Đồ án thiết kế mạng iot cho nhà thông minh sử dụng phần mềm packet tracer

lOMoARcPSD|20647678 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - ĐỒ ÁN NHẬP MÔN NGÀNH KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG THIẾT KẾ MẠNG IoT CHO NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG PHẦN MỀM PACKET TRACER GVHD: TS Tống Văn Luyên Nhóm thực hiện: Nguyễn Bùi Trọng_MSV: 2022605894 (Trưởng nhóm) Vũ Thanh Tùng_MSV: 2022605951 ( Nhóm phó ) Vũ Nguyễn Nhật Minh_MSV: 2022605665 Nguyễn Văn Thành_MSV: 2022602644 Hà Nam - 2022 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nam, ngày tháng năm 2022 Giảng viên hướng dẫn TỐNG VĂN LUYÊN LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành dự án này, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến giảng viên TS Tống Văn Luyên, người tận tình hướng dẫn, định hướng cho em theo hiểu biết khả tạo điều kiện giúp đỡ em suốt q trình học tập hồn thành tốt đề tài giao Em xin chân thành cảm ơn đến tồn thể thầy Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội nói chung thầy khoa Điện tử nói riêng- Những người giảng dạy cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng Trong trình làm đồ án, kiến thức em hạn chế nhiều bờ ngỡ Do vậy, thiếu sót điều chắn tránh khỏi, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để kiến thức em hoàn thiện Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đặc biệt thành viên nhóm HI FIVE ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ hỗ trợ em suốt trình học tập hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nam, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực NHÓM HI FIVE MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IoT 1.1 Giới thiệu mạng máy tính 1.2 Định nghĩa IoT 1.3 Quá khứ tiến hóa IoT 1.4 Ứng dụng IoT CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ CISCO PACKET TRACER 2.1 Tổng quan Cisco Packet Tracer 2.2 Không gian làm việc 2.3 Các chế độ 2.4 Cấu hình thiết bị 2.5 Các giao thức hỗ trợ Cisco Packet Tracer 2.6 Cisco Packet Tracer IoT CHƯƠNG 3: NHÀ THÔNG MINH 3.1 Tổng quan nhà thông minh 3.2 Thiết kế nhà thông minh 3.2.1 Kết nối thiết bị với Homegateway 3.2.2 Tự động hóa thiết bị IoT 3.3.2.1.Tự động phát chuyển động bật chuông thông báo 3.3.2.2 Tự động phát lửa dập lửa 3.3.2.3 Tự động điều chỉnh nhiệt độ độ ẩm theo môi trường nhà 3.3.2.4 Hệ thống tiết kiệm điện KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH IoT Internet of things APN Access Point Name DHCP Configuration Protocol Mạng lưới vạn vật kết nối Internet( Internet vạn vật ) Tên điểm truy cập Giao thức cấu hình máy chủ DNS Domain Name System Hệ thống phân giải tên miền GUI Graphical User Interface Giao diện đồ họa người dùng ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet LAN Local Area Network Mạng máy tính nội HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn NTP Network Time Protocol Giao thức đồng thời gian mạng SCCP FTP API Dynamic Host TIẾNG VIỆT Signaling Conection Control Part File Transfer Protocol Application Programming Interface Phần điều khiển báo hiệu Giao thức truyền tập tin Giao diện lập trình ứng dụng IoE Internet of Everything Mạng lưới Internet vạn vật MCU Multipoint Control Unit Thiết bị điều khiển đa điểm MỞ ĐẦU ❖ Lý chọn đề tài: Từ vài năm nay, cụm từ IoT (Internet of Things) xuất phổ biến Việt