vụ Tài liệu gồm bài: Bài Tìm hiểu cơng nghệ IoT Bài IoT với công nghệ nhà thông minh Bài IoT với lĩnh vực đô thị thông minh Bài IoT với công nghệ giám sát môi trường cảnh báo sớm Bài IoT với lĩnh vực thương mại dịch vụ Rất mong phản hồi quý báu từ bạn đọc để tài liệu ngày hoàn thiện Bài Tìm hiểu cơng nghệ IoT Bài TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ IoT Bài giới thiệu tổng quan IoT, trình bày kiến thức công nghệ IoT hữu kịch phát triển IoT Các nội dung giới thiệu đến bạn đọc: + Khái niệm, chức đặc điểm IoT + Cơ sở hạ tầng hệ thống IoT + Kiến trúc thượng tầng hệ thống IoT + Thế giới với xu hướng phát triển IoT I Khái niệm, chức đặc điểm IoT Khái niệm 1.1 Lịch sử thuật ngữ IoT Thuật ngữ “Internet of Things” đưa vào năm 1999 nhà khoa học Kevin Ashton Ông người sáng lập trung tâm Auto-ID đại học MIT, nơi thiết lập quy chuẩn toàn cầu cho RFID (phương thức giao tiếp khơng dây dùng sóng Radio - Radio Frequency Identification) số loại cảm biến khác IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, công nghệ vi điện tử Internet Đây tập hợp thiết bị có khả kết nối với nhau, Internet (thế giới ảo) với giới bên (thế giới thực) để thực cơng việc Hình 1.1 Công nghệ không dây mạng lưới IoT 1.2 Khái niệm IoT - IoT: Internet of Things - Năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoTGSI) định nghĩa IoT sau “IoT hạ tầng sở tồn cầu phục vụ cho xã hội thơng tin, hỗ trợ dịch vụ (điện toán) chuyên sâu thông qua vật thể (cả thực ảo) kết nối với nhờ vào công nghệ thông tin truyền thơng hữu tích hợp, với mục đích “vật” thứ giới thực (vật Bài Tìm hiểu cơng nghệ IoT thực) giới thông tin (vật ảo), mà vật nhận dạng tích hợp vào mạng lưới truyền thơng” Như vậy, hiểu đơn giản IoT tất thiết bị kết nối với Mỗi đồ vật, người cung cấp danh định (ID - Identification) riêng biệt, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng - Kiến trúc IoT cấu thành từ phận chính: vạn vật (Things), trạm kết nối (Gateways), hạ tầng mạng điện toán đám mây (Network and Cloud), lớp tạo cung cấp dịch vụ (Services - creation and Solutions layers) Mục II trình bày chi tiết kiến trúc IoT Chức Nhu cầu phát triển nhân loại theo hướng bền vững dẫn đến giới phải tiết kiệm lượng, điều khiển thông minh với tốc độ nhanh nhất, thông tin xác, giám sát tồn cầu đa kênh/đa chiều, hợp tác đa phương, bùng nổ thông tin,… Tất điều cần thiết phải có sở hạ tầng kỹ thuật thông minh, kết nối sâu rộng tương tác cao Do đó, IoT với cơng hạ tầng kỹ thuật dành cho ứng dụng kết nối lựa chọn trở thành xu hướng tất yếu thời đại Việc kết nối thực qua mạng Ethernet (mạng toàn cầu), Wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G, 5G), Bluetooth, Zigbee, hồng ngoại, RF,… Các thiết bị kết nối điện thoại thơng minh, máy tính bảng, máy tính để bàn, máy tính xách tay, tivi, tủ lạnh, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, nhiều thiết bị khác IoT mạng khổng lồ kết nối thứ kể người, tồn mối quan hệ người với người, người với thiết bị, thiết bị với thiết bị không gian mạng Một mạng lưới IoT chứa đến 100 nghìn tỷ đối tượng kết nối mạng lưới theo dõi di chuyển đối tượng Một người sống thành phố bị theo dõi từ 1000 đến 5000 đối tượng bao bọc xung quanh Như thế, giới tương