Nghiên cứu triển khai mô hình smarthome với chuẩn DLNAUPNP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN ANH NAM NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MÔ HÌNH SMARTHOME VỚI CHUẨN DLNA/UPNP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI, NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN ANH NAM NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI MÔ HÌNH SMARTHOME VỚI CHUẨN DLNA/UPNP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM HUY HOÀNG HÀ NỘI, NĂM 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng có giúp đỡ lớn thầy hướng dẫn TS Phạm Huy Hoàng Các nội dung nghiên cứu, số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Trong luận văn, có tham khảo đến số tài liệu liệt kê phần Tài liệu tham khảo cuối luận văn Các tài liệu tham khảo trích dẫn trung thực luận văn Hà Nội, ngày… tháng … năm 2016 Tác giả Trần Anh Nam LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin chân thành cảm ơn TS Phạm Huy Hoàng dành thời gian quý báu, tận tình hướng dẫn bảo, góp ý cho suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình Thầy giáo, Cô giáo Viện Đào tạo Sau đại học – Đại học Bách Khoa Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo, Cô giáo Viện Công nghệ thông tin Truyền thông tham gia giảng dạy trình học tập Trường Các thầy cô tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo tiền đề cho hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp gia đình quan tâm tạo điều kiện tốt nhất, động viên, cổ vũ suốt trình học tập nghiên cứu để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2016 Tác giả Trần Anh Nam MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN - LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH CHƢƠNG MỞ ĐẦU Bối cảnh thực tiễn ý nghĩa khoa học .9 Nhiệm vụ đặt 10 Phƣơng pháp nghiên cứu 10 CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 11 Tổng quan SmartHome 11 1.1 Giới thiệu nhà thông minh .11 1.2 Xu hướng nhà thông minh 12 1.3 Công nghệ sử dụng nhà thông minh 13 Tổng quan giao thức mạng UPnP 14 2.1 Giới thiệu UPnP .14 2.2 Cơ chế hoạt động UPnP .15 2.3 Các thành phần UPnP 15 Chuẩn DLNA .17 3.1 Giới thiệu DLNA 17 3.2 Các thành phần chuẩn DLNA 19 Kết luận chƣơng 1: 21 CHƢƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG .22 Công nghệ UPnP Intel 22 1.1 Giới thiệu 22 1.2 Các giải pháp cung cấp .22 Công cụ Recommender Apache Mahout: 30 2.1 Giới thiệu Apache Mahout: 30 2.2 Xây dựng toàn gợi ý apache mahout .33 Kết luận chƣơng .35 CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG CHUẨN UPNP XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIẢI TRÍ ĐA PHƢƠNG TIỆN VÀ GỢI Ý BÀI HÁT 36 Giới thiệu hệ thống: .36 Phân tích thiết kế hệ thống: 36 2.1 Mô hình phân cấp chức .37 2.2 Sơ đồ liệu mức đỉnh 39 2.3 Mô hình E-R .40 2.4 Mô hình quan hệ sở liệu: 41 2.5 Thiết kế bảng cở sở liệu 42 Kết luận chƣơng .43 CHƢƠNG 4: CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 44 Cài đặt chƣơng trình: 44 1.1 Ứng dụng chia sẻ data (DMS): 44 1.2 Ứng dụng điều khiển trung tâm (DMC): 48 1.3 Ứng dụng chơi nhạc gợi ý hát (DMR) .50 1.4 Một số công nghệ sử dụng trình cài đặt .53 Đánh giá kết thử nghiệm: 56 Kết luận chƣơng .58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 A Kết luận 59 B Kiến nghị 59 C Hướng phát triển đề tài .60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT KÍ HIỆU Tiếng Anh Tiếng Việt UPnP Universal Plug and Play Giao thức mạng thiết bị DLNA Digital Living Network Alliance DMS Digital Media Server DMP Digital Media Player DMR Digital Media Renderer DMC Digital Media Controller DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Sơ đồ nhà thông minh 14 Hình 2: Mô hình phổ biến, tập trung thư viện multimedia máy dạng NAS server 16 Hình 3: Mô Hình DLNA SmartHome 18 Hình 4: Giao tiếp truyền thông tin DLNA 19 Hình : Các thiết bị tương ứng sử dụng môi trường DLNA 20 Hình 6: Các thiết bị di động mô hình DLNA .21 Hình 7: Công cụ IntelDevice Validator Intel .23 Hình 8: Mô hình điều khiển đèn sử dụng Device Spy .24 Hình 9: Câu hình thiết bị giả lập .24 Hình 10: Cấu hình bật tắt NetWorkLight 25 Hình 11: Thiết lập bật đèn qua webservice 25 Hình 12: Giao diện AV MediaServer Intel .26 Hình 13: Giao diện chia sẻ thư mục 26 Hình 14: Giao diện AV Media Controller Intel 27 Hình 15: Giao diện hiển thị danh sách hát AV Media Controller Intel 28 Hình 16: Giao diện bật hát thiết bị MediaRender 28 Hình 17: Giao diện bật nhạc DMR 29 Hình 18: Thể giao diện xử lý nhạc DMR 30 Hình 19: Giao diện gợi ý sách Amazon.com 31 Hình 20: Mô hình phân cấp chức 37 Hình 21: Sơ đồ liệu mức khung cảnh 38 Hình 22: Sơ đồ liệu mức đỉnh 39 Hình 23: Mô Hình E-R 40 Hình 24: Mô hình quan hệ sở liệu 41 Hình 25: Giao diện ứng dụng chia sẻ data .44 Hình 26: Giao diện nghiệp vụ chia sẻ nhạc theo thư mục 45 Hình 27: Giao diện tạo nhóm nhạc phát nhạc .45 Hình 28: Giao diện tạo tên nhóm nhạc 46 Hình 29: Giao diện bổ sung thông tin nhạc 46 Hình 30: Giao diện danh sách hát sau bổ sung 47 Hình 31:Giao diện nhạc chia sẻ server 47 Hình 32: Giao diện thêm thiết bị DMC 48 Hình 33: Giao diện nhóm nhạc media server 48 Hình 34: Giao diện danh sách hát 49 Hình 35: Giao diện chi tiết file 49 Hình 36: Giao diện file nhạc bật browser 49 Hình 37: Giao diện render xử lý file nhạc 50 Hình 38: Giao diện cách phát nhạc thiết bị render 51 Hình 39: Giao diện xử lý nhạc 51 Hình 40: Giao diện gới ý hát theo ca sỹ .52 Hình 41: Giao diện gới ý thể loại 52 Hình 42: Giao diện gợi ý thông minh .53 Hình 43: Giao diện navicat bảng liệu 53 Hình 44: Code entity kết nối CSDL 54 Hình 45: Dữ liệu học máy đẩy từ hệ thống 54 Hình 46: Code gợi ý hát thư viện ApacheMahout 55 Hình 47: Giao diện diều khiển nhạc ứng dụng DMR 56 Hình 48: Thử nghiệm với thiết bị sử dụng vào nghe nhạc sử dụng gợi ý thông minh 57 Hình 49: Kết thực tế hệ thống gợi ý thông minh 57 MỞ ĐẦU Công nghệ thông tin ngành đem lại cho sống người nhiều tiện ích mà không ngành sánh Một tiện ích to lớn đem lại thoải mái tiện nghi cho đời sống sinh hoạt hàng ngày Hãy tưởng tượng buổi sáng thức dậy, đèn phòng tự động điều chỉnh ánh sáng phù hợp với ánh sáng trời, cỏ sân tưới nước phù hợp với độ ẩm ngày, xuống nhà có bánh mỳ nóng lò nướng bánh máy cà phê tự động bật Khi khỏi nhà, hoàn toàn yên tâm hệ thống an ninh cho nhà Buổi chiều nhà bồn tắm xả đủ nước nóng, ánh sáng vừa phải, nhạc du dương bật để bước vào giới thư giãn v.v Trong luận văn này, nghiên cứu việc thực Nghiên cứu triển khai mô hình smarthome với DLNA/UPnP, thông qua ứng dụng mô mạng thiết bị làm rõ việc triển khai ứng dụng chuẩn DLNA/UpnP Do thời gian quy mô nghiên cứu hạn chế nên khóa luận khó tránh khỏi thiếu sót, mong quan tâm, đóng góp thầy cô giáo, bạn đọc để luận văn hoàn thiện thiết thực Hình 30: Giao diện danh sách hát sau bổ sung Danh sách hát hiển thị người dùng chọn xóa hát để xóa hát lựa chọn Khi việc tạo liệu hoàn thành Người dùng chọn Phát để cấp liệu lên máy chủ lên server Hình 31:Giao diện nhạc chia sẻ server 47 1.2 Ứng dụng điều khiển trung tâm (DMC): Hình 32: Giao diện thêm thiết bị DMC Nghiệp vụ hệ thống cho phép cấu hình bổ sung thêm thiết bị thủ công, cấu hình hỗ trợ định dạng m3u, chơi nhạc theo playlist Hình 33: Giao diện nhóm nhạc media server Ứng dụng tự động nhận biết hệ thống chia sẻ nội dung DMS, phân tách liệu thành dạng định dạng nhóm nhạc DMS thiết lập ban đầu Các ContenDirectories giúp người dùng tìm kiếm phân loại liệu dễ dàng 48 Hình 34: Giao diện danh sách hát Phần ListView mô tả chi tiết thông tin file liệu tiêu đề, người tọa, kích thước Việc đặt tên có kèm thông tin ID để việc tra cứu hệ thống server dễ dàng Hình 35: Giao diện chi tiết file Để xem chi tiết file người dùng chọn chuột phải vào file chọn chi tiết file, hiển thị thông tin chi tiết file chia sẻ DMS Người dùng dùng DMR khác để chơi file theo đường dẫn contenURI Hình 36: Giao diện file nhạc bật browser 49 1.3 Ứng dụng chơi nhạc gợi ý hát (DMR) Hình 37: Giao diện render xử lý file nhạc Ứng dụng cho phép xử lý file có định dạng mpe, mp3, mpeg, wma, mpeg3, wmv… Cho phép cấu hình thủ công đường dẫn file, cấu hình địa fle Cho phép cấu hình khung nhìn hiển thị hình ứng dụng 50 Để thị chơi nhạc, vào ứng dụng DMC Chọn vào hát danh sách hát chuột phải chọn vào thiết bị thực việc chơi nhạc Hình 38: Giao diện cách phát nhạc thiết bị render Trên hình MediaRender DMC hiển thị thông tin tên thiết bị trạng thái hoạt động thiết bị Hình 39: Giao diện xử lý nhạc 51 Người dùng sử dụng nghiệp vụ gợi ý để hiển thị thông tin gợi ý để gợi ý theo loại sở thích Gợi ý hát nhóm ca sỹ Hình 40: Giao diện gới ý hát theo ca sỹ Gợi ý hát theo nhóm thể loại Hình 41: Giao diện gới ý thể loại 52 Gợi ý thông minh sử dụng tương tác người dùng để đánh giá gợi ý Hình 42: Giao diện gợi ý thông minh 1.4 - Một số công nghệ sử dụng trình cài đặt SQL Server: Hệ quản trị sở liệu để lưu trữ thông tin hệ thống, người dùng, đẩy liệu học máy Hình 43: Giao diện navicat bảng liệu - Entity FrameWork: Để thực quản lý kết nối liệu lưu trữ Thực cập nhật liệu từ người dùng lên hệ thống 53 Hình 44: Code entity kết nối CSDL - VisualStudio Winform: Công cụ hỗ trợ lập trình thiết kế giao diện window - NReco.Recomender: Thư viện hỗ trợ gợi ý thông minh nhờ việc xử lý liệu đầu vào đánh giá Dữ liệu người dùng tương tác đẩy vào cấu trúc file thực học trình vận hành Càng nhiều tương tác người dùng, việc đánh giá gợi ý xác Hình 45: Dữ liệu học máy đẩy từ hệ thống 54 publicList RecommendMusic() { Entities context = newEntities(); var pathToDataFile = Path.Combine(Directory.GetParent(Directory.GetCurrentDirectory()).Parent.Parent.Full Name, "data\\data.dat"); string IP = GetLocalIPAddress(); List