quản lý và định vị thiết bị iot dựa vào nền tảng của điện toán đám mây

Tran Thi Minh Khoa hghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

TRẦN QUANG HUY NGUYỄN MINH SƠN

QUẢN LÝ VÀ ĐỊNH VỊ THIẾT BỊ IoT TRÊN NỀN TẢNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

Ngành: Công Nghệ Thông Tin

Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Thị Minh Khoa

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 7 NĂM 2020

hghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihh

81Thursday, June 13, 20249:24:27 PM9:24:27 PM81Thursday, June 13, 20249:24:27 PM9:24:27 PM81Thursday, June 13, 20249:24:27 PM9:24:27 PM

hghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihh

hghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhhghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihh

81hghieh euu giai uhau ghbv theo huohg tieu eah hgheo dc ehieu tai xa tah vihh huyeh luohg xoh tihh hoc bihhThursday, June 13, 2024

Trang 2

INDUSTRIAL UNIVERSITY OF HO CHI MINH CITY FACULTY OF INFORMATION TECHNOLOGY

Tran Quang Huy Nguyen Minh Son

MANAGE AND LOCATE IoT DEVICES ON

CLOUD COMPUTING PLATFORMS

Major: Information technology

Instructor: PhD Tran Thi Minh Khoa

Trang 3

Manage and locate IoT devices on cloud computing platforms ABSTRACT

Reason for choosing the topic:

Nowadays, the population is increasing, the problem of daily transportation is increasing, the movement by means of transportation is increasingly used widely as motorcycles, cars, airplanes Since then, the issue of tracking the travel routes of vehicles is really necessary to avoid unfortunate circumstances in our lives To track as well as share the location information of the vehicle we need a IoT device and a storage program to handle it Those are the reason for our team to build this system

Problems:

- In black box inside vehicle, Rasbperry is connected to GPS Neo-M8N

- The coordinate data from the IoT device is updated continuously every second to the Cloud IoT core, then redirects to the Topic Pub/Sub

- Google Cloud Function is activated whenever Pub/Sub receives new data - The data is fed into Firebase real-time database

- The mobile application accesses Firebase via request and displays the coordinates data continuously for the user

Methods:

Using technology such as: Android Studio, Visual Studio code, Cloud IoT Core, Google Map API, Firebase, … and read more related documents to understand some problems of the topic

Trang 4

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, đất nước ngày càng phát triển về kinh tế, các cơ sở hạ tầng, đường sá được xây dựng ngày càng nhiều, các tên đường xa lạ, các khu đô thị mới mọc lên, xe cộ được sử dụng rộng rãi giúp chúng ta đi lại dễ dàng từ nơi này đến nơi khác thuận tiện Việc di chuyển từ nơi này đến nơi khác không còn quá khó khăn, dân số ngày càng đông nhu cầu đi lại di chuyển là ngày càng gia tăng

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và sự bùng nổ internet, lĩnh vực IoT (Internet Of Thing) cũng đã phát triển một cách không ngừng, giúp cho cuộc sống con người ngày càng hoàn thiện, chất lượng cuộc sống ngày một cao hơn Từ đó việc theo dõi lộ trình xe được người dùng quan tâm, để theo dõi được lộ trình xe thì cần phải có thiết bị định vị và quản lý

Cùng với mục đính nhằm giảm thiểu chi phí, không tốn kém về đầu tư cơ sở hạ tầng dựa trên nền tảng điện toán đám mây một cách tiện lợi và nhanh chóng, dữ liệu được an toàn được đồng bộ hóa trên đám mây, đảm bảo được độ an toàn, triển khai nhanh chóng và ở bất kỳ đâu

Nhận thấy được điều đó, cùng với sự phát triễn mạnh mẽ của internet trong thời đại ngày nay, nhóm đã quyết định thực hiện khóa luận với ý tưởng quản lý và định vị thiết bị IoT dựa vào nền tảng của điện toán đám mây Nghiên cứu và đưa ra ứng dụng giúp chia sẽ vị trí của phương tiện lên ứng dụng android nhằm theo dõi định vị của thiết bị Thiết bị GPS thay thế cho hộp đen của xe để chia sẽ vị trí thông qua một ứng dụng được chúng em xây dựng

Chương trình đã được thử nghiệm trên thực tế và đã mang lại một kết quả rất tốt, đạt được thành công và đáp ứng phần lớn yêu cầu và mục đích mà nhóm đã đặt ra

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các thầy cô trong khoa Công Nghệ Thông Tin, cũng như tất cả các thầy cô trong trường Đại Học Công Nghệp TP.HCM đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu của mình trong suốt quá trình chúng em học tập và nghiên cứu tại trường

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến cô TS Trần Thị Minh Khoa, người đã truyền cảm hứng, niềm đam mê nghiên cứu, sáng tạo cho chúng em Cô là người đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ và tạo điều kiện tốt nhất để chúng em hoàn thành khóa luận này

Xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị và bạn bè trong khoa Công Nghệ Thông Tin đã giúp đỡ, trao đổi kiến thức trong suốt quá trình học tập và thực hiện khóa luận này

Chúng con xin dành lời cảm ơn to lớn nhất đến ba, mẹ và gia đình Ba, mẹ và gia đình đã luôn ở bên chúng con, là nguồn động lực không mệt mỏi và là chỗ dựa tinh thần vững chắc giúp chúng con vượt qua những khó khăn để hoàn thành tốt khóa luận này

Mặc dù đã nỗ lực cố gắng song khóa luận này chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót, khuyết điểm Chúng tôi kính mong nhận được sự thông cảm và tận tình chỉ bảo, góp ý của quý Thầy Cô và các bạn

Cuối cùng chúng em xin gửi lời chúc sức khỏe và thành đạt tới tất cả quý Thầy Cô cùng toàn thể gia đình và bạn bè

Xin chân thành cảm ơn!

Trang 6

Trang 7

Trang 8

1.5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 10

1.6 Cấu trúc khóa luận 10

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT BỊ 11

2.1 Giới thiệu về Raspberry Pi 3 11

Trang 9

3.1.4 Mô hình của một hệ thống IoT 26

3.2 Các giao thức truyền nhận dữ liệu 27

3.2.1 Các giao thức dùng trong IOT 27

3.2.2 Các giao thức truyền qua mạng 28

3.2.3 Giao thức sử dụng 28

3.3 Tổng quan về Google Cloud IoT 34

Trang 10

3.3.1 Cloud IoT Core 34

3.3.2 Google Cloud Pub/Sub 38

3.3.3 Cloud Function 40

3.4 Google Map API 41

3.4.1 Giới thiệu 41

3.4.2 Google Direction API 41

3.4.3 Google Places API 46

3.5 Google Cloud Platform 47

3.6 Firebase 47

3.7 Database realtime 48

3.7.1 Database Realtime là gì? 49

3.7.2 Mô hình của Firebase Realtime Database 49

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 51

4.1 Mô hình triển khai hệ thống 51

4.2 Triển khai hệ thống 52

4.2.1 Cài đặt các thư viện cần thiết 52

4.2.2 Xây dựng ứng dụng React Native android cho hệ thống 53

4.2.3 Triển khai Cơ sở dữ liệu thời gian thực FireBase cho hệ thống 54

4.2.4 Cấu hình IoT Cloud cho thiết bị Raspberry pi 55

4.2.5 Chạy chương trình để lấy tọa độ từ GPS và gửi đến Firebase 57

Trang 11

4.2.6 Chạy chương trình trên ứng dụng Android 59

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69

Trang 12

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1 Raspberry pi 3 11

Hình 2 2 Giao diện raspberry pi 3 13

Hình 2 3 Các vệ tinh trong hệ thống GPS 13

Hình 2 4 Module định vị GPS U-Blox NEO-M8N-0-10 15

Hình 2 5 Sơ đồ cấu hình trên mạch 17

Hình 2 6 Hoạt động của React native 18

Hình 3 5 Hình mô hình xây dựng và huấn luyện ML moudels trên Cloud 35

Hình 3 6 Thành phần và luồng dữ liệu IoT core 37

Hình 3 7 Mối quan hệ giữa publisher và subcriber 39

Hình 3 8 Luồng xử lý trong cloud pub/sub 39

Trang 13

Hình 3 10 Biểu tượng firebase 47

Hình 3 11 Biểu tượng Firebase Realtime Database 48

Hình 3 12 Mô hình Firebase Realtime Database 50

Hình 4 1 Mô hình triển khai hệ thống 51

Hình 4 2 Cấu trúc thư mục 53

Hình 4 3 Cơ sở dữ liệu Firebase 54

Hình 4 4 Cấu trúc thư mục trên Raspberry pi 3 57

Hình 4 5 Kết quả chạy chương trình tracklocation.py 58

Hình 4 6 Kết quả dữ liêu ở Cloud Funtion 58

Hình 4 7 Kết quả tọa độ Firebase 59

Hình 4 8 Form đăng nhập 59

Hình 4 9 Giao diện ứng dụng thiết bị có thể xem 60

Hình 4 10 Tọa độ và địa chỉ Device2 60

Hình 4 11 Tọa độ thay đổi trên bản đồ 61

Hình 4 12 Tọa độ thay đổi trên bản đồ 2 62

Hình 4 13 Form đăng ký 63

Hình 4 14 Giao diện hệ thống 64

Hình 4 15 Giao diện hệ thống cấp quyền 65

Hình 4 16 Giao diện đăng nhập và cấp quyền 65

Hình 4 17 Giao diện đăng nhập và cấp quyền 2 66

Trang 14

Hình 4 18 Giao diện người dùng 66 Hình 4 19 Giao diện thông tin chi tiết Device8 67 Hình 4 20 Giao diện thông tin chi tiết Device2 và Device 1 68

