Một Số Công Nghệ Truyền Thông Trong Mạng Cảm Biến Không Dây, Ứng Dụng Vào Xây Dựng Mô Hình Ngôi Nhà Thông Minh

Header Page of 126 ĐẶNG DUY AN MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY, ỨNG DỤNG VÀO XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGÔI NHÀ THÔNG MINH 2013 Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page of 126 ĐẶNG DUY AN MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY, ỨNG DỤNG VÀO XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGÔI NHÀ THÔNG MINH : 60 48 01 PGS.TS PHẠM VIỆT BÌNH 2013 Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page of 126 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .2 1.1 Giới thiệu chung mạng cảm biến không dây .2 1.2 Đặc điểm mạng cảm biến không dây 1.3 Cấu trúc nút cảm biến 1.4 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây .6 1.4.1 Các mặt phẳng quản lý 1.4.2 Lớp vật lý: 1.4.3 Lớp liên kết liệu 1.4.4 Lớp mạng 1.4.5 Lớp truyền tải 1.4.6 Lớp ứng dụng 1.5 Các chế truyền thông cho mạng cảm biến không dây .8 1.5.1 Mô hình truyền thông mạng cảm biến không dây 1.5.2 Chuẩn truyền thông vật lý cho mạng cảm biến không dây .11 1.6 Một số thách thức mạng WSNs .12 1.6.1 Thách thức cấp độ nút 12 1.6.2 Thách thức cấp độ mạng 13 1.6.3 Sự chuẩn hóa 14 1.6.4 Khả cộng tác 14 1.7 Một số ứng dụng mạng cảm biến không dây 15 1.7.1 Ứng dụng WSNs nông nghiệp, lâm nghiệp 15 1.7.2 Ứng dụng WSNs y tế .16 1.7.3 Ứng dụng WSNs môi trƣờng 16 1.7.4 Ứng dụng WSNs giao thông 17 1.7.5 Ứng dụng WSNs gia đình 18 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 19 2.1 Công nghệ truyền thông cho mạng không dây lƣợng thấp 6LOWPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks) 19 2.1.1 Giới thiệu .19 2.1.2 Kiến trúc ngăn xếp 6LoWPAN .21 Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page of 126 2.2 Công nghệ truyền thông lớp ứng dụng hoạt động mạng có lƣợng hạn chế - CoAP (Constrained Application Protocol) 24 2.2.1 Đặc điểm 25 2.2.2 Kiến trúc CoRE .25 2.2.3 Mô hình giao thức CoAP 27 2.2.4 Phân lớp ngăn xếp giao thức CoAP 32 34 34 Request/Response .38 CoAP .40 41 2.2.10 Chuyển đổi CoAP HTTP 43 2.3 Công nghệ truyền thông cho mạng có lƣợng tổn hao thấp - RPL (IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Networks) .44 2.3.1 Giới thiệu .44 2.3.2 Một số khái niệm RPL 44 2.3.3 Các loại tin sử dụng RPL - ICMP 47 2.3.4 Quá trình khởi tạo mạng 50 2.3.5 Quá trình định tuyến upward 50 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGÔI NHÀ THÔNG MINH 54 3.1 Mô tả toán .54 3.2 Thiết kế mô hình hệ thống nhà thông minh 55 3.2.1 Sơ đồ mặt mô hình nhà thông minh .55 3.2.2 Sơ đồ ngữ cảnh mô hình nhà thông minh .57 3.2.3 Các module mô hình nhà thông minh 58 3.3 Các thuật toán quản lý mô hình nhà thông minh 62 3.3.1 Thuật toán điều khiển thiết bị 62 3.3.2 Thuật toán gửi số liệu lên máy chủ 62 3.3.3 Thuật toán gửi số liệu nút cảm biến tới nút sink 63 3.3.4 Đánh giá hiệu hệ thống 63 KẾT LUẬN .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page of 126 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 mô hình mạng cảm biến không dây Hình Kiến trúc giao thức mạng cảm biến .5 Hình Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây Hình 1.4 Phân chia kênh vô tuyến dải 24Ghz Hình Mô hình Điểm – Điểm mạng cảm biến không dây Hình Mô hình Điểm – Đa điểm mạng cảm biến không dây Hình Mô hình Đa điểm - điểm mạng cảm biến không dây 10 Hình Minh họa ứng dụng mạng cảm biến nông nghiệp 16 Hình Minh họa