Bài tập nhóm môn mạng máy tính và truyền thông chủ Đề tìm hiểu về hệ thống internet of things

1.2 Khái niệm IoT: IoT, viết tắt của Internet of Thinøs, nghĩa là Internet vạn vật, một hệ thống các thiết bị tính toán, máy móc cơ khí và kỹ thuật số hoặc con người có liên quan với nha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGÂN HÀNG NHÀ NƯỚC VIỆT

NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGÂN HÀNG TP HCM

BÀI TẬP NHÓM MON MANG MAY TINH VA TRUYEN THONG CHỦ ĐÈ: TÌM HIỂU VẺ HỆ THONG INTERNET OF THINGS LỚP: ITS709 231 _1 D02

GVHD: Th.S ĐẶNG HOÀNG HUY

THÀNH VIÊN NHÓM 10:

Tên thành viên MSSV

PHẠM TÔ MỸ TÂM (Nhóm trưởng) 030238220226

TP.HCM, tháng 10 năm 2023 MỤC LỤC

LOI MG DAU ĐH 1 PHAN 1 KHAI NIỆM IOT ccccccseseseseesesesescsnsesesesersesesesesesittttatscscseseseretesttacsesesesesnts 2

PHAN 2 CẤU TRÚC CÚA HỆ THĨNG IOT 22: 2:22222222222211221111112221111.22111221 c1 5

2.1 Thiết bị FC 270.2 ) OO ÍP gu 5 2.2 Mạng kết nối (Connectivity network) s- 2s 221 21121121122211121212 r2 5

2.3 Hạ tang Mang va Dién toan dam may (Network Infrastructure and Cloud) 5

2.4 Bộ phân tích và xử lý dữ liệu (Data analytics and Processing) 6 PHAN 3 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA 0 6

PHAN 4 CONG NGHE KHONG DAY VA GIAO THUC TRUYEN THONG DUNG TRONG TOT ccc 112111111 1111111111101 01111111111 1111k k1 1111114111111 1111111111111 111111116108 7

4.1 Cong nghé khong day ding trong ToT n S1 910111111111111211111 1101 tk 7 4.2 Giao thức truyền thơng dùng trong loÏ” ăcc nh HHHhhhhhhhuherên 10

PHAN 5 UNG DUNG CUA IOT VA MOT SĨ DỰ ÁN IOT TIỂU BIÊU TAI VIET NAM11

5.1 Ung dung cha lo ccccccccccseessseessessseeseresseesesessreseseetiessessaressvetsssssessressusetsistaressressseets 11 5.1.1 lot trong ngành cơng nghiỆp 0 0 2 S912 HH HH HH2 HH này 11 5.1.2 loT trong cuộc sống hằng ngày 0 ST 2122112212 1121212212 tre 12

5.1.3 loT trong mơi trường chu gu ug 13

5.2 Một số dự án tiệu biểu ¢ 0) ¿o0 0 aA.a 15

PHAN 6 LOI ICH VA THACH THỨC TRONG LĨNH VỤC IOT che 18 89/0006: 8i260)i6 00 18

6.2 Những thách thức gặp phải c2 HH2 HH2 ru 19

458007 )m£.ỔỔỔŨỔŨỒŨỒ ii 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 0.21221221111122 222 20 112121111 tre 21

LOI MO DAU

Với sự phát triển nhanh chĩng của cơng nghệ trong xã hội ngày nay thì chắc hăn smartphone hay những kết nối khơng dây sẽ khơng cịn xa lạ với con người nữa Trong đĩ, khơng thé khơng kê đến hệ thống Internet of Things (IoT) đang phát triển và bùng nỗ mạnh mẽ trong những năm gần đây

Internet vạn vật mang lại rât nhiều lợi ích đơi với cuộc sơng con người Bởi nĩ g1úp

chúng ta tiết kiệm thời gian và tiên bạc, nâng cao chất lượng cuộc sơng và hiệu quả cơng

hàng tỷ thiết bị từ đèn đến tủ lạnh, từ ô tô đến cả những đồng hồ đeo tay được kết nỗi vào Internet và tương tác với nhau

