Báo cáo chuyên đề kỹ thuật viễn thông đề tài tìm hiểu về an ninh bảo mật trong smart home

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ AN NINH BẢO MẬT TRONG SMART HOME GVHD : PGS.TS NGUYỄN TẤN HƯNG Nhóm : 10 SVTH : Nguyễn Xuân Hiếu Phạm Phan Tấn Minh Võ Thiện Long Hoàng Bá Nghĩa Lớp : 18DT2 Đà Nẵng, 6/2022 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: THIẾT BỊ THÔNG MINH TRONG SMARTHOME 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Một số thiết bị thông minh smarthome 1.2.1 Trợ lý ảo 1.2.2 Đèn thông minh 1.2.3 Robot hút bụi 1.2.4 Máy lọc khơng khí 1.2.5 Smartphone .3 1.3 Kết luận chương CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ AN NINH THÔNG MINH TRONG SMARTHOME 2.1 Giới thiệu chương 2.2 Một số thiết bị an ninh thông minh smarthome 2.2.1 Cảm biến tiếp xúc .5 2.2.2 Cảm biến chuyển động .5 2.2.3 Cảm biến vỡ kính .6 2.2.4 Cảm biến môi trường .6 2.2.5 Camera 2.3 Cách vận hành hệ thống an ninh thông minh 2.4 Kết luận chương 2.4.1 Ưu điểm thiết bị an ninh thông minh 2.4.2 Nhược điểm thiết bị an ninh thông minh CHƯƠNG 3: CÁCH MỘT HỆ THỐNG BẢO MẬT TRONG SMARTHOME HOẠT ĐỘNG 3.1 Hệ thống nhà thông minh dây 3.1.1 Tổng quan hệ thống nhà thông minh dây 3.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 10 3.1.3 Đánh giá ưu nhược điểm hệ thống 11 3.1.4 Kết luận chung hệ thống 12 3.2 Hệ thống nhà thông minh không dây 12 3.2.1 Tổng quan nhà thông minh không dây 12 3.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 12 3.2.3 Ưu điểm hạn chế cách 14 3.3 Kết luận chung hệ thống 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO .16 CHƯƠNG 1: THIẾT BỊ THÔNG MINH TRONG SMARTHOME 1.1 Giới thiệu chương - - Thiết bị nhà thơng minh thiết bị mà bạn điều khiển thơng qua mơi trường internet, có khả tự động xử lý thông báo cho người sử dụng Được điều khiển nhiều phương thức giọng nói, remote, smartphone Từ giúp bạn kiểm sốt điều khiển thiết bị thông minh nhà từ xa cách tự động đồng cách đơn giản dễ dàng Trong thời đại công nghệ 4.0 ngày đại phát triển nay, việc sử dụng thiết bị thông minh nhà giúp nâng cao chất lượng sống, mang đến tiện nghi điều thú vị mẻ cho sống ngày 1.2 Một số thiết bị thông minh smarthome 1.2.1 Trợ lý ảo - Với trợ lý ảo, ta tiến hành thực lệnh điều khiển khác Nó thay ta quản lý điểu khiển thiết bị nhà thông qua thiết lập trước người dùng lệnh trực tiếp để đáp ứng yêu cầu Ra lệnh giọng nói để thực yêu cầu như: bật/tắt đèn, mở nhạc, tình hình thời tiết, … Tích hợp trợ lý ảo loa thông minh để phát thông báo phản hồi thông tin 1.2.2 Đèn thông minh - Khi phát chuyển động, đèn thông minh tự động bật sáng lên Giúp hạn chế tình trạng mị mẫm tối để tìm cơng tắc đèn, mà nhiều gây phiền tối cho thành viên gia đình Ngồi cịn thay đổi màu sắc, độ sáng để phù hợp với vị trí khác nha nhà, như: phòng ngủ, nhà bếp, cầu thang, … 1.2.3 Robot hút bụi - Một nhà thông minh không hồn chỉnh