ứng dụng mạng cảm biến môi trƣờng .17 Hình 10 Minh họa ứng dụng mạng cảm biến giao thông 18 Hình 11 Minh họa ứng dụng mạng cảm biến gia đình 18 Hình 2.1 Kiến trúc ngăn xếp 6LoWPAN so sánh với mô hình ISO/OSI Layer 21 Hình 2.2 Kiến trúc REST 26 Hình 2.3 Ví dụ minh họa kiến trúc RESTful cho WSNs .27 28 28 29 .30 30 31 Hình 2.10 So sánh ngăn xếp giao thức HTTP(a) với CoAP(b) 32 34 39 42 Hình 2.17 Mô hình RPL DAG 45 Hình 2.18 RPL INSTANCE DAG sequence number 46 Hình 2.19 Cấu trúc tin điều khiển RPL .47 Hình 2.20 Cấu trúc tin DIS 48 Hình 2.21 Cấu trúc tin DIO .49 Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page of 126 Hình 2.22 Cấu trúc tin DAO .49 Hình 3.1 Sơ đồ mặt mô hình nhà thông minh 55 Hình 3.2 Sơ đồ ngữ cảnh mô hình nhà thông minh Hình 3.3 Module kết nối Interenet mô hình nhà thông minh 58 Hình 3.5 Màn hình login smartphone OS Android 64 Hình 3.6 Màn hình quản lý thiết bị smartphone OS Android 65 Hình 3.7 Màn hình giám sát môi trƣờng smartphone OS Android .65 Hình 3.8 Màn hình giám sát môi trƣờng máy tính 66 Hình 3.9 Lƣu đồ thuật toán xác định điều khiển thiết bị .62 Hình 3.10 Lƣu đồ thuật toán gửi số liệu lên máy chủ 62 Hình 3.11 Lƣu đồ thuật toán gửi số liệu từ nút cảm biến tới nút sink .63 Hình 3.12 Lƣu đồ thuật toán gửi số liệu từ nút cảm biến tới nút sink .66 Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page of 126 MỞ ĐẦU Với khái niệm Internet thứ - IoT (Internet of Things) Web thứ - WoT (Web of Things) cho phép thiết bị nhƣ máy tính, máy in, thiết bị cầm tay, thiết bị điện, cảm biến, tủ lạnh, tàu hỏa, điện thoại vv có khả kết nối, truyền thông, thông báo tình trạng (hết hàng, hết thực phẩm tủ lạnh, hạn sử dụng thực phẩm, ) điều khiển nhƣ máy tính qua mạng IP dựa Web, mở hƣớng phát triển tƣơng lai đầy triển vọng cho mạng Internet việc tích hợp mạng thông tin khác tảng IP thống nhất, có mạng cảm biến không dây chủ đề đƣợc quan tâm Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks - WSNs) gồm nhiều nút đƣợc trang bị cảm biến liên kết với thông qua sóng vô tuyến với mức tiêu thụ lƣợng thấp Mục đích mạng cảm biến thu thập thông tin từ nút mạng chuyển tới trung tâm xử lý cách hiệu Mạng WSNs đƣợc ứng dụng nhiều lĩnh vực nhƣ quốc phòng, an ninh, giám sát môi trƣờng, y tế, công nghiệp dân dụng Trong năm gần đây, chủ đề nghiên cứu liên kết nút cảm biến nhƣ mạng WSNs với qua mạng IP nhằm kế thừa tảng mạng WSNs ngày đƣợc quan tâm nghiên cứu triển khai thực tế Do đó, nhiều công nghệ truyền thông kết nối mạng cảm biến không dây với mạng IP đƣợc đề xuất, nghiên cứu triển khai Chính vậy, đề tài “Một số công nghệ truyền thông mạng cảm biên không dây, ứng dụng vào xây dựng mô hình nhà thông minh” có mục tiêu nghiên cứu nghiên cứu công nghệ truyền thông qua mạng IP có hỗ trợ cho mạng cảm biến không dây Bố cục luận văn nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan mạng cảm biến không dây: trình bày kiến trúc, phƣơng thức truyền thông, ứng dụng mạng cảm biến không dây thực tế nhƣ y tế, nông lâm nghiệp, gia đình Chƣơng 2: Một số công nghệ truyền thông mạng cảm biến không dây: trình bày chi tiết số công nghệ truyền thông qua mạng IP mạng cảm biến Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page of 126 Chƣơng 3: Xây dựng mô hình nhà thông minh: phân tích thiết kế mô hình hệ thống nhà thông minh sử dụng công nghệ CoAP CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu chung mạng cảm biến không dây Trong năm gần đây, phát triển vƣợt bậc công nghệ điện tử công nghệ thông tin & truyền thông tạo động lực thúc đẩy mạnh mẽ cho việc phát triển hệ thống thông minh hầu hết lĩnh vực xã hội nhƣ y tế, nông nghiệp, thủy sản, công nghiệp dân dụng Đồng thời, với xu IoT (Internet of Things) WoT (Web of Things) mở nhiều thuận lợi lợi ích cho việc nghiên cứu, xây dựng triển khai mạng hệ thống thông minh toàn cầu, hệ thống cảm biến mạng cảm biến yếu tố then chốt cho hệ thống thông minh Mạng cảm biến không dây – WSNs (Wireless Sensor Networks) gồm nút cảm biến có khả với thông qua truyền thông vô tuyến Trong đó, nút thƣờng thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp, đa chức năng, công suất tiêu thụ thấp có số lƣợng lớn diện tích giám sát bất kỳ, sử dụng nguồn lƣợng hạn chế Các nút cảm biến có nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính toán, thu thập, nhƣ điều khiển nhằm có đƣợc định phù hợp với môi trƣờng tự nhiên đƣợc giám sát Mô hình mạng cảm biến đƣợc minh họa nhƣ sau: Hình 1.1 mô hình mạng cảm biến không dây Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page of 126 Với minh họa nhƣ hình 1.1, nút cảm biến đƣợc phân bố cách phù hợp theo vị trí thu thập thông tin đảm bảo liên kết truyền thông với nhau, liệu truyền đa chặn để tới nút chủ (sink node) Các nút cảm biến thƣờng có chức nhƣ thu thập số liệu môi trƣờng xung quanh nhƣ: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng; theo dõi hay định vị mục tiêu cố định di động,… Các nút sử dụng môi trƣờng vô tuyến để truyền số liệu, liên kết theo cấu trúc xác định, có khả chuyển tiếp gói tin nút khác để truyền tới nút chủ Nút chủ hay gọi nút trung tâm (base station) có khả xử lý, nhớ, thu thập số liệu nút khác, nhƣ đƣa yêu cầu tới nút theo nhiệm vụ riêng Nút chủ mạng cảm biến đƣợc chia sẻ qua hệ thống mạng IP nhƣ mạng Internet, hay mạng viễn thông theo mục đích ngƣời dùng Nhờ vậy, phạm vi hoạt động mạng cảm biến không bị hạn chế, mà phát triển thành liên kết mạng cảm biến với 1.2 Đặc điểm mạng cảm biến không dây Khác với mạng cảm biến thông thông, mạng cảm biến không dây có đặc điểm tiểu tiểu nhƣ sau: Mạng cảm biến không dây thƣờng đƣợc triển khai phạm vi rộng, số lƣợng node cảm biến lớn đƣợc phân bố cách ngẫu nhiên, theo quy luật xác định Các node mạng di chuyển làm thay đổi sơ đồ bố trí mạng Do vậy, mạng cảm biến không dây có tính linh động nút cảm biến mạng có khả tự điều chỉnh, tự cấu hình nhằm đảm bảo ổn định cho mạng WSNs Mạng WSN không sử dụng đƣợc chế giao thức truyền thông phổ biến dùng cho mạng máy tính nhƣ 802.11 mà đòi hỏi phải có chế & giao thức truyền vô tuyến riêng Do giới hạn nguồn lƣợng cung cấp yêu cầu hoạt động thời gian dài, nên vấn đề tiêu thụ lƣợng tiêu chí thiết kế quan trọng mạng cảm biến không dây Có khả chịu lỗi: trƣờng hợp số nút cảm biến không hoạt động thiếu lƣợng, hƣ hỏng vật lý ảnh hƣởng môi trƣờng Bởi vạy, khả chịu lỗi mạng Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 10 of 126 WSNs thể việc mạng hoạt động bình thƣờng, trì chức số nút mạng không hoạt động Ở đây, ngƣời ta sử dụng phân bố Poisson để xác định xác suất sai hỏng khoảng thời gian (0,t): Rk (t) = e –λkt Trong đó: - λk : tỉ lệ lỗi nút k - T :khoảng thời gian khảo sát - Rk(t): độ tin cậy khả chịu lỗi nút cảm biến Khả mở rộng: Khi triển khai mạng cảm biến không dây số lƣợng nút cảm biến đƣợc triển khai đến hàng trăm nghìn, phụ thuộc vào ứng dụng Bởi mạng WSNs có khả làm việc với biến động số lƣợng nút mạng Dễ triển khai ƣu điểm quan trọng mạng cảm biến không