Có thể nói, Internet vạn vật là một phương tiện quan trọng trong cuộc cách mạng

công nghệ 4.0 và nó đã trở thành một hệ thống kết nối không thê thiếu trong thời đại ngày nay Thế nên, việc “Tìm hiệu về hệ thống Internet of Things” để ứng dụng nó và đem lại

lợi ích tôi ưu nhật luôn là vần đề cân được tìm hiều và nghiên cứu

Và trong bải viết này, nhóm chúng em sẽ sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu để tìm hiểu về hệ thống Internet vạn vật Nhằm mục đích đưa ra được những khái niệm cơ bản về IoT, các thành phần cầu trúc, đặc tính của hệ thống IoT, và hơn hết là khám phá cách mà Internet vạn vật đã thay đối cách con người tương tác với thế giới xung quanh thông qua những ứng dụng tiềm năng của nó trong cuộc sống hằng ngày

PHAN 1 KHÁI NIỆM IOT

1.1 Lịch sử IoT:

Khái niệm về thiết bị thông minh đã được đề cập từ năm 1982, khi một máy bán

nước tự động Coca-Cola tại đại học Carnegie Mellon ở Mỹ đã được tính chỉnh đề trở

thành thiết bị đầu tiên kết nối với Internet Máy này có khả năng tự động báo cáo tình

trạng tồn kho và nhiệt độ của các chai nước mới được đặt vào máy Hơn nữa, máy này đã

được lập trình dé kết nói qua Internet, cho phép người điều khiển kiểm tra và quản lý máy

từ xa, mà không cần phải kiểm tra trực tiếp hoặc tiếp xúc trực tiếp với máy

Tuy nhiên, cho đến năm 1999, cụm từ “Internet of Things” moi duoc dua ra bởi Kevin Ashton, mot nhà khoa học và là người sáng lập Trung tâm Auto-[D tai Dai hoc MIT (MIT’s Auto-ID Center) Tại đây, ông thiết lập các tiêu chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây sử dụng sóng radio) cũng như một loạt các cảm biến

được gọi là mạng máy-máy (M2M) Nhưng hiện nay, tập trung chính của nó đã dịch chuyển sang việc sử dụng các thiết bị thông minh đề trang bị cho nhà cửa và văn phòng của chúng ta, biến chúng thành một phần tương thích với hầu hết mọi người

1.2 Khái niệm IoT:

IoT, viết tắt của Internet of Thinøs, nghĩa là Internet vạn vật, một hệ thống các thiết

bị tính toán, máy móc cơ khí và kỹ thuật số hoặc con người có liên quan với nhau và khả năng truyền đữ liệu qua mạng mà không yêu cầu sự tương tác giữa con người với máy tính

Các thiết bị được kết nối internet có khả năng thu thập dữ liệu, chia sẻ thông tin với

độ bao phủ toàn cầu, nghĩa là bất cứ thiết bị vật lý nào có khả năng kết nối internet, thu thập, lưu giữ và chia sẻ thông tin thì đều là IoT

Theo tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI), IloT được

định nghĩa là “hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin, hỗ trợ các dịch vụ (điện

toán) chuyên sâu thông qua các vật thê (cả thực lẫn ảo) được kết nối với nhau nhờ vào công nghệ thông tin và truyền thông hiện hữu được tích hợp” Một cách đơn giản hơn, loT

là một mạng lưới của các thiết bị kết nối Internet, từ những thiết bị thông minh như điện thoại đi động, máy tính bảng, đến các thiết bị gia dụng thông thường như tủ lạnh, máy giặt, thậm chí là các bóng đèn trong nhà

Dựa trên mô ta ttr Wikipedia, IoT la mot hệ thong liên mạng, trong đó các thiết bị,

Nói chung, vẫn chưa có một định nghĩa thống nhất về IoT, mà các tô chức và doanh

nghiệp thường đưa ra các định nghĩa và giải thích riêng biệt Tuy nhiên, có thể hiểu tạm

3

thời rằng Internet of Things 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 đôi thông tin, đữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người hay người với máy tính loT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ

không dây, công nghệ vị cơ điện tử và Internet

Điểm quan trọng của loT là các đối tượng phải có thể nhận biết và định dạng Nếu

+ Việc đánh dấu có thê được thực hiện thông qua nhiều công nghệ Ví dụ:

