(Luận văn) nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống truyền thông radio số đồng nhất 03 cấp tỉnh, huyện, xã qua internet và sóng fm

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - Phạm Hoàng Việt NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG RADIO SỐ ĐỒNG NHẤT 03 CẤP TỈNH, HUYỆN, XÃ QUA INTERNET VÀ SÓNG FM an lu n va LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hƣớng ứng dụng) HÀ NỘI - 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - Phạm Hồng Việt NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THƠNG RADIO SỐ ĐỒNG NHẤT 03 CẤP TỈNH, HUYỆN, XÃ QUA INTERNET VÀ SÓNG FM an lu Mã số n va Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông : 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hƣớng ứng dụng) NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐẶNG HOÀI BẮC HÀ NỘI - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình hệ thống truyền thơng Radio số đồng 03 cáp Tỉnh, huyện, xã qua Internet sóng FM” cơng trình nghiên cứu độc lập dƣới hƣớng dẫn PGS TS Đặng Hoài Bắc Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải tạp chí trang web theo danh mục tài liệu tham khảo Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng đƣợc trích dẫn hợp pháp Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2020 Ngƣời cam đoan lu an Phạm Hoàng Việt n va ii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành tốt luận văn mình, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy PGS.TS Đặng Hoài Bắc, ngƣời đồng hành em suốt chặng đƣờng vừa qua ngƣời tận tình hƣớng dẫn em suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thông, quý thầy cô Học viện tận tâm giảng dạy truyền đạt kiến thức nhƣ kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập em Học viện Vốn kiến thức đƣợc tiếp thu q trình học tập khơng tảng cho trình thực luận văn tốt nghiệp mà hành trang quý báu cho nghiệp em sau Em xin cảm ơn ủng hộ giúp đỡ nhiệt tình gia đình, bạn bè, ngƣời thân động viên, giúp đỡ em suốt trình học tập thực luận văn tốt nghiệp lu Mặc dù cố gắng hết sức, song chắn luận văn không tránh khỏi an thiếu sót Em mong nhận đƣợc thơng cảm góp ý q thầy để em va n rút kinh nghiệm hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Cuối em xin kính chúc q thầy cơ, gia đình bạn bè dồi sức khỏe, thành cơng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………… i LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………… ii MỤC LỤC……………………………………………………………… iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT…………………… v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ…………………………………………… vi LỜI MỞ ĐẦU…………………………………………………………… CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THANH TRONG NƢỚC VÀ QUỐC TẾ…………………………………………………… 1.1 Tổng quan công nghệ sử dụng hệ thống truyền Việt Nam………………………………………… 1.1.1 Phƣơng thức truyền hữu tuyến (truyền có dây) 5 1.1.2 Phƣơng thức truyền vô tuyến (truyền không dây phát sóng FM)……………………………………………………… 1.1.3 Nhƣợc điểm phƣơng thức cũ……………………… lu an 1.2.Nghiên cứu, tìm hiểu số hệ thống truyền tiên tiến va giới nay…………………………………………………………… 10 n 1.3 Nghiên cứu lý thuyết hệ thống truyền qua Internet…… 12 1.3.1 Điều kiện cần thiết để phát triển Internet Radio…………… 12 1.3.2 Sự khác biệt Radio Internet Radio cổ điển………… 13 1.3.3 Công nghệ truyền dẫn……………………………………… 15 1.4 Kết chƣơng……………………………………………………… 17 CHƢƠNG 2: NHU CẦU THỰC TẾ VÀ ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THANH KHƠNG DÂY ĐỒNG NHẤT CẤP……………… 18 2.1 Yêu cầu hệ thống truyền không dây đồng 03 cấp… 18 2.1.1 Thực trạng hệ thống truyền thanh…………… 18 2.1.2 Yêu cầu hệ thống truyền không dây đồng 03 cấp19 2.2 Mơ hình hệ thống truyền không dây đồng cấp…… 22 2.3 Kết chƣơng……………………………………………………… 24 iv CHƢƠNG 3: HOÀN THIỆN HỆ THỐNG PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM CHO MƠ HÌNH TRUYỀN THANH KHƠNG DÂY ĐỒNG NHẤT 03 CẤP25 3.1 Hệ thống máy chủ nội dung……………………………………… 25 3.2 Hệ thống máy chủ phát sóng…………………………………… 26 3.2.1 Module phần mềm điều khiển phát thanh…………………… 28 3.2.2 Module phần mềm lập lịch phát sóng……………………… 33 3.3 Máy thu Internet Radio………………………………………… 35 3.3.1 Thiết kế, chế tạo máy thu…………………………………… 