khơng thể tự làm Máy hút bụi thơng minh robot hút bụi lựa chọn hồn hảo Thực hữu ích giúp tiết kiệm hiệu thời gian dọn dẹp ngơi nhà 1.2.4 Máy lọc khơng khí - Sự nhiễm khơng khí ngày nhiều, nên với máy lọc khơng khí thơng minh giúp cho không gian nhà trở nên an tồn Cơng nghệ Ion âm giúp tiêu diệt vi khuẩn, loại bỏ bụi, tính tạo ẩm, hút ẩm,… 1.2.5 Smartphone - Không đơn điện thoại để nghe gọi hay nhắn tin, mà ngày điện thoại thơng minh cịn đóng vai trị thiết bị giám sát, điều khiển thiết bị thông minh khác Thiết bị thông minh kết nối internet, ta điều khiển chúng qua cơng tắc thông qua ứng dụng smartphone Mọi thao tác quản lý đơn giản dễ dàng tương úng với lứa tuổi Đây xem thiết bị thông minh hữu dụng nhất, dễ dàng mang theo bên đến đâu 1.3 Kết luận chương - - Ngồi thiết bị thơng minh kể trên, cịn có nhiều thiết bị khác mang lại tiện ích cho ngơi nhà Các thiết bị nhà thông minh hoạt động chủ yếu cách tương tác với thông số môi trường thông qua cảm biến thông minh (cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt, cảm biến khói, CO2, cảm biến mực nước) giúp người sử dụng giám sát điều khiển từ xa đem lại an toàn, tiện lợi, linh hoạt, tiết kiệm cho người sử dụng Dễ dàng sử dụng điều khiển mà không tốn nhiều thời gian, cơng sức Bạn kiểm tra điều khiển hoạt động thiết bị thông minh đâu thơng qua smartphone kết nối Internet Trên thị trường có nhiều nhà sản xuất thiết bị thông minh, nên việc chọn mua dễ dàng cho hộ gia đình CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ AN NINH THÔNG MINH TRONG SMARTHOME 2.1 Giới thiệu chương - Công nghệ Internet kết nối vạn vật – IoT Trí tuệ nhân tạo – AI ngày phát triển vượt bậc tạo thiết bị thông minh thực thụ, ứng dụng cho không gian rộng lớn nhà Gần tất thiết bị an ninh thiết bị không dây Đây thiết bị cần thiết để người gia đình sống mơi trường an tồn thời đại số ngày 2.2 Một số thiết bị an ninh thông minh smarthome 2.2.1 Cảm biến tiếp xúc - Đây thiết bị nhỏ, nhựa, chạy pin bao gồm cảm biến nam châm Đặt cảm biến phần cửa vào cửa sổ đặt nam châm vào phần Khi cửa vào cửa sổ mở ra, điểm tiếp xúc chúng bị đứt tín hiệu gửi đến trung tâm 2.2.2 Cảm biến chuyển động - Thường đặt cao để bao phủ khu vực người phải di chuyển qua họ nhà Chúng chủ yếu sử dụng cơng nghệ sóng hồng ngoại phát chuyển động cách cảm nhận nhiệt thể 2.2.3 Cảm biến vỡ kính - Một cảm biến vỡ kính lắng nghe âm kính vỡ Vì cảm biến tiếp xúc bị bỏ qua trộm phá vỡ cửa sổ sau trèo qua để xâm nhập vào nhà, nên cảm biến chống vỡ kính biện pháp phụ tốt cho cửa sổ cửa kính trượt 2.2.4 Cảm biến mơi trường - Rị rỉ khí gas, cháy nổ hay chập điện ln nguy tiềm ẩn ln rình rập vị trí bên nhà - Thiết bị cảnh báo có cố diễn nhà Ngồi ra, ta lắp thêm thiết bị thông minh để tự động tắt điện, ngắt khí gas, … lúc ta khơng có nhà 2.2.5 Camera - Là tiện ích phổ biến Nó quan sát phát chuyển động, nhận diện khuôn mặt Ghi lại diễn biến