lai giới nghìn tỷ cảm biến kết nối Đặc điểm Những đặc điểm hệ thống IoT: - Tính kết nối liên thơng (interconnectivity): với IoT, điều 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 cung cấp dịch vụ liên quan đến Things, chẳng hạn dịch vụ bảo vệ riêng tư quán vật thực (Physical things) với vật ảo (Virtual things) - Tính khơng đồng nhất: thiết bị IoT khơng đồng chúng có phần cứng khác mạng lưới (cấp độ mạng -network) khác Giữa thiết Bài Tìm hiểu cơng nghệ IoT bị mạng lưới khác tương tác với nhờ vào liên kết, tương tác mạng lưới (network) - Tính thay đổi linh hoạt: trạng thái thiết bị tự động thay đổi; ví dụ: ngủ thức, kết nối bị ngắt, vị trí thiết bị thay đổi, tốc độ thay đổi, số lượng thiết bị tự động thay đổi - Quy mô lớn: Số lượng lớn thiết bị quản lý giao tiếp với Số lượng thiết bị lớn số lượng máy tính Số lượng thông tin truyền thiết bị lớn nhiều so với lượng thông tin truyền người II Cơ sở hạ tầng hệ thống IoT Bốn thành tố cấu thành hệ thống IoT gồm: vạn vật (Things), trạm kết nối (Gateways), hạ tầng mạng điện toán đám mây (Network and Cloud), lớp tạo cung cấp dịch vụ (Services - creation and Solutions layers) Vạn vật - Things Ngày có hàng tỷ vật dụng gia dụng công nghệ khắp nơi như: nhà cửa, xe hơi, đồng hồ đeo tay, điện thoại di động kết nối trực tiếp thông qua băng tần mạng không dây truy cập vào Internet Giải pháp IoT giúp thiết bị thông minh sàn lọc, kết nối quản lý liệu cách cục bộ; thiết bị chưa thơng minh kết nối thơng qua trạm kết nối Trạm kết nối - Gateway 2.1 Các thích thuật ngữ - ISDN (Integrated Services Digital Network): Mạng số tích hợp đa dịch vụ + Đây công nghệ băng thông hẹp sử dụng rộng rãi, cho phép truyền liệu số hóa từ hệ thống cuối (máy chủ) gia đình qua đường điện thoại ISDN tới công ty điện thoại + ISDN loại mạng sử dụng kỹ thuật nối chuyển mạch có tiêu chuẩn quốc tế truyền thơng âm thanh, liệu, tín hiệu hình ảnh kỹ thuật số Ví dụ: ISDN cung cấp dịch vụ truyền hình hội thảo (video conference); lúc trao đổi hình ảnh, âm thanh, văn máy cá nhân có kết nối với nhóm hệ thống hội thảo truyền hình + ISDN signal: tín hiệu mạng số tích hợp - IP (Internet Protocal): giao thức Internet Đây địa đơn thiết bị điện tử sử dụng để nhận diện liên lạc với mạng máy tính - VoIP (Voice over Internet Protocal): giao thức truyền thông thoại qua sở hạ tầng Internet Công nghệ dựa kỹ thuật chuyển mạch gói thay cơng nghệ truyền thơng thoại cũ chuyển mạch kênh - PSTN (Public Switched Telephone Network): mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (mạng điện thoại để bàn có dây dẫn) Mạng cho phép khách hàng sử ... an ninh Tương tác người dùng Áp dụng sinh trắc học vào kỹ thuật nhận dạng an ninh Mạch điều khiển giám sát nhận dạng an ninh Thiết kế thi công mạch điều khiển III Giám sát cảnh báo an tồn Tương... Công nghệ dựa kỹ thuật chuyển mạch gói thay cơng nghệ truyền thơng thoại cũ chuyển mạch kênh - PSTN (Public Switched Telephone Network): mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (mạng điện thoại... chung hệ thống PBX dùng chung vài số điện thoại để liên lạc bên + Hệ thống PBX kết nối điện thoại nội doanh nghiệp, đồng thời kết nối chúng vào mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN + Một khuynh