Trang 15

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3 1 So sánh MQTT và HTTP 33 Bảng 3 2 Các tham số sử dụng trong Google Directions API 42 Bảng 3 3 Các dữ liệu trả về trong Google Directions API 43

Trang 16

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Từ đó vấn đề theo dõi lộ trình di chuyển của các phương tiện được mọi người quan tâm và thật sự cần thiết nhằm tránh trường hợp không may xảy ra trong cuộc sống của chúng ta Biết được quãng đường nào nhanh nhất để di chuyển đến cũng như để theo dõi cũng như chia sẽ được thông tin vi trí của phương tiện chúng ta cần phải có thiết bị định vị và một chương trình lưu trữ xử lý nó

Với lý do đó là động cơ để nhóm xây dựng khóa luận này

1.3 Mục tiêu đề tài

Xây dựng hệ thống quản lý và xác định vị trí của thiết bị bao gồm thiết bị di động của người dùng và thiết bị IoT có gắn cảm biến định vị GPS, dữ liệu tọa độ được lưu trữ và xử lí trên môi trường điện toán đám mây

Ứng dụng Android lấy dữ liệu để hiển thị các thông tin của các thiết bị như tọa độ và khoảng cách giữa chúng theo thời gian thực

Hệ thống trên là cơ sở để xây dựng một nền tảng quản lý vị trí xe khách, với hộp đen trong các xe khách chứa thiết bị IoT và vị trí xe khách được cập nhật liên tục đến hành khách hoặc quản lý

Trang 17

1.4 Ý nghĩa đề tài

Với những mục tiêu cụ thể, nhóm hy vọng sẽ xây dựng thành công một hệ thống quản lý và định vị thiết bị IoT thuần việt cho người dùng thiết bị di động trên nền tảng Android kết hợp với công nghệ, mang lại một cái nhìn trực quan hơn, trải nghiệm một hệ thống chia sẽ tiên tiến mà không còn gặp phải những khó khăn cũng như sử dụng các sản phẩm của công ty nước ngoài

1.5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Phân tích yêu cầu và chọn thiết bị IoT dùng thay thế cho hộp đen của xe Đề tài chủ yếu chỉ quan tâm đến việc quản lí theo dõi định vị thiết bị IoT, xây dựng ứng dụng Android để quản lý thông tin với sự hỗ trợ của goog map api và phải sử dụng trong môi trường có kết nối Internet (3G, Wifi…) để trao đổi dữ liệu, đưa dữ liệu lên cloud lưu trữ và xử lý dữ liệu khi cần thiết

1.6 Cấu trúc khóa luận

Cấu trúc bài báo cáo được chia làm 5 chương trong đó

Chương 1: Trình bày lý do nhóm tác giả chọn đề tài, mục tiêu ý nghĩa của đề tài, phạm vi nghiên cứu

Chương 2: Trình bày những cơ sở lý thuyết và tổng quan về thiết bị thực hiện đề tài

Chương 3: Những kiến thức nền tảng phục vụ cho việc xây dựng triển khai đề tài

Chương 4: Triển khai ứng dụng

Chương 5: Tổng kết các kết quả đạt được, nêu ra những khó khăn, hạn chế trong việc thực hiện đề tài, các hướng phát triển trong gian đoạn tiếp theo

Trang 18

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT BỊ

2.1 Giới thiệu về Raspberry Pi 3

2.3.1 Tổng quan về Raspberry pi 3

Hình 2 1 Raspberry pi 3

Máy tính Raspberry Pi 3 Model B (Made in UK) được nhập khẩu chính hãng từ RS Component, máy có chất lượng tốt, độ bền cao với chi phí thấp, là sự lựa chọn phù hợp cho người mới bắt đầu tìm hiểu về máy tính nhúng hoặc các bạn sinh viên làm đồ án, các ứng dụng cần tối ưu chi phí phần cứng: IoT, Robot, Smart Home, Media Center

Ưu điểm của Raspberry Pi 3 so với các phiên bản cũ:

CPU phiên bản mới BCM2837 từ Boardcom với tốc độ 1.2Ghz 4 nhân với kiến trúc ARM Cortex-A53 64-bit

Tích hợp Wifi chuẩn 802.11n và Bluetooth 4.1

Tương thích ngược với thiết kế phần cứng và phần mềm trên các phiên bản cũ là Raspberry Pi 1 và 2

Thông số kỹ thuật chi tiết:

Sản xuất tại: nhà máy Sony tại Anh (Made in UK), chính hãng RS Components

Trang 19

1.2GHz 64-bit quad-core ARM Cortex-A53 CPU (BCM2837) On-board Wireless LAN - 2.4 GHz 802.11 b/g/n (BCM43438) On-board Bluetooth 4.1 + HS Low-energy (BLE) (BCM43438)