35 3.3.2 Module phần mềm chứng thực kết nối máy chủ phát sóng máy thu Internet Radio…………………………………………… 37 3.3.3 Module phần mềm tƣơng tác với máy thu Internet Radio từ xa 39 3.3.4 Module phát tin khẩn cấp………………………… 41 3.4 Máy phát mã giải mã RDS-OTP……………………………… 44 3.5 Máy phát FM…………………………………………………… lu an 3.6 Thiết bị đầu cuối………………………………………………… va n 3.7 Kết chƣơng……………………………………………………… 49 50 51 KẾT LUẬN……………………………………………………………… 53 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………… 54 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT FM Frequency Modulation DAB digital audio broadcasting Internet Radio RDS Radio Data System OTP One Time Password IoT: Internet of Things Vạn vật kết nối MQTT Message Queue Telemetry Transport Database Cơ sở liệu (CSDL) an lu n va vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống truyền có dây………………………………….……………… 10 Hình 1.1: Hệ thống truyền khơng dây……………………………………………….15 Hình 1.3: Tiến trình phát triển phát giới…………… …………… 20 Hình 2.1: Mơ hình hệ thống truyền thơng khơng dây đồng cấp…… .30 Hình 3.1 Kiến trúc tổng thể mô đun điều khiển phát thanh……………… 38 Hình 3.2 Sơ đồ khối module hiển thị danh sách điểm thu sóng……………………39 Hình 3.3 Mơ đun phần mềm điều khiển bật tắt âm lượng điểm thu ……………….40 Hình 3.4 Kiến trúc tổng thể mơ đun lập lịch phát sóng ………………… 42 Hình 3.5 Kiến trúc chi tiết mô đun phần mềm tạo lịch phát sóng…….………… 43 Hình 3.6: Sơ đồ khối hệ thống máy thu Internet Radio………………………………… 45 Hình 3.7 Sơ đồ việc xác thực clients………………………… …………… 48 Hình 3.8 Sơ đồ khối chi tiết mô đun tương tác với máy thu Internet radio.………… 55 Hình 3.9: Sơ đồ khối máy phát mã RDS-OTP………………………… ………………….57 lu an Hình 3.10: Sơ đồ khối máy thu FM tích hợp giải mã RDS-OTP…………………….58 n va LỜI MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Kể từ đời đến 70 năm, hệ thống phát Việt Nam có bƣớc tiến lớn, đại hóa từ hệ thống máy phát, biên tập chƣơng trình, quảng bá nội dung với quy mô rộng khắp, thu hút đƣợc nhiều thính giả Tuy nhiên, trái ngƣợc với phát triển mạnh mẽ hệ thống phát (Đài tiếng nói Việt Nam đài phát Tỉnh, Thành phố), hệ thống truyền sở bộc lộ nhiều điểm yếu, chƣa đáp ứng đƣợc tốc độ phát triển thời đại nhƣ chƣa phát huy hết tiềm hệ thống truyền sở Qua khảo sát tình hình thực tế đài phát truyền hình tỉnh, đài truyền truyền hình huyện xã địa bàn tỉnh cho thấy vấn đề, hệ thống phát truyền địa bàn tỉnh dừng lại cấp quản lý tin bài, cấp tỉnh nhận tin cấp huyện cấp huyện có nhận số tin cấp xã chuyển lên, có nhuận bút theo quy định trả cho tác giả Mới quản lý chuyên môn Việc quản lý nhà nƣớc sở Thông tin Truyền thông tỉnh quản lý lu an Theo quy trình phát sóng tun truyền đƣờng lối chủ trƣơng sách Đảng, n va Nhà nƣớc, cấp xã ngồi việc thơng báo kế hoạch Đảng uỷ xã, Hội đồng nhân dân xã thơng tin ban ngành đồn thể có yêu cầu Đồng thời đài truyền xã có chức viết bài, biên tập số tình hình trạng thơn cúa xã nhƣ ngƣời tốt, việc tốt Ngồi thơng tin nói đài truyền xã có nhiệm vụ tiếp sóng đài huyện Đài tiếng nói Việt Nam Những tồn hệ thống truyền sở phải kể đến nhƣ sau: - Hệ thống thiếu đồng bộ: Nếu nói phƣơng thức truyền tải âm có phƣơng pháp là: Truyền có dây Truyền khơng dây (chủ yếu dùng sóng FM) Cả hai hệ thống bộc lộ nhiều điểm bất cập, đặc biệt hệ thống khơng dây dùng sóng FM Hệ thống khơng dây đƣợc triển khai ạt, thay nhiều hệ truyền có dây từ đầu năm 2000 nhiều nhà cung cấp khác Tại thời điểm đó, chƣa có quy chuẩn máy phát máy thu FM đƣợc áp dụng, dẫn đến tình trang phƣờng xã loại máy khác nhau, chất lƣợng khác đặc biệt thay lẫn cho Hệ mạng lƣới truyền khơng dây lớn nhƣng khơng có tính tƣơng tác với tƣơng tác với đài phát cấp tỉnh - Hệ thống chưa đảm bảo chất lượng: Nhƣ nói trên, có nhiều nhà cung cấp vấn để hợp chuẩn chƣa đƣợc quan tâm dẫn đến nhiều hạng mục chƣa đảm bảo chất lƣợng: + Máy phát chất lƣợng, hãng sản xuất khơng uy tín + Cụm thu FM độ nhạy thấp, ổn định, thiếu mỹ quan + Loa truyền chất lƣợng kém, gây phản ứng tiêu cực cho ngƣời nghe Vị trí treo loa, cụm thu, cột loa thƣờng tận dụng cột điện, cột tre, gây lộn xộn, thiếu thẩm mỹ an tồn Đây vấn đề gần đƣợc báo chí quan tâm với cụm từ “Loa phƣờng” - Hệ thống thiếu an toàn, tin cậy: Khác với hệ thống truyền có dây, hệ thống truyền khơng dây FM có ƣu điểm việc triển khai, khơng phụ thuộc nhiều vào địa hình, dễ dàng bổ sung thêm điểm thu đầu cuối, không làm ảnh hƣởng đến công suất máy phát trung tâm Tuy nhiên, an lu đặc thù cơng nghệ dùng sóng vơ tuyến, nên độ ổn định, tin cậy phụ thuộc va nhiều vào chất lƣợng máy phát ăn-ten đặt trung tâm Trong bối n cảnh máy phát không đƣợc chuẩn hóa, chất lƣợng nhà cung cấp nội địa khác nhau, làm ảnh hƣởng chung đến chất lƣợng tồn mạng lƣới Mặt khác, sóng vơ tuyến nên vấn đề bảo mật đƣờng truyền cần thiết, tránh tình trạng thu sóng ngồi ý muốn thu sóng đài phát nƣớc ngồi có mục đích xấu Trên thực tế, vấn đề bảo mật đƣờng truyền nhà cung cấp nói chung sơ sài, chí khơng dùng phƣơng thức bảo mật Yếu điểm tính an toàn, độ tin cậy thể rõ tỉnh Tây Ngun nói chung, Đắk Lắk nói riêng, ln điểm nóng an ninh, quốc phịng năm gần Việc đài phát bị hack dẫn đến phát tin tuyên truyền tiếng nƣớc ngồi, hay chống phá nhà nƣớc cịn xảy - Thông tin đến người nghe chưa kịp thời chưa đủ hấp dẫn: Nhƣ nói trên, chất lƣợng âm hệ thống truyền nhiều bất ổn, nhiều địa phƣờng cịn nói chất lƣợng âm kém, dùng hệ thống loa để phát nội dung giải trí đƣợc, vơ 40 an lu n va Hình 3.8 Sơ đồ khối chi tiết mô đun tương tác với máy thu Internet radio Sau ngƣời dùng lựa chọn điểm thu sóng danh sách điểm thu, bƣớc tác vụ điều khiển cho điểm thu từ xa Tác vụ điều khiển bao gồm bật tắt luồng âm loa (trong trƣờng hợp máy phát audio gắn trực tiếp với loa), bật tắt nguồn máy phát FM (tƣơng đƣơng với bật tắt tồn cụm loa xã – dự án, xã đƣợc cấp 01 thu Internet radio, bật tắt phát mã RDS – tùy yêu cầu bảo mật hệ thống Dữ liệu đƣợc gửi theo topic xác định sẵn Broker MQTT Giai đoạn thu thập liệu từ máy thu, thông tin máy thu đƣợc đối chiếu so sánh với 41 liệu Database Chỉ liệu đƣợc xác thực đƣợc hiển thị lên danh sách thiết bị thu sóng Nếu liệu máy thu chƣa tồn (danh sách máy thu Database chƣa có) liệu đƣợc chèn vào Database Dữ liệu sau đƣợc thu thập đƣợc gửi thời gian thực lên Frontend để hiển thị giao diện dropdown list Đầu vào: Dữ liệu user đăng nhập danh sách điểm thu tƣơng ứng Xử lý: Trích xuất thơng tin điểm thu, so sánh đối chiếu database lƣu liệu vào database xuất liệu Đối chiều quyền điều khiển điểm thu với user tƣơng ứng Chỉ hiển thị thiết bị mà user đƣợc gắn quyền Đầu ra: ID IP điểm thu, hiển thị dạng danh sách giao diện phần mềm điều khiển phát Mô đun hiển thị trạng thái thiết bị điều khiển luồng audio: Ngƣời dùng chọn máy thu toàn liệu từ máy thu đƣợc đổ lên giao diện “Điều khiển máy thu từ xa” Frontend Giai đoạn điều khiển từ xa cần đƣợc thực theo thời gian thực Dữ liệu điều khiển phản hồi đƣợc thực thông an lu qua Broker message MQTT bên thứ va Đầu vào: Trạng thái máy thu đƣợc lựa chọn n Xử lý: Xử lý liệu trạng thái điểm thu, luồng audio có trạng thái kết nối thiết bị ngoại vi (máy FM, RDS) Tiếp nhận thao điều khiển, xử lý tác vụ đẩy lệnh điều khiển lên topic tƣơng ứng Ngay có lệnh điều khiển, lịch sử điều khiển đƣợc lƣu trữ vào log file để đảm bảo an tồn minh bạch q trình phát lỗi có hệ thống Tiếp theo liệu đƣợc phản hồi đƣợc lƣu vào log database sau kết thúc trình điều khiển (ngƣời dùng nhấn nút OK) Đầu ra: Hiển thị thông tin trạng thái thiết bị sau điều khiển cửa sổ phần mềm Trong luồng liệu điều khiển, tín hiệu điều khiển đƣợc gửi lên Broker, từ đƣợc trung chuyển đến điểm cuối, sau máy phát thực điều khiển thiết bị phản hồi lại theo chiều ngƣợc lại Dữ liệu sau phản hồi đƣợc cập nhật lên giao diện điều khiển để ngƣời quản lý nắm rõ 3.3.4 Module phát tin khẩn cấp 42 Hệ thống Phát Khẩn cấp hệ thống báo công cộng toàn quốc gia, toàn tỉnh, theo huyện – xã đƣợc chọn Đây thƣờng đƣợc dùng quyền địa phƣơng muốn gửi thơng tin khẩn cấp quan trọng, chẳng hạn nhƣ cảnh báo thời tiết báo bạo động, đến cho cộng đồng bị ảnh hƣởng thông qua đài phát (radio) Các bên tham gia Hệ thống Phát Khẩn cấp – nhà đài phát sóng radio, nhà cung cấp nội dung radio hệ thống thiết bị thu phát đầu cuối Hệ thống hoạt động ngƣời có quyền hạn hệ thống lệnh phát sóng khẩn cấp tin hệ thống Phần lớn cảnh báo Hệ thống Phát thanh/Cảnh báo Khẩn cấp từ Cơ quan Khí tƣợng thủy văn để đáp ứng cho kiện thời tiết cực đoan, nhƣng có ngày nhiều báo động đƣợc gửi từ quan quyền muốn cảnh báo dịch bệnh hay bạo loạn Trong trình triển khai Đắk Lắk, tính khẩn cấp mà Đài phát Tỉnh yêu cầu là: Cảnh báo lũ quét, cảnh báo bạo động dịch bệnh Trong giai đoạn cuối năm 2019, bên Trung Quốc xuất dịch bệnh NcoV, vấn đề cấp thiết, cần đƣợc cảnh báo rộng rãi đến ngƣời dân, lúc hệ thống Phát Khẩn cấp đƣợc sử dụng an lu Một điều quan trọng khác hệ thống phần mềm phát khẩn cấp phải hoàn va tồn tƣơng thích với quy trình hoạt động hệ thống truyền không dây đồng n cấp Một số tính module phần mềm lập lịch là: Phần mềm phân loại luồng (nguồn) audio/tin phát sóng thiết lập mức độ ƣu tiên khác lịch phát sóng Module kết hợp với module phần mềm thiết lập lịch cho hay nhiều thiết bị đầu cuối lúc để phát tin khẩn cấp nhiều địa điểm lúc Việc thực đƣợc dễ dàng cách thay đổi độ ƣu tiên luồng audio module phần mềm lập lịch Khi phát tin khẩn cấp, cần nâng mức độ ƣu tiên lên cao nhất, sau thiết lập lịch phát sóng “ngay lập tức”, tin khẩn cấp đƣợc phát lúc ghi đè lên tin khác Yêu cầu chung module phần mềm phát tin khẩn cấp phải có chức phát sóng tin “ngay lập tức” cho địa điểm – vùng dân cƣ (điểm đầu cuối) định Mô đun phần mềm hoạt động kết hợp với mô đun lịch phát sóng, bao gồm thời gian, địa điểm phát nội dung phát sóng Nội dung phát sóng tin khẩn cấp 43 - Đăng nhập phần mềm với tài khoản đƣợc phân quyền cho phép chạy tin khẩn cấp - Kết hợp với module tạo lịch phát sóng, cho phép chỉnh sửa lịch phát sóng với cụm thiết bị đầu cuối chọn trƣớc - Thêm nội dung tin khẩn cấp - Lựa chọn mức độ ƣu tiên cao phát sóng tin khẩn cấp Mặc định lựa chọn mức độ ƣu tiên cao nhất, thời gian phát sóng Các yêu cầu phi chức cần thoả mãn bao gồm: - Đảm bảo lịch phát sóng phải hoạt động theo thời gian thực - Lựa chọn xác cụm thiết bị đầu cuối (điểm cuối) cần phát sóng khẩn cấp - Lƣu lại log lịch sử phát sóng khẩn cấp Dữ liệu quyền ƣu tiên đƣợc nhập từ bƣớc đầu tiên, từ form tạo lịch Về bản, luồng hoạt động giống nhƣ luồng hoạt động quy trình tạo lịch Mục tạo chƣơng trình phát khẩn cấp đƣa thêm quyền ƣu tiên số tùy chọn an lu frontend (âm lƣợng, thời gian phát ) tƣơng ứng với quyền ƣu tiên cấp cao – va trƣờng hợp khẩn cấp xử lý backend ghi đè luồng audio chƣơng trình n phát sóng với luồng audio có quyền ƣu tiên mức khẩn cấp Quyền ƣu tiên lịch phát sóng đƣợc nhập từ form tạo lịch Quyền ƣu tiên mức độ khẩn cấp (cao nhất) kéo theo giá trị default thời gian phát (ngay lập tức) Dữ liệu lƣu vào bảng sở liệu Bảng liệu chứa tồn thơng tin lịch phát sóng khẩn cấp: tên lịch phát sóng, loại lịch phát sóng, chế độ ƣu tiên, ngày phát, thời lƣợng phát sóng, chế độ lặp lại (hàng ngày), ngƣời kích hoạt lịch cuối nội dung phát sóng Ở có ý chế độ ƣu tiên bao gồm 255 mức ƣu tiên từ đến 255 theo thứ tự mức ƣu tiên cao Trong đó, trƣờng hợp khẩn tin tức đƣợc đánh mã ƣu tiên cao đƣợc phát sóng đè lên chƣơng trình đƣợc phát điểm thu phát cuối Chỉ có ngƣời dùng có quyền đƣợc tạo lịch phát sóng với quyền ƣu tiên mức độ cao Việc triển khai thực tế cần phụ thuộc vào yêu cầu bên đài phát Tỉnh để đƣa cấu hình hay phân quyền cho hợp lí Sau lần phát khẩn cấp, liệu đƣợc cập nhật vào bảng liệu đƣợc gửi thời gian thực lên Frontend để hiển thị giao diện thống kê, báo 44 cáo Các tác vụ xếp, hiển thị, tìm kiếm đƣợc thực trực tiếp Frontend số lƣợng lần phát sóng khẩn cấp trở lên nhiều Trong lịch sử, nhân viên quản lý chọn nhiều máy thu để thiết lập tin phát khẩn cấp cho điểm thu phát hay nhiều điểm thu phát Tiếp theo quy trình chọn nội dung phát sóng, chọn luồng audio – đƣợc trình bày mục cơng việc trƣớc - Đầu vào: Dữ liệu lịch phát sóng, thơng tin lịch phát, nội dung phát, điểm phát sóng, Quyền ƣu tiên lịch phát chọn mức ƣu tiên “khẩn cấp” mức cao - Xử lý: Trích xuất thơng tin lịch phát tại, lịch phát “khẩn cấp” lƣu trữ, xử lý luồng audio “khẩn cấp” - Đầu ra: Kiểm tra luồng audio khẩn cấp điểm thu phát cuối Luồng stream audio, đƣợc sử dụng thông qua phần mềm streaming audio chuyên nghiệp, đƣợc đẩy lên máy chủ phát sóng sau đƣợc tạo Mục trình bày nội dung phân tích thiết kế mô phần mềm phát an lu tin khẩn cấp, cho hay