việc, giúp ích cho việc xem lại tình xảy 2.3 Cách vận hành hệ thống an ninh thông minh - Các thiết bị hoạt động pin dùng điện trực tiếp nhà Sau phát mối nguy, thiết bị phát cịi báo động, gửi thơng báo đến Smartphone gia chủ Chúng lắp đặt vị trí nhà, nơi mà mang lại hiệu sử dụng tốt 2.4 Kết luận chương 2.4.1 Ưu điểm thiết bị an ninh thông minh - Việc trang bị thiết bị giám sát an ninh việc làm xa xỉ Dễ dàng chọn mua lắp đặt nhà, việc sử dụng đơn giản Độ hiệu mang lại cao 2.4.2 Nhược điểm thiết bị an ninh thơng minh - - Bên cạnh đó, thiết bị an ninh giá rẻ thị trường có nhiều tiềm ẩn nguy mang đến rắc rối cho chủ nhà phát hiện, cảnh báo nhầm, gây bất tiện nhà có khách, có người lớn tuổi sinh hoạt khơng theo giấc thơng thường, Cần có nguồn phát điện dự phịng (Ví dụ: Bộ lưu điện UPS) để tránh gián đoạn việc trì hoạt động thiết bị CHƯƠNG 3: CÁCH MỘT HỆ THỐNG BẢO MẬT TRONG SMARTHOME HOẠT ĐỘNG 3.1 Hệ thống nhà thông minh dây 3.1.1 Tổng quan hệ thống nhà thông minh dây - Hiện có khoảng gần 200 tiêu chuẩn hàng nghìn nhà sản xuất thiết bị điều khiển nhà Tuy nhiên, tổ chức tiêu chuẩn Mỹ ANSI hay NEMA chưa đưa khuyến cáo hay tiêu chuẩn smartbuilding, ngoại trừ KNX - Tại châu Âu đặc biệt châu Á - nơi coi tương lai Trái đất kỷ tới, tiêu chuẩn KNX chiếm lĩnh thị trường lớn Trung quốc, Trung cận đông Nga (hai phần ba nước Nga nằm châu Á) - KNX tiêu chuẩn smarthome xây dựng từ năm 1990 Châu Âu Khi mà người ta ngỡ ngàng với máy tính cá nhân Châu Âu có tiêu chuẩn nhà tịa nhà thơng minh Tiêu chuẩn độc lập với phần cứng phần mềm, nghĩa cho dù cơng nghệ có phát triển đến đâu tiêu chuẩn khơng thay đổi Nó đảm bảo thiết bị KNX từ năm 1990 giao tiếp làm việc với thiết bị KNX sản xuất ngày hơm qua khơng có lỗi thời Để làm điều đó, KNX quy định chuẩn giao tiếp thiết bị thông qua telegram, cần tuân thủ tiêu chuẩn, thiết bị hãng khác giao tiếp điều khiển hệ thống - Nhờ tính ưu việt quán, tiêu chuẩn KNX trở nên phổ biến giới công nhận tiêu chuẩn nhà thông minh toàn cầu Tiêu chuẩn KNX quản lý KNX Association, trụ sở Brussels, Bỉ Hệ sinh thái thiết bị KNX vô lớn mà khơng có tiêu chuẩn so sánh được: 458 hãng sản xuất thiết bị theo tiêu chuẩn KNX với hàng vạn sản phẩm đa dạng Có thể kể đến hãng điển hình như: ABB, Siemens, Schneider, GreenControls, Panasonic, Daikin, theben … Như có nghĩa người sử dụng có nhiều lựa chọn thiết bị tảng tiêu chuẩn băn khoăn việc thiết bị có giao tiếp với không - Xung quanh nhà, hệ thống KNX giúp sống trở nên đơn giản cách tăng khả tự động hóa thiết bị cung cấp kiểm soát dễ dàng cho người dùng Đối với nhà thông minh, KNX quản lý chức đèn, rèm, hệ thống an ninh, thiết bị nhà thông minh 3.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống - Thành phần quan trọng hệ thống Bus coupling unit, BCU hay Bộ kết nối hệ thống Bus Tất thiết bị, thành 10 phần chức kết nối với thông qua dây cáp - Mỗi thiết bị bus có phận thơng minh, gọi BCU Các tính thiết lập điều khiển ứng dụng, kết nối với BCU, như: nút ấn, relays, điều chỉnh công suất đèn, … - Bus KNX định tuyến song song với nguồn điện cung cấp cho tất thiết bị hệ thống mạng liên kết gồm có: Các cảm thu thập thơng tin gửi tới hệ thống KNX thông qua bus Thiết bị truyền động nhận thông tin từ hệ thống KNX để chuyển đổi thành hành động Bộ điều khiển Các thiết bị thành phần hệ thống - Các thiết bị hệ thống kết nối song song cặp dây cáp tín hiệu Dữ liệu đươc truyền đôi dây đỏ đen - Ở thời điểm tại, nhiều truyền động bao gồm chức điều khiển cảm biến Điều giúp cho hệ thống KNX tịa nhà nhà thông minh trở nên gọn gàng đáng kể - Mỗi hệ thống KNX có thành phần giao diện hệ thống bao gồm phần mềm ứng dụng phần mềm vận hành Người dùng truy cập hệ thống KNX qua mạng Internet điều khiển thông qua máy tính, máy tính bảng, hình cảm ứng điện thoại thông minh 3.1.3 Đánh giá ưu nhược điểm hệ thống  Ưu điểm - Nhanh & ổn định: tiêu chí để đánh giá chất lượng nhà Với hệ thống có dây, tất tín hiệu nối trực tiếp qua dây LAN Vì ổn định điều chắn - Đảm bảo kết nối cho cơng trình lớn: Đối với cơng trình lớn hay tịa nhà, hệ thống có dây dường lựa chọn để thực giải pháp thơng minh Vì hệ thống khơng dây kéo dây Lan dài đến nơi đâu Trong hệ thống khơng dây sử dụng sóng Nhưng độ phủ loại sóng có giới hạn - Khả tải mạnh mẽ: Khả tải ý nói đến việc chịu tải thiết bị thời điểm Một hệ thống tải mạnh mẽ cho phép hoạt động nhiều thiết bị lúc Trong đó, hệ thống yếu bị chập điện ngừng hoạt động - Tránh rủi ro chập điện: Cũng liên quan đến khả tải phía Do mạch có dây tín hiệu mạnh mẽ, ổn định Nên tránh khả chập điện, treo hệ thống  Nhược điểm - Cần phải đục tường dây: cơng trình xây dựng đục tường dây mạng không thành vấn đề với cơng trình hồn thiện “trăn trở” lớn cho chủ nhà muốn sử dụng hệ điện thơng minh 11 - Thi cơng địi hỏi kỹ thuật cao & thời gian: Việc thi công hệ thống có dây phải tốn thời gian lắp đặt dây dài Ngồi ra, kỹ thuật thi cơng địi hỏi đơn vị có chun mơn kinh nghiệm cao khả quản lý, làm việc với bên thi cơng trình - Giá thành cao hệ không dây: Do phải cần lượng dây nhiều tủ điện trung tâm thiết kế toàn diện nên giá tiền cho hệ thống smart home có dây tương đối cao 3.1.4 Kết luận chung hệ thống Như có nhìn tổng quan hệ thống nhà thông minh dây dựa tiêu chuẩn KNX, hiểu nguyên lý hoạt động ưu nhược điểm hệ thống Tiêu chuẩn đường truyền KNX thiết kế linh hoạt Về bạn lắp đặt đường truyền với loại cơng trình xây dựng điều kiện mơi trường khác nhau: nhà, ngồi trời, ẩm, ướt… 3.2 Hệ thống nhà thông minh không dây 3.2.1 Tổng quan nhà thông minh không dây Hệ thống nhà thông minh không dây hệ thông hoạt động dựa tiêu chuẩn giao thức liên lạc vô tuyến Các thiết bị nhà thông minh không dây vận hành điều khiển giao thức liên lạc vô tuyến wifi, Z-wave, Zigbee,… Vì hệ thống nhà thơng minh khơng dây ta điều khiển ngơi nhà thơng qua thiết bị điện tử thơng minh có ứng dụng điều khiển riêng Khi đó, ta xa nhà quan sát, mở cửa, hay làm việc với thiệt bị thông minh nhà cách thuận lợi 3.