4 x USB 2.0 ports, Combined 3.5mm analog audio and composite video jack, MicroSD slot

10/100 Ethernet, Camera interface (CSI), Display interface (DSI) 40 GPIO pins, Full size HDMI 1.3a port

VideoCore IV multimedia/3D graphics core @ 400MHz/300MHz

2.3.2 Cấu hình Raspberry pi 3

Sử dụng SSH (Secure Socket Shell) và VNC

Để máy tính có thể được kết nối trực tiếp với Raspberry Pi 3 bằng SSH và VNC qua kết nối Ethernet trực tiếp Cách tiếp cận này không yêu cầu bộ định tuyến hoặc WiFi vì kết nối duy nhất nằm giữa Pi và thiết bị máy tính của bạn Đối với dự án này, sẽ cần một Raspberry Pi 3 có Ethernet Hệ điều hành Raspbian mới nhất đã flash vào thẻ micro SD, Cáp Ethernet, bộ nguồn cho Raspberry pi 3 và máy tính Trên máy tính xách tay tải xuống các công cụ mà chúng ta sẽ sử dụng SSH ta sẽ sử dụng Putty, một ứng dụng SSH cho máy tính

Cài đặt Putty để cấu hình SSH

Cài đặt VNC Viewer để sử dụng như remote desktop kết nối với Raspberry pi3 Thẻ nhớ SD Raspberry Pi lấy thẻ nhớ SD ra khỏi Pi và sử dụng bộ chuyển đổi thẻ SD (đọc thẻ nhớ) cắm thẻ vào máy tính Ổ đĩa sẽ mở, nó được gọi là BOOT và nó chứa tệp cần thiết để khởi động Raspberry Pi Có một tệp đây là cmdline.txt (có thể trông giống cmdline trên Windows)

Mở tệp cmdline.txt bằng notepad thêm một bước cấu hình sẽ đặt địa chỉ IP của Pi thành giá trị được mã hóa cứng Chúng tôi cần mã cứng địa chỉ IP để có thể đảm

Trang 20

bảo rằng có thể kết nối vì vậy ta thêm vào dòng cuối của cmdline.txt là ip 10.0.0.1 sau đó tạo một tệp mới trong BOOT được gọi ssh và sau đó lấy thẻ ra khỏi thiết bị và để vào Raspbery

Trang 21

Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian

GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng trong dân sự GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết,

mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày

2.2.2 Các thành phần của GPS

GPS hiện tại có 3 thành phần chính: Phần không gian:

Gồm 24 vệ tinh (21 hoạt động, 3 dự phòng) nằm trên quỹ đạo xoay Trái đất cách mặt đất 20.200 km, quay 2 vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian 24h và được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kì thời điểm nào

Phần kiểm soát:

Để kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên mặt đất (4 hoạt động tự động, 1 trạm kiểm soát là trung tâm) Bốn trạm tự động sẽ nhận thông tin từ vệ tinh và gởi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm Ngoài ra còn có 1 trạm trung tâm dự phòng và 6 trạm quan sát chuyên biệt

Trang 22

vệ tinh với thời gian nhận được chúng Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao)

2.2.4 Độ chính xác của GPS

Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét

Máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét

2.2.5 GPS Sử dụng

Module định vị GPS U-Blox NEO-M8N-0-10

Hình 2 4 Module định vị GPS U-Blox NEO-M8N-0-10

Trang 23

2.2.5.1 Giới thiệu

Module định vị GPS U-Blox NEO-M8N-0-10 tích hợp Anten sử dụng giao tiếp truyền thông UART có thể kết nối với bất kỳ vi điều khiển nào và nó cũng có bộ chuyển đổi USB để kết nối trực tiếp với máy tính Mạch có thiết kế nhỏ gọn, có độ nhạy cao cho các ứng dụng trong nhà

2.2.5.2 Thông số kỹ thuật

Chi tiết thông số kỹ thuật của Module định vị GPS U-Blox NEO-M8N-0-10

Điện áp cung cấp: 3,3V – 5V DC, Ăng ten GPS riêng biệt 18 x 18 mm Dòng điện hoạt động: 45mA

Tốc độ truyền: 9600 (cấu hình từ 4800 đến 115200)

Tốc độ cập nhật điều hướng: tối đa 5Hz (1HZ theo mặc định)

Thời gian khởi động: 27 giây (nhanh nhất) bắt đầu khởi động nóng: 1 giây Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -40 đến + 85 ° C