dây Ngƣời sử dụng không cần phải hiểu mạng nhƣ chế truyền thông làm việc với WSN Bởi để triển khai hệ thống thành công, WSN cần phải tự cấu hình Thêm vào đó, truyền thông hai nút bị ảnh hƣởng suốt thời gian sống thay đổi vị trí hay đối tƣợng lớn Lúc này, mạng cần có khả tự cấu hình lại để khắc phục điều Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 10 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 60 of 126 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGÔI NHÀ THÔNG MINH 3.1 Mô tả toán Trong xã hội đại, việc tự động hóa hoạt động cho thiết bị gia đình ngày phát triển trở thành nhu cầu cần thiết ngƣời Nhờ đó, thiết bị điện, điện - điện tử ngày có xu có khả kết nối với hệ thống mạng mạng toàn cầu nhƣ mạng Internet, mạng viễn thông Đồng thời, thiết bị điện, điện - điện tử dân dụng có khả cảm nhận môi trƣờng xung quanh nhƣ nhiệt độ, ánh sáng, chuyển động, lƣợng tiêu thụ để thông báo cho thiết bị đầu cuối (máy tính, smartphone, thiết bị cầm tay) xử lý theo ngữ cảnh phù hợp Đó mục đích hƣớng tới nhà thông minh Nhƣ vậy, nhà thông minh (smarthome) có thành phần nhƣ sau:  Hệ thống chiếu sáng thông minh: hệ thống thực việc kiểm soát việc bật/tắt thiết bị chiếu sáng theo ngữ cảnh phù hợp  Hệ thống kiểm soát môi trƣờng: hệ thống đo đạc thông số môi trƣờng nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, khói, ga, Số liệu hệ thống làm sở định cho hệ thống chấp hành khác  Hệ thống kiếm soát thiết bị điện: hệ thống có chức bật/tắt thiết bị điện theo ngữ cảnh, hay theo yêu cầu ngƣời dùng  Hệ thống an ninh chống trộm: Hệ thống có camera, cảm biến phát chuyển động, thẻ RFID Khi có xâm nhập bất thƣờng, hệ thống gửi thông báo nhƣ Loa, gọi điện, gửi tin nhắn,…  Hệ thống sở liệu: Lƣu trữ liệu toàn hệ thống nhà thông minh  Hệ thống phần mềm quản trị giao tiếp ngƣời dùng: Cung cấp giao diện giao tiếp hệ thống nhà thông minh với ngƣời dùng  Hệ thống đo lƣờng lƣợng tiêu thụ thiết bị điện: Đo lƣờng lƣợng tiêu thụ điện thiết bị điện nhà để từ đƣa đƣợc khuyến cáo sử dụng tiết kiệm lƣợng điện cho thiết bị Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 60 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 61 of 126  Hệ thống kết nối với mạng truyền thông: cung cấp giao diện kết nối nhà thông minh với mạng truyền thông khác nhƣ mạng Internet hay mạng viễn thông Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống nhà thông minh với khả kết nối với mạng IP sử dụng CoAP, giám sát môi trƣờng, quản lý thiết bị điện, chiếu sáng, an ninh chống trộm, đo lƣợng tiêu thụ thiết bị điện 3.2 Thiết kế phần cứng mô hình hệ thống nhà thông minh 3.2.1 Sơ đồ mặt mô hình nhà thông minh Hình 3.1 Sơ đồ mặt mô hình nhà thông minh Qua hình 3.1, ta thấy mô hình nhà thông minh gồm phòng phòng khách, phòng bếp, phòng ngủ WC Với phòng, cảm biến đƣợc bố trí nhƣ sau:  Phòng khách: - Cảm biến nhiệt độ cung cấp liệu nhiệt độ để điều khiển bật/tắt quạt điều hòa qua mạng Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 61 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 62 of 126 - Cảm biến ánh sáng thu thập số liệu ánh sáng để thực việc bật/tắt đèn qua mạng - Cảm biến chuyển động để phát xâm nhập, cánh báo cho hệ thống an ninh chống trộm, bật đèn - Module đo lƣợng tiêu thụ thiết bị điện  Phòng bếp: - Cảm biến nhiệt độ cung cấp liệu nhiệt độ để điều khiển bật/tắt quạt qua mạng - Cảm biến ánh sáng thu thập liệu ánh sáng để bật/tắt đèn qua mạng - Cảm biến chuyển động phát có ngƣời vào phòng - Cảm