Nam giới IoT trở thành sóng mạnh mẽ cách mạng cơng nghiệp 4.0 IoT không mang đến cho người nhìn lớn hơn, đầy đủ cơng nghệ, ứng dụng tương lai, mà em đến tiềm ứng dụng thực đáng kinh ngạc Hiện tại, giới, chưa có định nghĩa thống IoT, hiểu theo cách khái quát vật kết nối với thơng qua Internet Với IoT người dùng kiểm sốt đồ vật qua thiết bị thơng minh máy tính xách tay, điện thoại di động hay máy tính bảng Và phần vơ hữu ích cho sống sau phát triển đất nước để tiến thêm bước sánh với cường quốc Là sinh viên chuyên ngành kĩ thuật điện tử - viễn thông Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội với nhận thức tầm quan trọng đó, em làm việc nghiêm túc vận dụng kiến thức học hỏi để chọn” Thiết kế mạng IoT cho nhà thông minh sử dụng phần mềm Packet Tracer “làm đề tài học tập, thiết kế cho học kì nhóm chúng em trường ❖ Mục tiêu đề tài ➢ Các thiết bị nhà ược kết nối khơng dây vào Home Gateway có khả hoạt động theo điều khiển người thơng qua internet Ngồi thiết bị tự điều chỉnh chế độ hoạt động dựa thay đổi thông số môi trường, nhiệt độ, ánh sáng, khí CO2 theo chế độ tự động ➢ Rèn luyện kỹ làm việc nhóm, thuyết trình ➢ Rèn luyện kĩ giao tiếp làm báo cáo CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IoT 1.1 Giới thiệu mạng máy tính Mạng máy tính coi phức tạp, khó thực vận dụng Hơn nữa, với công nghệ IoT, nơi kết nối loại thiết bị Internet máy lạnh, quạt, vvv Sự phức tạp trở nên chí cao Nhiều tài liệu cho thấy thực có 13 tỷ thiết bị IoT kết nối với Internet có khả số tăng lên đến 30 tỷ ba năm tới Sự phức tạp mạng IoT mang lại cho sinh viên thời gian để học hiểu cách thức hoạt động cơng nghệ Do đó, điều quan trọng phải cung cấp mạng học tập cơng cụ thực hành, nơi sinh viên mô xây dựng quản lý hệ thống để hiểu rõ triết lý sau mạng Các công cụ mô mạng sử dụng để kiểm tra xem mạng hoạt động trước cài đặt vật lý Có nhiều công cụ để mô mạng: NS-2, TOSSIM, OMNeT ++, J-Sim, Avrora số công cụ phổ biến Cisco Packet Tracer Trình theo dõi gói Cisco phần mềm mạnh mẽ Công ty Cisco tạo để mô ảo mạng, đặc biệt mạng khơng dây Trình theo dõi gói Cisco cung cấp môi trường nơi thiết bị trông giống thực tế điều quan trọng người dùng, đặc biệt sinh viên Họ giám sát tương tác với thiết bị không dây IoT khác môi trường ảo trước làm việc thời gian thực Làm việc với cơng cụ mơ để tìm hiểu cách mạng hoạt động mang lại cho thời gian vật liệu lợi giúp giảm chi phí giáo dục Báo cáo tổ chức sau: phần đầu phần mở đầu, phần thứ hai phần tập trung vào công cụ mô theo dõi gói tin cisco, phần thứ ba luận án triển khai nhà thơng minh với trình theo dõi gói Cisco, phần cuối kết luận nghiên cứu tương lai 1.2 Định nghĩa IoT IoT đề cập đến ý tưởng vật ( ối tượng), đọc được, nhận biết, định vị, xác định địa thơng qua thiết bị cảm biến thông tin (cảm biến) kiểm sốt thơng qua Internet Mọi thứ đối tượng vật lý có số nhận dạng nhất, truyền liệu qua mạng Ví dụ đối tượng vật lý bao gồm xe cộ, điện thoại thông minh, thiết bị gia dụng, đồ chơi, máy ảnh, dụng cụ y tế hệ thống cơng nghiệp, động vật, người, tịa nhà, vvv IoT công nghệ tiên tiến mang tính cách mạng mới, nơi đối tượng trở thành đối tượng thơng minh nơi họ truyền đạt thơng tin thân mà khơng có can thiệp người Internet of Things kỳ vọng tạo thay đổi lớn sống chúng ta; giúp thực nhiệm vụ cơng việc cách tốt 1.3 Quá khứ tiến hóa