Kích thước: 22 x 30 x 13 mm, Cân nặng: 19g

2.2.5.3 Chức năng các chân

Các chân có các chức năng như sau: VCC: Cấp điện (3.3-5V) GND: nối Mass

TXD: chân truyền cổng nối tiếp mô-đun (mức TTL, không thể kết nối trực tiếp với mức RS232), có thể được kết nối với RXD của vi điều khiển RXD: cổng nối tiếp của cổng nhận chân (mức TTL, không thể kết nối trực

tiếp với mức RS232) PPX: góc đầu ra xung

Trang 24

2.2.5.4 Sơ đồ cấu hình trên mạch

Hình 2 5 Sơ đồ cấu hình trên mạch

2.3.2 Cách hoạt động của react native

Bằng cách tích hợp 2 thread là Main Thread và JS Thread cho ứng dụng mobile

sẽ xử lý tương tác người dùng Trong khi đó, JS Thread sẽ thực thi và xử lý code Javascript Hai luồng này hoạt động độc lập với nhau

Để tương tác được với nhau hai Thread sẽ sử dụng một Bridge (cầu nối) Cho phép chúng giao tiếp mà không phụ thuộc lẫn nhau, chuyển đổi dữ liệu từ thread này

Trang 25

sang thread khác Dữ liệu từ hai Thread được vận hành khi tiếp nối dữ liệu cho nhau

Hình 2 6 Hoạt động của React native 2.3.1.2 Ưu và nhược điểm của react native

Ưu điểm của React Native: Tối ưu thời gian Hiệu năng ổn định Tiết kiệm chi phí

Đội ngũ phát triển ứng dụng không quá lớn Ứng dụng tin cậy, ổn định

Nhược điểm của React Native: Yêu cầu Native code

Hiệu năng kém hơn so với Native App Bảo mật chưa thật sự tốt do dùng JS

Trang 26

2.3.2.2 Cách hoạt động của JavaScript

qua file js riêng Nó là ngôn ngữ lập trình từ phía khách hàng, tức là script được tải về máy của người dùng đang truy cập và được xử lý tại đó, thay vì xử lý trên máy chủ rồi mới đưa kết quả tới khách hàng

Client-side JavaScript - JavaScript phía máy khách, JavaScript được mở rộng bằng cách cung cấp các object để quản lý trình duyệt và Document Object Model (DOM) của nó

Server-side JavaScript – JavaScript phía Server, JavaScript được mở rộng bằng cách cung cấp thêm các đối tượng cần thiết để chạy JavaScript trên máy chủ

Trang 27

2.3.2.3 Ưu và nhược điểm của JavaScript

Ưu điểm của JavaScript:

Dễ bị khai thác

Có thể được dùng để thực thi mã độc trên máy tính của người dùng

2.3.3 Python

2.3.3.1 Khái niệm

Python là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đa năng có cấu trúc dữ liệu cấp cao

mạnh mẽ và hệ thống thư viện lớn Python hoàn toàn tạo kiểu động và sử dụng cơ

chế cấp phát bộ nhớ tự động, cú pháp rõ ràng, đơn giản

Hình 2 8 Logo Python

Trang 28

2.3.3.2 Tính năng chính của Python

Ngôn ngữ lập trình nhập môn: Rossum hướng đến sự đơn giản và dễ hiểu

nên cấu trúc Python khá rõ ràng, cho phép viết mã lệnh với số lần gõ phím tối thiểu

Mã nguồn mở và hoàn toàn miễn phí: Khác với nhiều ngôn ngữ lập trình

bậc cao, Python cho phép sử dụng một cách miễn phí tất cả phần mềm, chương trình được viết

Tương thích nhiều nền tảng: Python dễ dàng tương thích với nhiều nền

tảng như Windows, MacOS, Linux

Khả năng nhúng và mở rộng: Có thể kết hợp cùng các ngôn ngữ lập trình

khác để phát triển các ứng dụng phức tạp

Tự động chuyển đổi code: Khi dùng Python, người sử dụng hoàn toàn

không phải lo các vấn đề về quản lý bộ nhớ, dọn dẹp dữ liệu…

Thư viện lớn: Nhờ số lượng thư viện khổng lồ của mình Python hoàn toàn

đáp ứng được mọi nhu cầu lập trình khác nhau

Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng: Dù được đơn giản hóa cho người

mới học song Python vẫn giữ bản chất hướng đối tượng

2.4 Phần mềm sử dụng

2.4.1 Visual studio code

Visual Studio Code là một trình biên tập mã được phát triển bởi Microsoft dành cho Windows, Linux và macOS Nó hỗ trợ chức năng debug, đi kèm với Git, có syntax highlighting, tự hoàn thành mã thông minh, snippets, và cải tiến mã nguồn Nó cũng cho phép tùy chỉnh, do đó, người dùng có thểthay đổi theme, phím tắt, và cá tùy chọn khác Nó miễn phí và là phần mềm mã nguồn mở, mặc dù gói tải xuống chính thì là có giấy phép