nhiều máy, hay cụm máy, với chức va tạo quyền ƣu tiên cho lịch phát sóng Từ ngƣời dùng muốn tạo chƣơng trình n phát khẩn cấp, ngƣời dùng việc thiết lập/sửa lịch phát sóng, thiết lập nội dung cho lịch phát sóng ứng với điểm hay nhiều điểm thu phát cuối cuối cùng, quan trọng thiết lập quyền ƣu tiên cho lịch phát sóng mức cao Nội dung chi tiết bao gồm yêu cầu chức năng, kiến trúc tổng thể, luồng hoạt động thành phần phần mềm phát tin khẩn cấp 3.4 Máy phát mã giải mã RDS-OTP Hệ thống truyền liệu vô tuyến RDS (Radio Data System) công nghệ đƣợc phát triển để cung cấp dịch vụ liệu giá trị gia tăng sử dụng cho trạm phát vơ tuyến FM có tần số từ 87.5MHz đến 108 MHz Mục đích RDS làm tăng thêm chức hệ thống truyền dẫn vô tuyến, đặc biệt ngƣời sử dụng thu tín hiệu vơ tuyến di động RDS chuẩn hóa số loại thông tin đƣợc truyền, bao gồm thời gian, mã trạm thơng tin chƣơng trình Đài phát sử dụng RDS để gửi tin quảng bá ngắn gọn cho ngƣời sử dụng hiển thị hình nhƣ thơng tin thời tiết, giá cả, tình hình giao thơng, thơng tin quảng cáo Đặc biệt phát chia theo khu vực nội dung phát không 45 bị ảnh hƣởng Sóng FM sử dụng băng tần UHF (tần số từ 87.5 tới 108 Mhz) cho phép phủ sóng vịng bán kính từ 80 tới 160 km Trạm phát sóng FM sử dụng phƣơng pháp đa truy nhập theo tần số (FDMA) để chia sẻ băng tần UHF, trạm phát FM truyền nhiều kênh Hệ thống cho phép trạm phát sóng truyền thêm loại thơng tin thơng qua tín hiệu số đƣợc mã hóa, tín hiệu sau đƣợc nhận hiển thị thiết bị thu tín hiệu Nhờ mà hiển thị đƣợc máy thu tiêu đề, tên ca sĩ tên hát phát, thông tin giao thông, số điện thoại nhà quảng cáo,… phát chƣơng trình mà khơng làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng chƣơng trình phát Một tham số quan trọng khác để đạt đƣợc mục đích mức xâm nhập liệu Mức xâm nhập liệu cao dịch vụ liệu thô (more rugged); nhiên dƣới điều kiện truyền dẫn đa đƣờng, nhiễu kênh âm tăng lên Các thử nghiệm nhận thấy sóng mang phụ có độ lệch tối thiểu ±1 kHz, thƣờng đƣợc chọn mức ±2 kHz Tại mức này, không phát thấy nhiễu từ an lu kênh liệu q trình nghe radio va Bộ phát mã tín hiệu RDS hay cịn gọi tín hiệu điều khiển, phát tín hiệu n điều chế chung với sóng cao tần Sau tới máy thu đƣợc giải mã để điều khiển tắt mở cụm thu FM từ xa chống nhiễu có tín hiệu lạ tần số phát RDS có khả cung cấp nhiều dịch vụ, nhƣng dịch vụ thƣờng đƣợc đài truyền hình khai thác, đặc biệt Pháp Trong số dịch vụ phổ biến nhất, tác giả tìm thấy: - PS (Dịch vụ chƣơng trình): Tên trạm, bao gồm tám ký tự chữ số, đƣợc hiển thị hình máy thu Trừ trƣờng hợp đặc biệt, tất trạm cung cấp dịch vụ Tiêu chuẩn RDS nói tám ký tự phải đƣợc cố định thể tên trạm Trên thực tế, số radio chuyển hƣớng dịch vụ để truyền tải thông tin động Tại Pháp, CSA cấp phép cho thử nghiệm thực hành cuối năm 2009 Tuy nhiên, RDS bao gồm dịch vụ phù hợp với thông tin động, radiotexte (xem infra) - AF (Tần suất thay thế): Các máy phát phát danh sách tần số máy phát lân cận trạm Do đó, radio xe tìm kiếm tần số 46 tốt có sẵn Do đó, bạn nghe trạm từ đầu sang đầu mà không thay đổi tần số theo cách thủ công (tần số đƣợc "tải xuống" vào RAM radio ô tô) - CT (Giờ đồng hồ): RDS cho phép truyền thời gian, cài đặt đồng hồ máy thu Dịch vụ đƣợc cung cấp nhiều trạm, nhƣng khơng có đảm bảo độ tin cậy thời gian truyền (một cách tốt cho trạm đồng hóa mã hóa RDS đồng hồ điều khiển vơ tuyến, ví dụ nhƣ máy phát DCF77 Frankfurt Đức Kopitz 2) - TP (Chƣơng trình giao thơng)/TA (Thơng báo giao thông): TP cờ cho biết liệu trạm nhận đƣợc có khả đƣa thơng báo đƣờng hay không Hầu nhƣ tất đài phát hành cờ này, họ không phát sóng thực tế quảng cáo đƣờng - EON (Mạng khác nâng cao): Thông tin EON đƣợc tham chiếu chéo chƣơng trình khác thuộc mạng Mỗi trạm phát tham chiếu trạm khác mạng: tên (PS), mã nhận dạng (PI), tần số an lu (AF), loại chƣơng trình (PTY), phổ biến thông tin giao thông (TP/TA) Điều va cho phép ngƣời nhận chuyển sang trạm khác quảng cáo đƣờng n đƣợc phát Việc chuyển đổi kéo dài thời gian phát sóng thơng báo; ngƣời nhận sau tính tốn lại chƣơng trình gốc Ví dụ, Pháp, đàm nhóm Radio France đề cập đến nhau, nhƣ 107,7 MHz, tần số đƣờng cao tốc Do đó, ngƣời lái xe nghe radio này, hƣởng lợi