IoT Ý tưởng ầu tiên IoT máy bán hàng tự động Coca Cola vào năm 1980 Carnegie, Đại học Melon, sinh viên khoa Khoa học máy tính cài ặt thiết bị chuyển mạch siêu nhỏ vào máy để xem liệu thiết bị làm mát có giữ cho đồ uống đủ lạnh hay khơng có sẵn lon coca máy qua internet Phát minh khuyến khích nghiên cứu sâu máy móc kết nối Cuối năm 1990, với giao thức TCP/ IP John, lần Romkey kết nối máy nướng bánh mì với Internet Năm 1991 Đại học Cambridge, nhà khoa học phát triển hệ thống kiểm tra lượng cà phê có sẵn máy pha cà phê Ý tưởng sử dụng Webcam để chụp ảnh cà phê pot ba lần phút gửi đến máy tính cục đặt phịng thí nghiệm họ để người thấy lượng cà phê Năm 1991, Kevin Ashton giới thiệu khái niệm Internet vạn vật (IoT) thuyết trình giấy cho Procter & Gamble Trong thuyết trình, anh giải thích Internet vạn vật công nghệ kết nối thiết bị Sử dụng RFID (tần số vô tuyến nhận dạng) công nghệ Năm 2008, nhà khoa học từ 23 quốc gia tập hợp lại Thụy Sĩ thi quốc tế hội thảo IoT, để thảo luận RFID, không dây tầm ngắn mạng truyền thông cảm biến Năm 2010 đời thực Internet vạn vật theo Cisco số lượng thiết bị kết nối với Họ nói số lượng thiết bị kết nối với vượt qua số lượng người trái đất Trong năm 2015, số lượng thiết bị kết nối vượt số lượng người cách đáng kể Chúng ta thấy hình năm (2020) họ 50 tỷ dân số giới 7,6 tỷ người Điều cho thấy số lượng thiết bị kết nối gấp sáu lần số lượng người Mong tương lai, vạn vật kết nối với Những điều không bao gồm thiết bị điện tử mà sách, giày dép, thực phẩm, nước, vvv Dự đoán Cisco thiết bị kết nối (Nguồn: Cisco- the internet of things How the nest evolution of the internet is changing everythings) 1.4 Ứng dụng IoT ❖ IoT công nghệ tạo ảnh hưởng lớn sống Công nghệ sử dụng nhiều lĩnh vực, ví dụ nơng nghiệp, chăm sóc sức khỏe lượng, giao thông vận tải nhiều Trong phần này, mô tả số ứng dụng giới thực IoT: IoT ược sử dụng lĩnh vực công nghiệp để cải thiện suất hiệu suất Ví dụ, thiết bị IoT ược sử dụng để theo dõi kiểm sốt q trình nhà máy để bảo trì; ược sử dụng để phát ăn mòn bên đường ống nhà máy lọc dầu, dự đoán cố số thiết bị để bảo trì dịch vụ trước muộn Việc sử dụng IoT ngành công nghiệp giúp đa dạng ngành công nghiệp bao gồm sản xuất, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp tơ, v.v ể có ược hồn thành cơng việc cách dễ dàng ❖ Internet of Medical Things (IoMT): Ngành y tế ngành hưởng lợi nhiều từ cơng nghệp IoT IoT chăm sóc sức khỏe cho phép bác sĩ kiểm soát bệnh nhân điều kiện lúc nơi qua mạng để cung cấp giám sát, phân tích cấu hình từ xa thơng qua thiết bị thơng minh máy theo dõi nhịp tim máy tạo nhịp tim Nhiều thiết bị IoT khác sử dụng để kiểm soát sức khỏe chúng ta, chẳng hạn thiết bị theo dõi thể dục đồng hồ thông minh, vvv ❖ Những thành phố thông minh: Thành phố thông minh thành phố nơi thiết bị kết nối IoT ược sử dụng để điều khiển giám sát giao thông sở hạ tầng thành phố Các thiết bị IoT sử dụng thành phố thơng minh để kiểm soát lĩnh vực hoạt động khác thành phố thay giao thơng vận tải sở hạ tầng kiểm soát chất lượng nước phân tích giám sát hệ thống lượng nhiều ❖ Nhà thông minh: Nhà thông minh nhà trang bị thiết bị thơng minh, tủ lạnh, điều kiện khơng khí, ánh sáng, camera, quạt, điều nhiệt thơng minh, khóa cửa, v.v điều khiển quản lý từ xa thơng qua internet điện thoại thơng minh máy tính Khả quản lý để quản