biến khí, gas để phát khói, khí gas để đƣa cảnh báo phù hợp - Chuông báo cháy - Module đo lƣợng tiêu thụ thiết bị điện  Phòng ngủ: - Cảm biến nhiệt độ cung cấp nhiệt độ để điều khiển bật/tắt thiết bị điện nhƣ quạt, điều hòa - Module đo lƣợng tiêu thụ thiết bị điện Nhƣ vậy, với mô hình hệ thống nhà thông minh bao gồm đƣợc hệ thống mô hình nhà thông minh nhƣ: hệ thống chiếu sáng, hệ thống kiểm soát môi trƣờng, hệ thống điều khiển thiết bị điện, hệ thống đo lƣợng tiêu thụ, hệ thống kết nối với mạng truyền thông hệ thống sở liệu Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 62 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 63 of 126 3.2.2 Sơ đồ ngữ cảnh mô hình nhà thông minh a) Sơ đồ ngữ cảnh minh họa kết nối thiết bị mô hình b) Sơ đồ ngữ cảnh minh họa theo vùng mạng cảm biến không dây Hình 3.2 Sơ đồ ngữ cảnh mô hình nhà thông minh a) Sơ đồ ngữ cảnh minh họa kết nối thiết bị mô hình b) Sơ đồ ngữ cảnh minh họa theo vùng mạng cảm biến không dây Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 63 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 64 of 126 Qua hình 3.2, thấy nhiều hệ thống đƣợc tích hợp nút cảm biến với nhiều tham số khác Tức là, nút cảm biến gồm chiếu sáng, hệ thống giám sát môi trƣờng hay điều khiển thiết bị điện Bởi vậy, việc phân biệt hệ thống mang tính chất tƣơng đối Trong hệ thống này, tác giả sử dụng truyền thông không dây theo chuẩn Xbee, Zolertia Để truyền thông kết nối với mạng IP, tác giả triển khai cài đặt giao thức CoAP Với hệ thống giao thức cho phép thu thập điều khiển thiết bị điện qua mạng Internet thông qua máy tính hay smartphone 3.2.3 Các module mô hình nhà thông minh 3.2.3.1 Module kết nối với Internet Module kết nối Interent đóng vai trò nhƣ máy tính có khả kết nối Interent, theo chuẩn IPv4 Khối kết nối Interent có nhiệm vụ nhƣ nút sink, tức có nhiệm vụ chuyển đổi giao diện kết nối mạng cảm biến với với mạng Interent Thông qua, khối kết nối Internet ngƣời dùng thu thập số liệu, giám sát điều khiển thiết bị nút quản lý Hình 3.3 Sơ đồ khối moudle kết nối Internet với mạng cảm biến mô hình nhà thông minh Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 64 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 65 of 126 Hình 3.4 Module kết nối Interenet mô hình nhà thông minh 3.2.3.2 Các module thu thập điều điều khiển thiết bị Các module thực việc thu thập số liệu môi trƣờng thông qua cảm biến ánh sáng, nhiệt độ, khói, gas, chuyển động Đồng thời, module có khả điều khiển thiết bị điện theo yêu cầu ngƣời dùng gửi tới qua môi trƣờng mạng Các module đƣợc liên kết với qua môi trƣờng không dây để truyền liệu tới nút sink/module kết nối Interenet Hình 3.4 Sơ đồ khối module điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 65 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 66 of 126 Hình 3.5 Các module thu thập điều khiển thiết bị mô hình nhà thông minh 3.2.3.3 Module đo lƣợng tiêu thụ thiết bị Trong luận văn này, tác giả sử dụng cảm biến dòng 5A để thực việc đo dòng điện tiêu thu thiết bị điện Đề từ xác định đƣợc công suất tiêu thụ hiệu dụng thiết bị điện Moulde đƣợc ghép chung với module điều khiển thiết bị điện để thực việc đo dòng tiêu thụ thiết bị điện thời điểm 3.3 Thiết kế phần mềm mô hình hệ thống nhà thông minh 3.3.1 Đặc tả yêu cầu hệ thống  Tính dễ sử dụng: Giao diện phần mềm trực quan dễ hiểu, nút điều khiển có kích thƣớc phù hợp đƣợc sử dụng icon thể chức thay cho text  Độ an toàn bảo mật hệ thống: Hệ thống