từ thơng tin giao thơng đƣợc phát thiết bị khác - Hiển thị văn radio đài phát xe hơi: hiệu trạm KBPI ( khu vực Denver ), "KBPI Rocks the Rockies" - RT (Văn vô tuyến): Các radiotexte cho phép khuếch tán văn thông qua RDS Các văn câu hỏi sau đƣợc hiển thị theo yêu cầu hình máy thu Ví dụ nhƣ radiotexte đƣợc sử dụng để truyền tải tiêu đề chƣơng trình tác phẩm âm nhạc đƣợc phát sóng - PTY (Loại chƣơng trình) PTYN (Tên loại chƣơng trình): Bạn định loại chƣơng trình phát từ 32 loại đặt trƣớc (tính PTY) Một số 47 máy thu cho phép quét chọn lọc trạm đƣợc lƣu trữ, tùy thuộc vào loại chƣơng trình bạn thích Một số trạm liên tục sửa đổi mã PTY họ để phù hợp với lƣợng khí thải họ, nhƣng trạm khác không muốn định loại chƣơng trình để chúng đƣợc đƣa vào thƣờng xuyên lần quét Nhờ dịch vụ liên kết PTYN, mặt lý thuyết tinh chỉnh loại chƣơng trình cách phát hành tiêu đề tám ký tự (ví dụ: PTY tƣơng ứng với loại "thể thao" chung, PTYN có chứa văn "bóng đá") PTYN không đƣợc sử dụng thực tế - TMC ( Kênh tin nhắn giao thông ): RDS kênh truyền tải cho liệu thơng tin lƣu lƣợng có cấu trúc TMC Dịch vụ bổ sung: RDS đƣợc sử dụng cho mục đích khác: truyền liệu công cộng (TDC, kênh liệu minh bạch ) riêng tƣ (IH, ứng dụng nội ), phân trang , dịch vụ công khai khác đăng ký hợp lệ (ODA, ứng dụng liệu mở ) Mã OTP từ viết tắt One Time Password Có nghĩa mật sử dụng an lu lần Mã xác thực OTP chuỗi số chuỗi kết hợp số với ký tự va Nhƣng khác mật thông thƣờng, mã xác thực OTP đƣợc tạo ngẫu nhiên không n phải từ ngƣời dùng, sử dụng đƣợc lần sau khơng cịn tác dụng Thậm chí, thời hạn mật OTP thƣờng ngắn, sau 30 giây, 60 giây hay vài phút, vô tác dụng lại đƣợc thay mã OTP giảm thiểu nguy bị đánh cắp liệu,cung cấp bảo vệ tốt nhiều cho tài khoản ngân hàng trực tuyến, mạng công ty hệ thống khác có chứa liệu nhạy cảm Nó cung cấp kỹ thuật bảo mật nâng cao so với mật tĩnh (Không thay đổi qua phiên đăng nhập khác nhau) OTP hoạt động thông qua thuật tốn ngẫu nhiên, ln đƣợc tạo ngẫu nhiên với phiên đăng nhập giao dịch Vì vậy, tin tặc hay cracker khơng thể đốn đƣợc mật Ưu điểm công nghệ OTP - An toàn: Giải tốt vấn đề giả mạo, đánh cắp, Key logger Đối với hai yếu tố xác thực, thiết bị đƣợc kết hợp với mã PIN mật - Dễ dàng sử dụng: Việc nhận dạng xác thực đƣợc thực vài giây tránh đƣợc nguy bị lỗi gõ mã OTP dài qua mã từ thiết bị 48 chứng thực vào máy tính (Ví dụ OTP Token sử dụng hình hiển thị) Nó hoạt động với tài nguyên đăng nhập đƣợc tất tảng máy tính, trình duyệt khơng cần phần mềm cài đặt Client Nhanh chóng tích hợp dễ dàng vào ứng dụng web (Windows, Linux, Mac, Internet Explorer, Firefox, ) - Linh hoạt: Ngƣời dùng dễ dàng sử dụng cho máy tính khác dễ mang theo bên Sơ đồ khối máy phát mã RDS-OTP nhƣ hình dƣới đây: an lu n va Hình 3.9: Sơ đồ khối máy phát mã RDS-OTP Lựa chọn giải pháp OTP cho hệ thống truyền không dây Theo nhƣ trình bày trên, cơng nghệ OTP mang lại giải pháp hữu ích việc bảo mật hệ thống, xác thực ngƣời dùng, trình đăng ký, đăng nhập vào hệ thống Tác giả nghiên cứu đề xuất giải pháp áp dụng công nghệ để xác thực đƣờng truyền để đảm bảo mát phát phát nội dung đƣợc cho phép Đầu tiên, RDS cõng mã OTP đƣợc gửi từ máy phát FM đến máy thu Việc đƣợc thực cách chèn bit OTP nhỏ vào chuỗi mã hoá liệu RDS Mã OTP đƣợc tạo thuật toán theo thời gian dựa bảng mã có sẵn máy phát Mã đƣợc đồng cách với mã máy thu, nên có máy thu FM nhận biết mã tránh đƣợc kiểu công replay Mỗi máy phát gửi mã, máy thu giải mã Nếu mã OTP máy thu FM lúc đồng ý phát sóng chƣơng trình Nhƣ hiểu rõ máy phát 49 FM máy thu FM dùng OTP nhƣ phƣơng thức xác thực, để bật tắt máy phát kỹ thuật mã hố tín hiệu đƣờng truyền Ý tƣởng khơng phải mã hố tín hiệu FM mà truyền chuỗi OTP xác thực kèm với sóng sử dụng cơng nghệ RDS Chuỗi mã hố đƣợc gửi kèm với chuỗi sóng mang đƣợc xác thực máy thu FM điểm phát cuối Khi điểm phát cuối xác thực đƣợc chuỗi OTP tiến hành phát sóng Q trình diễn nhanh, khơng mang lại cảm giác bị gián đoạn đƣờng truyền Chuỗi OTP đƣợc thay đổi liên tục thuật tốn, tránh đƣợc Replay attack việc chiếm quyền phát sóng FM Câu hỏi đặt phải xây dựng hệ thống phần mềm đồng mã OTP máy phát FM huyện, xã máy thu FM phát loa thôn, Chi tiết phần