RFID, NFC, mã vạch, mã QR, watermark kỹ thuật số

+ Việc kết nối có thể thực hiện thông qua Wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Buetooth, hồng ngoại, Zigbee,

loT có khả năng lưu trữ hàng tỷ đối tượng được kết nối và không ngừng mở rộng,

có khả năng theo dõi sự di chuyên của mỗi đối tượng Các phiên bản số của các thực thê nay sé ton tại trong thời gian thực, phản ánh chính xác từng hành động và suy nghĩ của chúng Tương lai của sự phát triển của loT rất rộng lớn, không chỉ giới hạn ở một vài khía

cạnh, mà bao phủ toàn bộ cuộc sông của toàn bộ nhân loại

PHẢN 2 CÁU TRÚC CỦA HỆ THÓNG IOT

Kiến trúc IoT được đại điện cơ bản bởi 4 phân: thiết bị IoT, mang kết nối, hạ tầng

mạng và điện toán đảm mây, bộ phân tích và xử lý đữ liệu

2.1 Thiết bi IoT (IoT devices):

+Cảm biến (sensors): đây là các thiết bị chuyên dụng để thu thập đữ liệu từ môi

trường hoặc từ thiết bị cần giám sát Các loại cảm biến có thể bao gồm cảm biến nhiệt độ,

độ âm, ánh sáng, chuyên động, và nhiều loại khác

+Bộ điều khiến (controllers): cung cấp khả năng điều khiển và quản lý thiết bị IoT

Chúng thường được sử dụng đề thực hiện các hành động dựa trên dữ liệu từ cảm biến, như

bật/tắt thiết bị hoặc thay đổi trạng thái

+Máy tính nhúng (Embedded computers): được tích hợp vào các thiết bị IoT đề xử

lý, lưu trữ dữ liệu, và thực hiện tính toán Chúng thường có khả năng kết nỗi mạng dé

truyền đữ liệu

2.2 Mạng kết nối (Connectivity network):

+Các giao thức kết nối: IoT sử dụng nhiều giao thức kết nối, bao gồm Wi-Fi,

Bluetooth, Zigbee, LoRa, NB-IoT, va cac mang di d6ng 3G/4G/5G để kết nối các thiết bị IoT với mạng và với nhau

+Mạng không dây (Wireless networks): loT thường sử dụng mạng không dây đề kết nối thiết bị từ xa Các loại mạng này cung cấp sự linh hoạt và tiện lợi cho ứng dụng di

động

2.3 Hạ tầng Mạng và Điện toán đám mây (Network Infrastructure and Cloud):

+Hệ thông máy chủ: hạ tầng mạng loT bao gồm các máy chủ chịu trách nhiệm lưu

trữ và quản lý dữ liệu từ thiết bị IoT

+Dịch vụ đám mây (Cloud services): cung cấp tài nguyên tính toán và lưu trữ đám mây đề xử lý dữ liệu IoT và cung cấp các địch vụ phức tạp như phân tích dữ liệu, trí tuệ

nhân tạo (AI), và quản lý thiết bị

2.4 Bộ phân tích và xử lý dữ liệu (Data analytics and Processing):

+Phần mềm phân tích: sử dụng dé phân tích đữ liệu từ các thiết bị IoT và trích xuất

thông tin hữu ích Có thê bao gồm phân tích thông kê, học máy, và trí tuệ nhân tạo +Ung dụng IoT: cung cấp giao điện người dùng hoặc các ứng dụng cho người dùng cuối đề theo dõi, quản lý và tương tác với các thiết bị IoT

Cau trúc IoT có thê biến đôi tùy thuộc vào mục tiêu cụ thể của dự án và các yêu cầu

kỹ thuật Các yếu tô này cùng nhau tạo nên hệ thông IoT mà chúng ta sử dụng để thu thập, quản lý và tương tác với đữ liệu từ các thiết bị kết nói

PHAN 3 CAC DAC TINH CUA IOT

Đặc tính của IoT không chỉ nằm ở khả năng kết nối và trao đổi thông tin, mà còn ở khả năng tự động hóa các quy trình và tao ra những phản ứng có ý nghĩa dựa trên dữ liệu được thu thập Sau đây là những đặc tính của loT:

+ Kếtnối và giao tiếp: đây là đặc tính chính của loT Nó giúp kết nối hàng triệu thiết

bị thông minh khác nhau, từ máy giặt, đèn chiếu sáng, thiết bị y té, dén xe 6 t6 va

cả thành phố thông minh thông qua mang Internet IoT cho phép các thiết bị tương tác và trao đôi thông tin với nhau một cách tự động Ví dụ, thông qua IoT, bạn có thê điều chỉnh ánh sáng trong nhà, theo dõi tình trạng sức khỏe của bạn hoặc điều khiển một hệ thống giao thông thông minh