Trang 29

Visual Studio Code được dựa trên Electron, một nền tảng được sử dụng để triển khai các ứng dụng Node.js máy tính cá nhân chạy trên động cơ bố trí Blink

Hình 2 9 Visual Studio Code

Tính năng:

Visual Studio Code là một trình biên tập mã Nó hỗ trợ nhiều ngôn ngữ và chức năng tùy vào ngôn ngữ sử dụng theo như trong bảng sau Nhiều chức năng của Visual Studio Code không hiển thị ra trong các menu tùy chọn hay giao diện người dùng Thay vào đó, chúng được gọi thông qua khung nhập lệnh hoặc qua một tập tin json (ví dụ như tập tin tùy chỉnh của người dùng) Khung nhập lệnh là một giao diện theo dòng lệnh Tuy nhiên, nó biến mất khi người dùng nhấp bất cứ nơi nào khác, hoặc nhấn tổ hợp phím để tương tác với một cái gì đó ở bên ngoài đó Tương tự như vậy với những dòng lệnh tốn nhiều thời gian để xử lý Khi thực hiện những

điều trên thì quá trình xử lý dòng lệnh đó sẽ bị hủy

2.4.2 Android Studio

Android Studio là một Integrated Development Environment -IDE (Môi trường phát triển tích hợp) chính thức cho nền tảng Android, được phát triển bởi Google và được sử dụng để tạo phần lớn các ứng dụng chúng ta sử dụng hàng ngày

Trang 30

Android studio hoạt động dựa vào IntelliJ IDEA, là một IDE Java tốt nhất hiện nay

Hình 2 10 Android Studio

Một số tính năng chính của Android Studio: Build system dựa trên Gradle

Live-layout WYSIWYG Editor

Lựa chọn để xem trước một layout trên nhiều cấu hình màn hình trong khi chỉnh sửa

Build ra nhiều loại tập tin apk

Lint tools (được sử dụng catch usability, hiệu suất, tương thích phiên bản và những vấn đề khác)

Hỗ trợ phát triển các ứng dụng Android Wear, TV và Auto

Cho phép tích hợp ứng dụng với Google Cloud Platform (App Engine và Google Cloud Messaging)

Trang 31

Internet Of Things: Là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, mang đến những dịch vụ tiên tiến bằng cách kết nối các “Things” (cả physical lẫn virtual) dựa trên sự t n tại của thông tin, dựa trên khả năng tương tác của các thông tin đó, và dựa trên các công nghệ truyền thông

Things: Đối với Internet Of Things, “Thing” là một đối tượng của thế giới vật chất (physical things) hay thế giới thông tin ảo (virtual things) “Things” có khả năng được nhận diện, và “Things” có thể được tích hợp vào trong mạng lưới thông tin liên lạc

3.1.2 Khái niệm IoT

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính

3.1.3 Đặc điểm cơ bản

3.1.3.1 Đặc tính cơ bản

Đặc tính cơ bản của IoT bao gồm:

Trang 32

Tính kết nối liên thông (interconnectivity): với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể

Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là không đ ng nhất vì nó có phần cứng khác nhau, và network khác nhau Các thiết bị giữa các network có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các network

Thay đổi linh hoạt: Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ, ngủ và thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay đổi, và tốc độ đã thay đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi

Quy mô lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp với nhau Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện nay

3.1.3.2 Yêu cầu ở mức cao đối với hệ thống IoT

Một hệ thống IoT phải thoả mãn các yêu cầu sau:

Kết nối dựa trên sự nhận diện: Nghĩa là các “Things” phải có ID riêng biệt Hệ thống IOT cần hỗ trợ các kết nối giữa các “Things”, và kết nối được thiết lập dựa trên định danh (ID) của Things

Khả năng cộng tác: hệ thống IoT khả năng tương tác qua lại giữa các mạng và Things

Khả năng tự quản của mạng: Bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự recovery, tự tối ưu hóa và tự có cơ chế bảo vệ

Các khả năng dựa vào vị trí (location-based capabilities): Thông tin liên lạc và các dịch vụ liên quan đến một cái gì đó sẽ phụ thuộc vào thông tin vị trí của Things và người sử dụng Hệ thống IoT có thể biết và theo dõi vị trí một cách tự động

Bảo mật: Trong IoT, nhiều “Things” được kết nối với nhau Chình điều này làm tăng mối nguy trong bảo mật, chẳng hạn như bí mật thông tin bị tiết lộ,

Trang 33

Bảo vệ tính riêng tư: tất cả các “Things” đều có chủ sở hữu và người sử dụng của nó Dữ liệu thu thập được từ các “Things” có thể chứa thông tin cá nhân liên quan chủ sở hữu hoặc người sử dụng nó