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống Các thiết bị thông minh nhà thông minh không dây điều khiển cách thức Cách thức cách thức điều khiển khơng cục bộ, hay cịn gọi hệ thống làm việc đựa đam mây xử lý Các thức thứ hai cách thức điều khiển cục bộ, hay gọi hệ thống làm việc dựa xử lý trung tâm 12 - Cách thức đầu tiên, cách thức hoạt động thiết bị cục hay hệ thống hoạt động dựa đám mây xử lý (sử dụng wifi) Được miêu tả hình dưới: Theo cách thức hoạt động này, thiết bị an ninh kết nối đến đám mây thông qua mạng internet, đám mây bao gồm có đám mây xử lý đám mây thiết bị Lấy ví dụ giả sử ta muốn quan sát hoạt đông nhà thông qua camera ta không nhà điện thoại thông minh có cài đặt ứng dụng dành cho nhà thơng minh Thì ta click vào ứng dụng camera muốn theo dõi hoạt động điên thoại ta gửi tín hiệu đến đám mây chung Và từ đám tín hiệu nhận dạng chuyển xuống đám mây hay gọi đám mây thiết bị, đám mây xử lý lệnh gửi yêu cầu đến camera ta thông qua internet Sau camera thơng minh nhà bắt đầu truyền liệu thời gian thực đên đám mây sau từ đám mây lại truyền cho điện thoại ta Khi điện thoại ta hiển thị lên hình ảnh nhà thời gian thực Về cách thức hoạt động hệ thống thơng minh khơng giây khơng có quản lý cục - Cách thức thứ hai, cách thức quản lý có thiết bị cục (sử dụng sóng Z-wave Zigbee) hay gọi hệ thống làm việc dựa xử lý trung tâm Được miêu tả hình dưới: 13 Trong cách thức này, nhà cấp giao thức liên lạc vô tuyến ZigBee, Z-wave Từ tạo hệ thống mạng lưới nhà, thiết bị điều khiển thông qua xử lý trung tâm (hay cịn gọi hub) Do thiết bị thông minh nhà không phụ thuộc vào tốc độ wifi hay mạng internet hoạt động bình thường Thiết bị hub kết nối đến internet thông qua ethernet để nâng cao độ bảo mật Và điện thoại thông minh kết nối đến hub ứng dụng riêng để liên lạc với hub thơng qua mạng internet Lấy ví dụ xa nhà bật hệ thống báo động lên Giả sử cảm biến cửa kính vỡ hoạt động, tín hiệu từ cảm biến truyền xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm nhận dạng tín hiệu gửi đến đám mây xử lý thông qua internet Trên đám mây xử lý tín hiệu xử lý nhận biết sau gừi tin nhắn đến điện thoại ta giúp ta nhận biết việc xảy nhà Về cách thức hoạt động hệ thống thơng minh khơng dây có quản lý cục 3.2.3 Ưu điểm hạn chế cách  Đối với hệ thống quản lý không cục bộ: - Hiệu suất hệ thống quản lý dựa đám mây thường thấp so với hệ thống quản lý có thiết bị cục Và đến cao điểm mạng hệt thống gặp nhiều vấn đề tốc độ phản hồi chậm - Tuổi thọ hệ thống: mà công ty thiết bị bị phá sản hay đám mây xử lý bị mât hệ thống hay thiết bị khơng cịn dùng - Khả vận hành thiết bị: thiết bị bị ngắt kết nối mạng hay nhà bị mạng thiết bị khơng thể hoạt động 14 - Quyền riêng tư: liệu xử