+ Tính không đồng nhất: vì các thiết bị trong IoT có phần cứng khác nhau cũng như

network khác nhau Nhờ vào sự liên kết của các network mà các thiết bị giữa các

network có thể tương tác với nhau Ví dụ, một thiết bị trong một mạng gia đình có

nghiệp để điều chỉnh quá trình sản xuất Tuy nhiên, việc này cũng đặt ra những thách thức về bảo mật và quyền riêng tư Các thiết bị trong các mạng khác nhau có thê không tuân theo cùng một tiêu chuẩn bảo mật, điều này có thê tạo ra lỗ hồng

cho các cuộc tân công

+ Quy mô lớn: quy mô của IoT thực sự rất lớn và nó đang ngày càng tăng lên loT không chỉ bao gồm máy tính, mà còn bao gồm hàng tỷ thiết bị khác như điện thoại

dị động, máy tính bảng , thiết bi deo, may quét ma vach, cam bién, may anh,

máy ¡n và nhiều thiết bị khác nữa Tất cả những thiết bị này đều có khả năng kết

nôi và trao đôi dữ liệu qua Internet

+ (C6 thé thay déi linh hoat: cac thiét bi IoT co khả năng tự động thay đổi trạng thái của chúng dựa trên các điều kiện và thông tin mà chúng nhận được Ví dụ, một

thiết bị có thể tự động “ngủ” khi không cần thiết và “thức dậy” khi cần thiết Điều

này giúp tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả

+ Những dịch vụ liên quan đến các thiết bị: IloT không chỉ liên quan đến việc kết nối các thiết bị với nhau, mà còn liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ liên quan đến những thiết bị này Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có một thiết bị cảm biến trong nhà, và thông tin từ thiết bị này cần được bảo vệ và quản lý Đồng thời, bạn cũng muốn có một phiên bản số hóa của thiết bị này trên mạng đề theo dõi và kiểm soát — từ xa Để cung cấp dịch vụ này, chúng ta cần thay đổi cả phần cứng va phần mềm Phần cứng cần được cải thiện đề hỗ trợ các giao thức bảo mật mới, dam bảo an toàn cho thông tin Phần mềm phải có khả năng quản lý và kiểm soát các dữ liệu riêng tư được truyền đi Ngoài ra, cần duy trì sự nhất quán giữa thông tin từ thiết bị thực tế và phiên bán số hóa trên mạng Điều này đảm báo rằng mọi

thay đổi về trạng thái của thiết bị thực tế sẽ được phản ánh chính xác và kịp thời

trên phiên bản ảo, và ngược lại Vì vậy, việc phát triển các giải pháp công nghệ mới đề đáp ứng những yêu cầu này là rất quan trọng trong tương lai của loT

PHAN 4 CONG NGHE KHONG DAY VA GIAO THUC TRUYEN THONG DUNG TRONG IOT

4.1 Công nghé khong day ding trong IoT:

Công nghệ không day đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thiết bi trong

hệ thống Internet vạn vật (IoT), chúng cho phép các thiết bị thông minh kết nối với nhau

và với mạng internet Các công nghệ không dây giúp tăng khả năng mở rộng' và tính linh động? của hệ thông IoT, bởi với những công nghệ này chúng ta không cần dây cáp hay cơ

sở hạ tầng phức tạp dé truyén tai đữ liệu, từ đó có thẻ tiết kiệm được một phân chi phi Co

rất nhiều công nghệ kết nối khéng day trong hé thong IoT chang han như: Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, LTE-M va NB-IoT

Dưới đây là một số thông tin của các công nghệ không đây được sử dụng nhiều trong IoT:

1 Wi-Fi: là một công nghệ không dây phô biến được sử dụng rộng rãi trong các môi trường như nhà ở, văn phòng và các khu vực công cộng Wi-Fi cung cấp tốc độ

truyền dữ liệu cao và phạm vị hoạt động tương đối rong, khiến nó trở thành một

lựa chọn tốt cho việc kết nối các thiết bị loT Một vài ý tưởng ứng dụng tiêu biểu:

thiết bị dân dụng thông minh, nhà thông minh (smart home), tòa nhà thông minh

(smart building)

2 Bluetooth: thường được sử dụng đề kết nối các thiết bị loT ở khoảng cách ngắn Công nghệ này thường được sử dụng cho các thiết bị nhỏ có thể kết nối với điện thoại đi động và máy tính bảng Một phiên bản tiết kiệm năng lượng của Bluetooth

là Bluetooth Low Energy (BLE), hay còn gọi là Bluetooth Smart, được sử dụng trong các thiết bị theo dõi thể dục, đồng hồ thông minh hoặc phần cứng nhỏ khác

kết nối các thiết bị để truyền dữ liệu không dây mà không ảnh hưởng đáng kê đến

1 mở rộng theo quy mô: từ một số lượng nhỏ thiết bị lên hàng triệu hay thậm chí hàng tỷ thiết bị; mở rộng theo không gian: trong nhà ở, trong khu công nghiệp, trong đô

năng lượng pm trong điện thoại của người dùng Một vài ý tưởng ứng dụng tiêu biểu: các thiết bị theo dõi sức khỏe, giám sát y tế, nhà thông minh (smart home),

tòa nhà thông minh (smart building), thành phố thông minh (smart city)