Khả năng quản lý: hệ thống IoT cần phải hỗ trợ tính năng quản lý các “Things” để đảm bảo mạng hoạt động bình thường Ứng dụng IoT thường làm việc tự động mà không cần sự tham gia của con người, nhưng toàn bộ quá trình hoạt động của họ nên được quản lý bởi các bên liên quan

3.1.4 Mô hình của một hệ thống IoT

Bất kỳ một hệ thống IoT nào cũng được xây dựng lên từ sự kết hợp của 4 layer sau:

Lớp ứng dụng (Application Layer)

Lớp Hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng (Service support and application support layer)

Lớp mạng (Network Layer) Lớp thiết bị (Device Layer)

Hình 3 1 Mô hình hệ thống IoT

Trang 34

3.2 Các giao thức truyền nhận dữ liệu

3.2.1 Các giao thức dùng trong IOT

MQTT (Message Queue Telemetry Transport):

MQTT là một giao thức gởi dạng publish/subscribe sử dụng cho các thiết bị IoT với băng thông thấp, độ tin cậy cao và khả năng được sử dụng trong mạng lưới không ổn định

CoAP (Constrained Applications Protocol):

CoAP là một giao thức truyền tải tài liệu theo mô hình client/server dựa trên internet tương tự như giao thức HTTP nhưng được thiết kế cho các thiết bị ràng buộc Giao thức này hỗ trợ một giao thức one-to-one để chuyển đổi trạng thái thông tin giữa client và server

AMQP (Advanced Message Queue Protocol):

AMQP là một giao thức làm trung gian cho các gói tin trên lớp ứng dụng với mục đích thay thế các hệ thống truyền tin độc quyền và không tương thích Các tính năng chính của AMQP là định hướng message, hàng đợi, định tuyến (bao gồm point-to-point và publish-subscribe) có độ tin cậy và bảo mật cao

XMPP (Extensible Messaging và Presence Protocol):

XMPP (trước đây gọi là “Jabber”) là giao thức truyền thông dùng cho định hướng tin nhắn trung gian dựa trên ngôn ngữ XML

DDS (Data Distribution Service):

DDS là một ngôn ngữ trung gian dựa vào dữ liệu tập trung được sử dụng để cho phép khả năng mở rộng, thời gian thực, độ tin cậy cao và trao đổi dữ liệu tương tác

Trang 35

3.2.2 Các giao thức truyền qua mạng

Hypertext Transfer Protocol (HTTP):

Hypertext Transfer Protocol (HTTP) - Giao thức truyền tải siêu văn bản Chúng là một trong năm giao thức chuẩn của mạng Internet Giao thức này dùng để liên hệ thông tin giữa máy cung cấp dịch vụ (Web server) và Máy sử dụng dịch vụ (Web client) Chúng hoạt trông trong mô hình Client/Server dùng cho World Wide Web

Post Office Protocol phiên bản 3 (POP 3):

Post Office Protocol phiên bản 3 (POP3) là một giao thức tầng ứng dụng, dùng để lấy thư điện từ từ server mail, thông qua kết nối TCP/IP Trong phiên bản 3 này cho phép client lấy nội dung hoàn chỉnh từ hộp thư của server và xóa nội dung khỏi server đó Cổng mặc định của POP3 là 110 và cổng POP3 bảo mật là 995

Internet Message Access Protocol (IMAP):

Internet Message Access Protocol (IMAP) là giao thức chuẩn mạng Internet được sử dụng bởi các ứng dụng email để truy xuất thư email từ máy chủ thư qua kết nối TCP/IP IMAP không xóa nội dung khỏi hộp thư của máy chủ Cổng mặc định của IMAP là 143 và cổng IMAP bảo mật là 993

Hypertext Transfer Protocol over SSL/TLS (HTTPS):

Hypertext Transfer Protocol over SSL/TLS (HTTPS) là một giao thức kết hợp giữa giao thức HTTP và giao thức bảo mật SSL hay TLS cho phép trao đổi thông tin một cách bảo mật trên Internet.Cổng mặc định của HTTPS là 443

3.2.3 Giao thức sử dụng

3.2.3.1 MQTT

3.2.1.1.1 Tổng quan MQTT

MQTT = Message Queue Telemetry Transport

Trang 36

Đây là một giao thức truyền thông điệp (message) theo mô hình publish/subscribe (xuất bản – theo dõi), sử dụng băng thông thấp, độ tin cậy cao và có khả năng hoạt động trong điều kiện đường truyền không ổn định

MQTT là một giao thức nhắn tin gọn nhẹ được thiết kế để liên lạc nhẹ giữa các thiết bị và hệ thống máy tính MQTT được thiết kế ban đầu cho các mạng SCADA, các kịch bản sản xuất và băng thông thấp, MQTT đã trở nên phổ biến gần đây do sự phát triển của Internet-of-Things (IoT)