lý đưa lên đám Và chấp nhận điều khoản điều kiện cơng ty, cho cơng ty truy cập vào liệu thiết bị - Khả mở rộng: hệ thống hoạt động dựa đám mây kết nối thông qua đinh tuyến Wifi Bộ định tuyến có giới hạn số lượng mà đáp ứng - Độ bảo mật: Hầu hết nhà sử dụng wifi thường dễ cho tin tặc lấy quyền truy cập Trong cơng, ngơi nhà thơng minh chịu kiểm sốt chúng - Vấn đề điều khiển: Mỗi nhà làm thiết bị kết nối thơng minh có ứng dụng riêng đám mây riêng họ Khi biết nhiều app khác, có đến gần 15 ứng dụng khác điều khiển nhà thông minh ta  Đối với hệ thống quản lý cục bộ: - Hiệu suất: hệ thống quản lý cục nhanh hệ thống dựa đám mây Hệ thống Z-Wave không bị ảnh hưởng lưu lượng truy cập Wi-Fi, nhiên, hệ thống Zigbee Bluetooth bị nhiễu - Tuổi thọ: Các thiết bị nhà thông minh hoạt động với trung tâm xử lý sử dụng giao thức liên lạc vơ tuyến tiêu chuẩn hóa Điều có nghĩa bạn tiếp tục sử dụng thiết bị thơng minh nhà sản xuất chúng bị phá sản - Khả vận hành: Các thiết bị thông minh bạn dựa vào trung tâm bạn để hoạt động, có nghĩa chúng tiếp tục hoạt động internet bạn bị ngắt - Quyền riêng tư: Bạn sở hữu thiết bị nhà thơng minh liệu thu thập từ chúng Trừ bạn chọn, liệu thiết bị bạn nhà bạn không đưa - Khả mở rộng: xử lý trung tâm tạo mạng riêng chúng dành riêng cho thiết bị thông minh thiết kế để xử lý số lượng lớn thiết bị Hệ thống quản lý cục không bị giảm hiệu suất luu lượng truy cập internet tăng cao - Độ bảo mật: Các trung tâm ứng dụng sử dụng mật mã tiên tiến tiêu chuẩn bảo mật nghiêm ngặt khiến việc hack mạng trở thành thách thức đáng kể - Vấn đề điểu khiển: xử lý trung tâm tích hợp nhiều hệ thống thơng minh khác vào vị trí, cho phép bạn điều khiển tất thiết bị thơng minh từ ứng dụng Nếu bạn mua thiết bị khơng trung tâm hỗ trợ, bạn tìm thấy plugin / integration cho phép hoạt động với hệ thống bạn 3.3 Kết luận chung hệ thống Đối với hệ thống thông minh không dây Việc sử dụng hệ thổng quản lý cục đem lại nhiều lợi ích độ bảo mật tín Ngồi tiêu chuẩn 15 sóng Z-wave hay Zigbee có độ bảo mật tốt khiến cho việc tiếp cận nhà khó khăn Nhưng đơi với giá thành cao so với hệ thơng quản lý không cục Nhưng hai hệ thống hoạt động tốt việc xử lý tình thơng thường, khơng liên quan đến tin tặc thứ công mạng 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vì cần có điều khiển cục cho hệ thống nhà thông minh? (smarthomekit.vn) [2] https://www.usnews.com/360-reviews/services/home-security/how-does-ahome-security-system-work? fbclid=IwAR3N3Fpy2Tcbp63ZpoIhs7MuNsktQe3Nl_P046Trhh1ylTuWTeTSxhEAF YI [3] Nên làm hệ thống nhà thông minh có dây hay khơng dây? (smarthomekit.vn) [4] https://www.dienmayxanh.com/kinh-nghiem-hay/thiet-bi-nha-thong-minhsmarthome-la-gi-tai-sao-no-1229859 [5] https://www.usnews.com/360-reviews/services/security-cameras/wired-vswireless [6] https://fptshop.com.vn/tin-tuc/danh-gia/7-thiet-bi-can-thiet-cho-nha-thongminh-134090 17