đƣợc bảo mật tài khoản ngƣời dùng có phân cấp quyền sử dụng  Tính thuận tiện: Giao diện dễ nhìn, nút nhấn, đƣờng dẫn, thực đơn đƣợc bố trí hợp lí, hệ thống cần cung cấp phím nóng để ngƣời dùng nâng cao tăng tốc độ làm việc  Yêu cầu độ tin cậy hệ thống: Hệ thống phải đảm bảo đƣợc ổn định, không để xảy xung đột phần cứng hay phần mềm  Yêu cầu môi trƣờng: - Máy tính phải có kết nối đƣờng truyền truy cập Internet - Sử dụng trình duyệt web nhƣ Internet Expoler, Firefox, Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 66 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 67 of 126 Googlechrome - Thiết bị di động phải có kết nối Internet chạy hệ điều hành Android - Thiết bị di động phải đƣợc cài đặt phần mềm quản lý  Yêu cầu chức năng: Hệ thống quản lý đƣợc vùng mạng cảm biến khác nhau/các phòng Xem đƣợc thông tin môi trƣờng, nhƣ điều khiển thiết bị điện 3.3.2 Biểu đồ lớp hệ thống Biểu đồ lớp mức hệ thống biểu đồ mô tả tổng quát hoạt động hệ thống hệ thống nhận yêu cầu từ ngƣời dùng thông qua lớp giao diện nhƣ , đăng nhập, quản lí phòng, quản lý thông tin ngƣời dùng Hệ thống xử lí yêu cầu hồi đáp lại ngƣời sử dụng Hình 3.6 Biểu đồ lớp hệ thống phần mềm Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 67 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 68 of 126 3.4 Các thuật toán quản lý mô hình nhà thông minh 3.4.1 Thuật toán điều khiển thiết bị Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán gửi lệnh điều khiển thiết bị 3.4.2 Thuật toán gửi số liệu lên máy chủ Hình 3.10 Lưu đồ thuật toán gửi số liệu lên máy chủ Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 68 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 69 of 126 3.4.3 Thuật toán gửi số liệu nút cảm biến tới nút sink Hình 3.11 Lưu đồ thuật toán gửi số liệu từ nút cảm biến tới nút sink 3.3 Một số hình ảnh mô hình nhà thông minh Hình 3.12 Hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát môi trường Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 69 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 70 of 126 Hình 3.13 Hệ thống điều khiển thiết bị điện giám sát môi trường Hình 3.14 Màn hình login smartphone OS Android Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 70 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 71 of 126 Hình 3.15 Màn hình quản lý thiết bị smartphone OS Android Hình 3.16 Màn hình giám sát môi trường smartphone OS Android Hình 3.14 Màn hình login máy tính Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 71 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 72 of 126 Hình 3.17 Màn hình giám sát môi trường máy tính 3.3.4 Đánh giá hiệu hệ thống Đối với hệ thống thu thập điều khiển qua mạng IP nhƣ mạng Internet, mạng viễn thông yếu tố quan trọng việc đáp ứng tín hiệu điều khiển thiết bị Tức là, lệnh điều khiển đƣợc gửi đáp ứng chấp hành thiết bị có thời gian ngắn tốt Do đó, phần này, tác giả thực việc đánh giá thời gian đáp ứng lệnh điều khiển thiết bị môi trƣờng Times (s) mạng IP thực tế Kết đo đạc đáp ứng điều khiển thiết bị nhƣ sau: 20 18 16 14 12 10 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 Commands Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán gửi số liệu từ nút cảm biến tới nút sink Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 72 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 73 of 126 KẾT LUẬN Trong năm gần đây, chủ đề nghiên cứu mạng cảm biến không dây đƣợc nhà khoa học quan tâm.Chính vậy, em nghiên cứu