Kiến trúc mức cao (high-level) của MQTT gồm 2 phần chính là Broker và Clients

Client thì được chia thành 2 nhóm là publisher và subscriber Client là các software components hoạt động tại edge device nên chúng được thiết kế để có thể hoạt động một cách linh hoạt (lightweight) Client chỉ làm ít nhất một trong 2 việc là publish các message lên một topic cụ thể hoặc subscribe một topic nào đó để nhận message từ topic này

Trang 37

Trong một hệ thống sử dụng giao thức MQTT, nhiều node trạm (gọi là mqtt client – gọi tắt là client) kết nối tới một MQTT server (gọi là broker) Mỗi client sẽ đăng ký một vài kênh (topic), ví dụ như “/client1/channel1”, “/client1/channel2” Quá trình đăng ký này gọi là “subscribe” Khi một client gởi dữ liệu tới kênh đó, gọi là “publish”

QoS:

Ở đây có 3 tuỳ chọn QoS (Qualities of service) khi “publish” và “subscribe”:

QoS0 Broker/client sẽ gởi dữ liệu đúng 1 lần, quá trình gởi được xác nhận bởi chỉ giao thức TCP/IP, giống kiểu đem con bỏ chợ

QoS1 Broker/client sẽ gởi dữ liệu với ít nhất 1 lần xác nhận từ đầu kia, nghĩa là có thể có nhiều hơn 1 lần xác nhận đã nhận được dữ liệu

QoS2 Broker/client đảm bảm khi gởi dữ liệu thì phía nhận chỉ nhận được đúng 1 lần, quá trình này phải trải qua 4 bước bắt tay

Hình 3 3 Qos

Một gói tin có thể được gởi ở bất kỳ QoS nào, và các client cũng có thể subscribe với bất kỳ yêu cầu QoS nào Có nghĩa là client sẽ lựa chọn QoS tối đa mà nó có để nhận tin

Trang 38

MQTT Bridge

MQTT Bridge là một tính năng của MQTT Broker cho phép các MQTT Broker có thể kết nối và trao đổi dữ liệu với nhau Khi cấu hình MQTT bridge, ta cần lưu ý tới các thông số sau:

 address: địa chỉ của broker cần kết nối

 bridge_protocol_version: phiên bản của giao thức MQTT đang sử dụng chung

cho 2 broker

 topic: phần này định nghĩa 3 thong số: tên topic được trao đổi giữa 2 broker,

chiều trao đổi (1 chiều hay 2 chiều) và topic mapping giữa 2 broker

Hình 3 4 MQTT Bridge

Trang 39

3.2.1.1.2 Ưu điểm của MQTT

Giao thức MQTT cho phép hệ thống SCADA của bạn truy cập dữ liệu IIoT MQTT mang lại nhiều lợi ích mạnh mẽ cho quy trình:

Chuyển thông tin hiệu quả hơn Tăng khả năng mở rộng

Giảm đáng kể tiêu thụ băng thông mạng Giảm tốc độ cập nhật xuống giây

Rất phù hợp cho điều khiển và do thám Tối đa hóa băng thông có sẵn

Chi phí cực nhẹ

Rất an toàn với bảo mật dựa trên sự cho phép

Được sử dụng bởi ngành công nghiệp dầu khí, Amazon, Facebook và các doanh nghiệp lớn khác

Tiết kiệm thời gian phát triển

Giao thức publish/subscribe thu thập nhiều dữ liệu hơn với ít băng thông hơn so với giao thức cũ

3.2.1.1.3 Bảo mật

MQTT được thiết kế một cách nhẹ và linh hoạt nhất có thể Do đó nó chỉ có 1 lớp bảo mật ở tầng ứng dụng: bảo mật bằng xác thực (xác thực các client được quyền truy cập tới broker)

Tuy vậy, MQTT vãn có thể được cài đặt kết hợp với các giải pháp bảo mật đa tầng khác như kết hợp với VPN ở tầng mạng hoặc SSL/TLS ở tầng transport

MQTT được thiết kế nhằm phục vụ truyền thông machine-to-machine nhưng thực tế chứng minh nó lại linh hoạt hơn mong đợi Nó hoàn toàn có thể áp dụng cho các kịch bản truyền thông khác như: machine-to-cloud, cloud-to-machine, app-to-app Chỉ cần có một broker phù hợp và MQTT client được cài đặt đúng cách, các thiết

Trang 40

bị xây dựng trên nhiều nền tảng khác nhau có thể giao tiếp với nhau một cách dễ dàng

Kiến trúc yêu cầu / đáp ứng

Giao thức lớp trên Chạy trên TCP Nó chạy trên TCP và UDP

Định dạng tin nhắn Nhị phân với tiêu đề 2Byte Định dạng ASCII

Bảo mật dữ liệu Có, Nó sử dụng SSL / TLS để bảo mật

KHÔNG, do đó HTTPS được sử dụng để cung cấp bảo mật dữ liệu