listMusicID = context.Listen.Where(u => u.IP.Equals(IP) && u.MusicID != null).Select(u => u.MusicID.Value).Take(3).ToList(); if (dataModel == null) { dataModel = newFileDataModel(pathToDataFile, false, FileDataModel.DEFAULT_MIN_RELOAD_INTERVAL_MS, false); } int userID = 0; context = newEntities(); var listUser = context.User.Where(u => u.IP.Equals(IP)).Select(u => u.UserID); if (listUser != null&& listUser.ToList().Count > 0) { userID = listUser.FirstOrDefault(); } var plusAnonymModel = newPlusAnonymousUserDataModel(dataModel); var prefArr = newGenericUserPreferenceArray(listMusicID.Count); //PlusAnonymousUserDataModel.TEMP_USER_I prefArr.SetUserID(0, PlusAnonymousUserDataModel.TEMP_USER_ID); for (int i = 0; i < listMusicID.Count; i++) { prefArr.SetItemID(i, listMusicID[i]); prefArr.SetValue(i, 5); // lets assume max rating } plusAnonymModel.SetTempPrefs(prefArr); var similarity = newLogLikelihoodSimilarity(plusAnonymModel); var neighborhood = newNearestNUserNeighborhood(5, similarity, plusAnonymModel); var recommender = newGenericUserBasedRecommender(plusAnonymModel, neighborhood, similarity); var recommendedItems = recommender.Recommend(PlusAnonymousUserDataModel.TEMP_USER_ID, 10); List listMusicRec = recommendedItems.Select(u => u.GetItemID()).ToList(); return listMusicRec; } Hình 46: Code gợi ý hát thư viện ApacheMahout Phương thức đẩy liệu người dùng vào hệ thống đánh giá người dùng 55 Đánh giá kết thử nghiệm: - Ứng dụng thực chia sẻ file đa phương tiện theo dạng thư mục, nhóm nhạc hay playlist - Các định dang hỗ trợ bao gồm file video:mpg, mpeg, avi ; Các file nhạc: mp3, wav, wma ; Các file ảnh: jpg, jpeg, bmp,png ; Các file playlist: m3u - Đã thực tự động phân nhóm theo định dạng file nhóm nhạc theo nhu cầu khách hàng - Cho phép tự động nhận dạng server content thiết bị render mạng Upnp - Cho phép chơi nhạc nhiều thiết bị render, có hỗ trợ control điều khiển đầy đủ - Cho phép lưu lại cấu hình chia sẻ máy DMS Hình 47: Giao diện diều khiển nhạc ứng dụng DMR - Gợi ý cho khách hàng hát theo nhiều tùy chọn gợi ý theo ca sỹ, gợi ý theo nhóm nhạc, gợi ý thông minh - Với người sử dụng lần đầu vào hệ thống, dựa vào IP thiết bị, ứng dụng lưu lịch sử người dùng vào hệ thống sở liêu, lần sử dụng sau hệ thống tự động nhận biết hành vi người dùng gợi ý hát ưa thích theo thói quen 56 Hình 48: Thử nghiệm với thiết bị sử dụng vào nghe nhạc sử dụng gợi ý thông minh Hình 49: Kết thực tế hệ thống gợi ý thông minh 57 Kết luận chƣơng Trong chương tác giả tập trung vào áp dụng việc xây dựng hệ thống giải trí đa phương tiện gợi ý thông minh để đánh giá tính thực tiễn việc áp dụng công nghệ UpnP/DLNA vào hệ thống nhà SmartHome, phần đầu giới thiệu đôi nét hệ thống giải trí đa phương tiện gợi ý nhà thông minh Sau đưa thiết kế giao diện, cài đặt kết phải đạt sau chạy thử nghiệm Từ kết đạt sau đánh giá thử nghiệm, tác giả đưa phân tích, đánh giá số đề xuất để để thực áp dụng công nghệ UpnP/DLNA vào xây dựng hệ thống giải trí đa phương tiện gợi ý hát SmartHome Việc áp dụng công nghệ mở giải pháp liên quan đến giải trí SmartHome Mỗi người trở nên thư gian thoải mái trở nhà 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận Luận văn