lý thiết bị gia đình từ xa cung cấp cho chủ nhà an ninh, thoải mái thuận tiện Nhà thông minh giúp tiết kiệm lượng tránh số tai nạn, chủ nhà giám sát từ xa camera, hệ thống báo động gia đình hệ thống phát để kiểm tra xem có vi phạm an ninh ❖ Ơ tơ thơng minh: Xe thơng minh hệ thống mà tất chức xe điều khiển từ xa máy tính điện thoại thơng minh thơng minh với việc sử dụng 10 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ CISCO PACKET TRACER 2.1 Tổng quan Cisco Packet Tracer Trình theo dõi gói Cisco cơng cụ mô mạng ảo mạnh mẽ sử dụng để học hiểu khái niệm khác mạng máy tính Cơng cụ phát triển Cisco phép sinh viên người dùng để có kiến thức công nghệ mạng thực tế Bộ theo dõi gói Cisco cung cấp cho người dùng / sinh viên thiết kế mô mạng cách sử dụng ảo thiết bị trung tâm, định tuyến, chuyển mạch, vvv Trong trình theo dõi gói Cisco, mơ hoạt rộng mà khơng cần có mạng vật lý Giao diện gói Cisco Packet Tracer ( Nguồn: TechinPost- Everything You Need to Know About Cisco Packet Tracer ) 2.2 Không gian làm việc Gói tin Cisco có hai khơng gian làm việc: khơng gian làm việc bình thường không gian làm việc logic Không gian làm việc logic cho phép người dùng đặt 12 kết nối thiết bị mạng ảo chế độ xem vật lý cho biểu diễn đồ họa thiết bị mạng ảo Trong chế độ xem vật lý thiết bị, chúng tơi thêm mơ-đun bổ sung vào vị trí có sẵn thấy Hình Điều tốt cơng cụ mơ cụ thể cung cấp môi trường nơi thiết bị giống với thiết bị giới thực Điều quan trọng cung cấp cho người dùng khả làm quen với thiết bị trước làm việc với thiết bị thực Bộ định tuyến 2.3 Các chế độ Cơng cụ cung cấp hai chế độ, chế độ thời gian thực chế độ mô Trong thời gian thực, sinh viên / người dùng thấy rõ cách thiết bị hoạt động Trong chế độ, thiết bị hoạt động thiết bị thực Mặt khác, chế ộ mô giúp sinh viên / người dùng hiểu điều khái niệm sau hoạt động mạng Chế độ cho phép người dùng xem kiểm soát thời gian để trực quan hóa việc truyền liệu qua mạng 13 2.4 Cấu hình thiết bị Cisco Packet Tracer cho phép chúng tơi định cấu hình thiết bị hai tùy chọn: tab cấu hình tab CLI (giao diện dòng lệnh) Với giao diện dòng lệnh, cấu hình thiết bị dịng lệnh cisco Các lợi việc sử dụng giao diện dòng lệnh là, lệnh sử dụng ể cấu hình thiết bị giống với lệnh mà chúng tơi sử dụng với thiết bị thực Hình thể cấu hình định tuyến sử dụng giao diện dòng lệnh (CLI) Tab giao diện dòng lệnh Cisco Packet Tracer Tab cấu hình khơng u cầu kiến thức lệnh Cisco Cấu hình với cấu hình tab thực thơng qua giao diện đồ họa Phương pháp cấu hình ược sử dụng tình mà người dùng khơng có đủ thời gian muốn cấu hình thiết bị cách nhanh chóng Cái kỹ thuật giúp chúng tơi tiết kiệm thời gian q trình cấu hình Hình thể cấu hình định tuyến với Tab cấu hình: 14 Tab cấu hình Cisco Packet Tracer 2.5 Các giao thức hỗ trợ Cisco Packet Tracer Cisco Packet Tracer hỗ trợ giao thức khác Bảng hiển thị danh sách giao thức hỗ trợ trình theo dõi gói Các giao thức hỗ trợ 15 2.6 Cisco Packet Tracer IoT Phiên cuối trình theo dõi gói Cisco bao gồm số tính giúp chúng tơi thực mơ IoT Các tính thiết bị thơng minh, cảm biến, thiết bị truyền rộng vi điều khiển Một số thiết bị thông minh bao gồm trình theo dõi gói cửa sổ thơng minh, quạt thơng minh, thơng minh đèn, cịi báo động Chúng tơi tìm thấy số cảm biến mực nước, nhiệt độ, độ ẩm, CO2 Một điều quan trọng với phiên tất