kỹ thuật đƣợc thực mục Trong mục trên, nhóm thực nghiên cứu lí thuyết mã hóa OTP: nhằm mục đích tìm hiểu đƣợc ngun tác mã hóa OTP đề phƣơng án tích hợp hệ thống truyền thông không dây đồng cấp; nghiên cứu lí thuyết xây dựng an lu module phát mã giải mã OTP, để xây dựng đƣợc sơ đồ khối module phát mã giải va mã nhƣ đề đặc tính kỹ thuật nhằm phục vụ nội dung thiết kế chế tạo n module tích hợp vào hệ thống truyền thơng khơng dây 3.5 Máy phát FM FM viết tắt ( Fryquency Moducation : Điều chế tần số ) điều chế theo phƣơng thức làm thay đổi tần số tín hiệu cao tần theo biên độ tín hiệu âm tần, khoảng tần số biến đổi 150KHz Sóng FM sóng cực ngắn tín hiệu Radio, sóng FM thƣờng phát dải tần từ 76MHz đến 108MHz Với mạch điều chế tần số sóng mang có biên độ khơng đổi, nhƣng tần số thay đổi theo biên độ tín hiệu âm tần, biên độ tín hiệu âm tần tăng tần số cao tần tăng, biên độ âm tần giảm tần số cao tần giảm Nhƣ sóng mang FM có tần số tăng giảm theo tín hiệu âm tần giới hạn tăng giảm +150KHz -150KHz , nhƣ tần số sóng mang điều tần có dải thơng 300KHZ Thí dụ đài tiếng nói việt nam phát sóng FM 100MHz truyền dải tần từ 99,85 MHz đến 100,15 MHz Q trình phát sóng FM: 50 Điều chế FM q trình điều chế tín hiệu tần số thấp( nhƣ tín hiệu âm tần, tín hiệu video ) vào tần số cao tần theo phƣơng thức => Biến đổi biên độ tín hiệu cao tần theo hình dạng tín hiệu âm tần => Tín hiệu cao tần thu đƣợc gọi sóng mang Sóng mang sau điều chế đƣợc khuếch đại đƣa An ten để phát xạ truyền xa Ƣu nhƣợc điểm sóng FM: Sóng FM có nhiều ƣu điểm mặt tần số, dải tần âm sau tách sóng điều tần có chất lƣợng tốt, cho âm trung thực truyền âm Stereo , sóng FM bị can nhiễu só với sóng AM Nhƣợc điểm sóng FM cự ly truyền sóng ngắn, truyền đƣợc cự ly từ vài chục đến vài trăm Km , sóng FM thƣờng đƣợc sử dụng làm sóng phát địa phƣơng Truyền FM cung cấp chất lƣợng hoàn hảo máy phát đƣợc sử dụng nhà nhận đƣợc đài phát có chất lƣợng tốt, bạn khơng thể nói ngƣời thực nói chuyện phịng thông qua liên kết FM, nghe radio an lu Hệ thống máy phát FM cấp huyện (88-108 MHz/500W) sử dụng công suất va 500W phát công suất lớn bao trùm toàn huyện Hệ thống máy phát FM cấp xã (54-68 n MHz/50W) dùng cơng suất nhỏ Máy phát huyện xã không sử dụng chung tuần số, chống bị nhiễu đƣờng truyền Máy phát thích hợp máy phát mã RDS-OTP để truyền liệu liên kết xã huyện 3.6 Thiết bị đầu cuối Trong hệ thống truyền không dây, thiết bị đầu cuối máy phát tín hiệu qua loa phóng (máy thu FM đặt thơn bản, thu tín hiệu từ cấp xã, huyện, tinh) phát trực tiếp qua loa Thiết bị đầu cuối điểm xâm nhập tiềm ẩn cho mối đe dọa an ninh mạng cần đƣợc bảo vệ chặt chẽ chúng thƣờng mắt xích yếu bảo mật mạng Quản lý bảo mật thiết bị đầu cuối gì? Đây quy tắc xác định mức độ bảo mật mà thiết bị kết nối với mạng hệ thống phải tuân thủ Các chƣơng trình giúp bảo vệ thiết bị hệ thống tránh khỏi việc bị công, bị kiểm sốt q trình phát sóng nội dung Bảo mật thiết bị đầu cuối thuật ngữ đƣợc dùng rộng rãi, đề cập đến số biện pháp bảo mật, nhƣng nằm phạm trù bảo mật mạng nói chung 51 an lu va n Hình 3.10: Sơ đồ khối máy thu FM tích hợp giải mã RDS-OTP Với việc áp dụng tổng thể kỹ thuật RDS-OTP trên, hệ thống đầu cuối bật lên phát tín hiệu nhận luồng liệu có mã OTP phù hợp, cịn khơng, hệ thống trạng thái tắt khơng phát sóng Trong sơ đồ sơ đồ khối máy thu FM thôn bản, đáp ứng đƣợc đầy đủ yêu cầu đặt ra, với việc tiếp sóng tần số phát từ cấp Tỉnh, huyện, xã, tích hợp mạch thu RDS-OTP, kèm giải mã RDS giải mã OTP để đảm bảo xác thực đƣờng truyền 3.7 Kết chƣơng Để xây dựng hệ thống truyền không dây đồng 03 cấp, cần phải làm chủ phần cứng phần mềm hệ thống Mục đích hệ thống phần mềm là xây dựng hệ thống máy chủ nội dung máy chủ phát sóng, để nhận nội dung tin từ đơn vị sản xuất điều khiển luồng nội dung nội dung, sau phát tin qua Internet thu thập số liệu từ máy thu Internet Radio, thông qua hệ thống sử dụng công nghệ IoT 52 Về hệ thống phần cứng, nhóm chế tạo Máy thu Internet Radio đƣợc đặt cấp tỉnh, huyện, xã, phía trƣớc máy phát FM Tại cấp huyện, máy thu Internet Radio đƣợc đặt gần máy phát FM công suất vừa (500W) để phát qua an-ten cấp huyện Tại cấp xã, máy thu Internet Radio đƣợc