Zigbee: Cai tén Zigbee được xuất phát từ cách truyền thông tin kiêu “zig-zag” của các con ong mật “honey-Bee” Zipbee là một công nghệ không dây dựa trên IEEE” 802.15.4 được thiết kế đặc biệt dành riêng cho IoT Nó cung cấp tốc độ truyền đữ liệu thấp hơn so với Wi-Fi và Bluetooth nhưng tiêu thụ ít năng lượng hơn, điều này quan trọng đối với các thiết bị loT chạy bằng pin Một vài ý tưởng ứng dụng tiéu biéu: IloT (Industrial Internet of Things), tu déng hoa va diéu khién toa nha (building automation and control)

Khoảng cách 10-75m 30-100m 2-10m Bảng so sánh 3 công nghệ không dây Wi-fi, Bluetooth và Zigbee:

Cách thức các công nghệ không dây hoạt động trong IoT:

1 Wi-Fi: hoạt động bằng cách sử dụng sóng vô tuyến đề truyền dữ liệu giữa các thiết

bị Mỗi thiết bị Wi-Fi có một bộ phận gọi là bộ điều hợp không dây, nó chuyên đôi

dữ liệu thành tín hiệu vô tuyên và phát tín hiệu đó thông qua một ăng-ten Trong một hệ thông IoT sử dụng Wi-Fi, các thiết bị IoT kết nỗi với một điểm truy cập Wi-Fi (access point) thông qua mạng local Điểm truy cập này có thể được kết nối

3 IEEE là một tiêu chuẩn được phát triển để cung cấp một khuôn khô và các lớp thấp hơn trong mô hình OSI cho các mạng kết nối không dây công suất thấp, chỉ phí thấp

9

với internet hoặc máy chủ điều khiến, cho phép các thiết bị loT gửi và nhận đữ

liệu từ xa

2 Bluetooth: hoạt động theo mô hình cha-con, nghĩa là một thiết bị (cha) gửi thông

tin đến thiết bị khác (con) và thiết bị con “lắng nghe” thông tin từ thiết bị cha

Bluetooth kết nối các thiết bị trực tiếp với nhau thay vì thông qua một bộ định tuyến (router) như Wi-Fi

3 Zigbee: sử dụng mạng lưới tự cầu hình Mesh (self-confguring mesh network) để kết nối các thiết bị IoT Khác với các giao thức truyền thông khác chỉ truyền được

dữ liệu Point-to-point (chỉ giữa 2 thiết bị), mà tất cả các thiết bị Zigbee đều có thê

truyền và nhận đữ liệu, mỗi thiết bị goi la mot nut mang (network node) và các

thiết bị đó trao đổi thông tin với nhau một cách có định hướng Nghĩa là ban tin

trong mạng được gửi đi một cách có địa chỉ và đường đi xác định trước (ví dụ gửi

từ liệu từ thiết bị A đến thiết bị B đề đến thiết bị C) Zigbee mesh có cơ chế “self

healing” Khi mot thiét bi that bai trong viéc truyén nhận tín hiệu, một thiết bị

khác trong mạng có thê nhận và truyền tín hiệu đó tới thiết bị đích (nêu B không

thê nhận dữ liệu thì thông qua D)

4.2 Giao thức truyền thông dùng trong IoT:

Các giao thức truyền thông là những thành phần cơ bản để kết nối các thiết bị loT với nhau và với điện toán đám mây (Cloud) Trong hệ thống IoT, các giao thức truyền thông phải đáp ứng được các yêu cầu về: hiệu năng, độ tin cậy, bảo mật và tiết kiệm năng lượng Hai giao thức truyền thông phổ biến trong hệ thống IoT là MQTT và CoAP

1 MOTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức truyền thông đơn giản, dựa trên mô hình publish/subscribe, được thiết kế cho các thiết bị hạn chế với băng thông thấp Giao thức này giúp truyền dữ liệu nhanh chóng và tiết kiệm năng lượng

10