thiết bị lập trình sử dụng ngơn ngữ lập trình khác Pyton, Javascript Blocky Ngồi ra, tất chúng kết nối thơng qua cáp có dây thơng qua khơng dây Có tùy chọn cáp khác trình theo dõi gói mới, cáp đồng thẳng, cáp đồng chéo cáp quang Ethernet nhanh cáp tùy chỉnh IoT Tuy nhiên, chúng tơi chọn tùy chọn cáp tự động công cụ tự động chọn cáp để kết nối hai thiết bị Các thiết bị IoT Cisco Packet Tracer sử dụng để xây dựng mô ứng dụng IoT khác nhà thông minh, công nghiệp thơng minh, thành phố thơng minh, vvv Lợi ích việc sử dụng trình theo dõi gói Cisco người dùng tương tác với thiết bị giống cách họ làm thiết bị thực Ngồi ra, với chức người dùng, người dùng làm việc để xây dựng mạng ảo thông qua mạng thực Bài viết tập trung vào việc sử dụng thiết bị thông minh phiên gói dấu vết để triển khai nhà thông minh hệ thống tự động hóa ngơi nhà dựa Internet Hình cho thấy số thiết bị khác có phiên Cisco: 16 Các thiết bị thông minh Cisco Packet Tracer 17 CHƯƠNG 3: NHÀ THÔNG MINH 3.1 Tổng quan nhà thông minh Nhà thông minh nhà trang bị vật thông minh khác quạt thông minh, đèn thông minh, máy pha cà phê, cửa sổ thơng minh điều khiển từ xa thông qua điện thoại thông minh máy tính thơng qua kết nối Internet Ngơi nhà thông minh mang đến cho gia chủ tiện lợi, tiết kiệm, an tồn thoải mái Tiết kiệm sử dụng số đồ vật thông minh điều nhiệt thơng minh đèn thơng minh giúp tiết kiệm lượng ( giảm tiêu thụ lượng ) giảm hóa đơn Đó tiện lợi tác vụ thực tự động an toàn, điều quan trọng lợi ích ngơi nhà thơng minh, bạn điều khiển thiết bị từ xa xem liệu có nguy hiểm lúc nhà bạn Cảm thấy thoải mái khả mang lại, tưởng tượng bạn có khả bật máy điều hịa khơng khí bạn để làm mát nơi trước bạn đến nhà, tự động đóng mở cửa sổ trời nóng Ngơi nhà thơng minh cho phép chủ nhà quản lý tất thiết bị nhà đâu vào thời điểm Nhà thông minh 18 3.2 Thiết kế nhà thông minh Việc thiết kế nhà thông minh thực với phiên Cisco Packet Tracer, xác Packet Tracer 8.0.1 Hình danh sách thiết bị khác sử dụng cho mô chức Các thiết bị chức 19 Cấu trúc liên kết mạng ược sử dụng để triển khai nhà thông minh ược trình bày Hình 11 ây Việc triển khai bao gồm bốn phần: nhà thông minh, ám mây Internet, Iot máy chủ mạng 4G Trong phần đầu tiên, có mạng gia đình với thiết bị kết nối IoT khác vào cổng (bộ ịnh tuyến Wi-Fi gia ình cấu trúc liên kết) Phần thứ hai mạng đám mây internet (WAN) kết nối với nhà Bộ định tuyến Wi-Fi thông qua modem cáp để cung cấp kết nối internet với internet thiết bị Phần thứ ba liên quan đến máy chủ IoT đăng ký tất thiết bị kết nối với để cung cấp nhiều chức IoT Sau đó, đến phần cuối cấu trúc liên kết “ mạng 4G ”, điện thoại thông minh kết nối với tháp di động cho kết nối internet để truy cập từ xa thiết bị Cấu trúc liên kết mạng 3.2.1 Kết nối thiết bị với Homegateway 20 ... đến nhà, tự động đóng mở cửa sổ trời nóng Ngơi nhà thơng minh cho phép chủ nhà quản lý tất thiết bị nhà đâu vào thời điểm Nhà thông minh 18 3.2 Thiết kế nhà thông minh Việc thiết kế nhà thông minh. .. vận dụng kiến thức học hỏi để chọn” Thiết kế mạng IoT cho nhà thông minh sử dụng phần mềm Packet Tracer “làm đề tài học tập, thiết kế cho học kì nhóm chúng em trường ❖ Mục tiêu đề tài ➢ Các thiết. .. Cisco Packet Tracer 2.6 Cisco Packet Tracer IoT CHƯƠNG 3: NHÀ THÔNG MINH 3.1 Tổng quan nhà thông minh 3.2 Thiết kế nhà thông minh 3.2.1 Kết