số công nghệ truyền thông mạng cảm biến không dây tập trung nghiên cứu công nghệ tích hợp mạng cảm biến không dây với mạng Internet Dựa kết nghiên mình, em cài đặt chƣơng trình xây dựng mô hình nhà thông minh Dƣới số kết luận văn: - Nghiên cứu công nghệ truyền thông 6LOWPAN, RPL CoAP - Nghiên cứu cứu tảng phát triển mạng cảm biến Zolertia, Arduino - Xây dựng mô hình nhà thông minh với chức nhƣ sau: thu thập thông số môi trƣờng nhƣ nhiệt độ, ánh sáng, khí ga chuyển động; điều khiển thiết bị điện qua mạng Internet; quản lý nhà thông minh qua mạng Internet dựa web; tự động bật thiết bị phát xâm nhập Tuy nhiên, mô hình nhà thông minh mà đề tài xây dựng gặp số hạn chế nhƣ sau: - Quy mô nhỏ, khoảng cách nút cảm biến gắn nên việc đánh giá hiệu truyền thông không dây mô hình thiếu tính thực tế - Các nút cảm biến hoạt động chƣa ổn định dẫn đến có sai số trình thu thập số liệu môi trƣờng - Chƣa thống kê số liệu thu thập thông số môi trƣờng theo thời gian yêu cầu ngƣời dùng Với việc ứng dụng mạng cảm biến không dây phát triển nhà thông minh đƣợc ứng dụng phổ biến Do đó, đề tài tiếp tục phát triển hƣớng nghiên cứu nhằm hoàn thiện nhƣợc điểm trên, Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 73 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Header Page 74 of 126 nhƣ hợp tác với doanh nghiệp để triển khai hiệu kết đề tài ứng dụng xã hội, đáp ứng yêu cầu ngƣời dùng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IEEE Computer Society, "IEEE Std 802.15.4-2006 (as amended)",2007 [2] Vu Thanh Vinh, Pham Viet Binh, “A survey of routing using DHTs over wireless sensor networks”, Journal of Computer and Communication, USA, 2011 [3] W Colitti, K Steenhaut, and N D Caro, “Integrating Wireless Sensor Networks with the Web," in Extending the Internet to Low power and Lossy Networks (IP+SN 2011) Co-located with the CPS Week, Chicago, Illinois, USA, April 11th 2011 [4] M Kovatsch, M.Weiss, and D Guinard, “Embedding internet technology for home automation," in Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), 2010 IEEE Conference on, September 2010 [5] S Dawson-Haggerty, X Jiang, G Tolle, J Ortiz, and D Culler, “sMAP: a simple measurement and actuation profile for physical information," in Proceedings of the 8th ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems, 2010 [6] L D.D.Chaudhary, S.P.Nayse, Application of wireless sensor networks for greenhouse parameter control in precision agriculture," International Journal of Wireless & Mobile Networks (IJWMN), vol 3, pp 140-149, 2011 [7] T Ahonen, R Virrankoski, and M Elmusrati, Greenhouse Monitoring with Wireless Sensor Network," in Mechtronic and Embedded Systems and Applications, 2008 MESA 2008 Số hóa Trung tâm Học liệu Footer Page 74 of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... Đa điểm mạng cảm biến không dây Hình Mô hình Đa điểm - điểm mạng cảm biến không dây 10 Hình Minh họa ứng dụng mạng cảm biến nông nghiệp 16 Hình Minh họa ứng dụng mạng cảm biến môi trƣờng... Page of 126 ĐẶNG DUY AN MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY, ỨNG DỤNG VÀO XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGÔI NHÀ THÔNG MINH : 60 48 01 PGS.TS PHẠM VIỆT BÌNH 2013 Số hóa Trung tâm Học... Lớp ứng dụng Tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, loại phần mềm ứng dụng khác đƣợc xây dựng sử dụng lớp ứng dụng 1.5 Các chế truyền thông cho mạng cảm biến không dây 1.5.1 Mô hình truyền thông mạng cảm biến