đặt gần máy phát FM công suất nhỏ (50W) để phát qua an-ten cấp xã đến điểm đầu cuối Do tính quan trọng máy thu Internet Radio hệ thống truyền không dây đồng cấp, để đảm bảo an tồn thơng tin, nhóm thực đề tài nghiên cứu, thiết kế, xây dựng, chế tạo từ phần cứng đến phần mềm Để đảm bảo an ninh an tồn phát sóng, địi hỏi tín hiệu điều khiển phải đƣợc kiểm sốt khơng thể bị công Việc nghiên cứu chế tạo máy phát mã RDS-OTP phải thỏa mãn điều kiện: Có thể truyền đƣợc tín hiệu điều khiển bảo mật đƣợc tín hiệu điều khiển Tín hiệu truyền sóng RDS, tín hiệu đƣợc mã hóa sử dụng OTP Từ yêu cầu đó, nhóm nghiên cứu phải tiến hành nghiên cứu, phát triển, chế tạo phần cứng phát triển phần mềm máy phát mã RDS-OTP Máy thu FM chuyên dụng điểm đầu cuối cần phải có tích hợp giải mã RDS-OTP để đảm bảo chất lƣợng âm đảm bảo an tồn thơng tin Sau thiết kế, chế tạo máy phát an lu mã RDS-OTP để mã hóa tín hiệu đƣợc gửi từ máy phát FM, để đồng hệ thống, va nhóm nghiên cứu phải tiến hành thiết kế, xây dựng chế tạo từ phần cứng đến phần n mềm máy thu FM có tích hợp giải mã RDS-OTP Chỉ tín hiệu, sau đƣợc giải mã RDS, đƣợc kiểm nghiệm mã code OTP xác âm đƣợc qua mạch khuếch đại loa Do tín hiệu bị chèn mà khơng mang kèm mã bảo mật (khi bị cơng) cụm loa khơng đƣợc phát thanh, đảm bảo thông tin trái phép không đƣợc phát tán 53 KẾT LUẬN Sau thời gian thực luận văn với nỗ lực thân với kiến thức kinh nghiệm đƣợc truyền đạt từ thầy cô khoa, đặc biệt hƣớng dẫn tận tình giảng viên hƣớng dẫn, thầy PGS TS Đặng Hoài Bắc, em hồn thành đồ án “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình hệ thống truyền thông radio số đồng 03 cấp tỉnh, huyện, xã qua internet sóng FM” với kết đạt đƣợc nhƣ sau: - Khảo sát mô hình hệ thống truyền Việt Nam giới Đƣa công nghệ đƣợc áp dụng, ƣu nhƣợc điểm công nghệ - Khảo sát tình hình hệ thống truyền Việt Nam, yếu điểm cần khắc phục tính cần phát triển thêm - Xây dựng mơ hình hệ thống truyền thông radio số đồng cấp (tỉnh, huyện, xã), kết hợp công nghệ truyền qua Internet với sóng FM đƣợc chứng minh tính khả thi phƣơng thức triển khai đƣa vào thử nghiệm thực tế - Đề xuất tính cụ thể mô đun phần cứng nhƣ phần mềm lu an hệ thống để đáp ứng đƣợc yêu cầu thực tế n va 54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J P Hoffbeck and M M Sugiyama, "Real-time FM radio for teaching DSP and communication systems," 2013 IEEE Frontiers in Education Conference (FIE), Oklahoma City, OK USA, 2014, pp 1087-1090 [2] L Li, L Sun, G Xing, W Huangfu, R Zhou and H Zhu, "ROCS: Exploiting FM Radio Data System for Clock Calibration in Sensor Networks," in IEEE Transactions on Mobile Computing, vol 14, no 10, pp 2130-2144, 2015 [3] A F Pratiwi, G M Aji, Purwiyanto, Chairunnisa and A Munir, "Wireless electronic information board for tsunami early warning system based on FM radio," 2017 7th International Annual Engineering Seminar (InAES), Yogyakarta, 2017, pp 1-4 [4] H Fuchs and N Firber, "ISMA Interoperability and Conformance," in IEEE MultiMedia, vol 12, no , pp 96-102, 2005 [5] D Radović, M Čupić, S Stefanović and D Majstorović, "Internet radio player lu an implementation using FFmpeg software support," 2017 International Conference on n va Smart Systems and Technologies (SST), Osijek, 2017, pp 259-262 [6] James A Robertson (2016) U.S Patent No US9230084B2 Washington, DC: U.S Patent and Trademark Office Method and system for enabling secure one-time password authentication [7] Sung, Jong-Yeop; Lee, Sang-Duck; Ryu, Chang-Ju; Han, Seung-Jo, “Mutual Authentication Protocol using One Time Password for Mobile RFID System,” Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, Volume 18, Issue 7, pp.1634-1642, 2014 [8] Gotimukul Venkatesh, Sunkara Venu Gopal, Mrudula Meduri, C Sindhu, “Application of session login and one time password in fund transfer system using RSA algorithm,” International conference of Electronics, Communication and Aerospace Technology (ICECA), 2017 [9] Icecast [Online] Available: https://icecast.org [10] Shoutcast [Online] Available: https://www.shoutcast.com [11] RVR eletronica http://www.rvr.it/en/ [12] http://www.cuctanso.vn/hoidap/Pages/hd-cap-phep.aspx?ItemID=1490