tốt nghiệp tác giả với đề tài: “Nghiên cứu triển khai mô hình smarthome với DLNA/UPnP” hoàn thành Đề tài giải vấn đề sau: Tìm hiểu khái niệm nhà thông minh - SmartHome Đưa khái niệm phương pháp triển khai mô hình SmartHome với chuẩn DLNA/UpnP Khóa luận phần giải đáp khúc mắc khái niệm “nhà thông minh” Thông qua việc giới thiệu giải pháp UPNP, phương tiện, phương thức truyền thông, phương án triển khai thiết bị mạng mạng UPnP/DLNA, đưa nhìn tổng quan hoạt động hệ thống giúp người đọc hiểu hệ thống hoạt động để từ phát triển mở rộng hệ thống, để có hệ thống tùy theo mục đích sử dụng mà có hiệu tốt Khái niệm nhà thông minh mở chương cho công nghệ đại, công nghệ thông minh, giúp người đến gần với sống hoàn hảo Các kết đạt đề tài: Đề tài tổng hợp khái niệm bản, đặc điểm chung phương pháp triển khai mô hình UPnP DLNA, phương pháp mô hình hóa đánh giá mô hình ứng dụng triển khai giải trí đa phương tiện Trên sở phân tích đánh giá đặc điểm phát triển tảng UPnP Tác giả đưa giải pháp thông minh liên quan đến hệ thống gợi ý thông minh nhằm đáp ứng nhu cầu nghe nhạc khách hàng Cũng đáp ứng thuận tiện khách hàng B Kiến nghị Trong trình nghiên cứu hoàn thành luận văn, tác giả nhận thấy ngày mà máy tính cá nhân đồ điện tử dân dụng dễ dàng làm việc với 59 nhau, máy PC có khả chia sẻ thông tin kỹ thuật số gia đình đến gần Viễn cảnh Ngôi nhà kỹ thuật số sớm trở thành thực tế nhờ kết cấu phần cứng chuẩn công nghiệp mới, công cụ UPnP (Universal Plug and Play) mạnh Nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày tính tiện nghi sống, giải pháp nhà thông minh giải pháp tất yếu cho công nghệ điện tương lai Công nghệ nhà thông minh đem lại tiện ích không thừa nhận, tính tiện nghi, thoải mái cho nhà, tiết kiệm chi phí lượng sử dụng, an toàn cho người sử dụng, mềm dẻo dễ lắp đặt, sửa chữa v.v Tuy nhiên, đề tài có số hạn chế: - Đề tài chưa xây dựng nhiều công cụ thông minh để kết hợp với hệ thống giải trí đa phương tiện, xử lý ảnh, chạy tảng mobile - Chưa ứng dụng hệ thống lệ hệ thống lơn đa tảng, - Là học viên ngành công nghệ thông tin, nghiên cứu đề tài này, khóa luận không tránh khỏi bỡ ngỡ ban đầu, mong quan tâm góp ý thầy cô, bạn đọc để khóa luận hoàn thiện C Hƣớng phát triển đề tài Như trình bày trên, đề tài chủ yếu tập trung nghiên cứu mô hình DLNA/UPnP mô hình SmartHome, sử dụng công cụ Intem để mô tạo môi trường đánh giá Việc sử dụng công cụ mã nguồn mở hạn chế việc đánh giá xác cách thức nhiều tảng khác Hướng nghiên cứu, phát triển đề tài sử dụng nhiều công cụ khác thực môi trường phần cứng phần mềm khác kết định hướng phát triển Lựa chọn công cụ phát triển nhà cung cấp khác, phát triển nhiều tảng thiết bị khác nhau, để đưa định hướng cho nghiệp vụ giải pháp 60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] BPR: Bayesian Personalized Ranking from Implicit Feedback Rendle et al2009 Bayesian Personalized Ranking [2] XÂY DỰNG HỆ THỐNG GỢI Ý BÀI HÁT DỰA TRÊN PHẢN HỒI TIỀM ẨN Nguyễn Thái Nghe Nguyễn Tấn Phong [3] ApacheMahout Introduce Grant Ingersoll IBM 2009 [4] UPNP® TECHNOLOGIES FOR THE SMART GRID‐ENABLED HOME 11-2011 [5] System for predicting students’s course result using a free recommender sys Huỳnh Lý Thanh Nhàn, Nguyễn Thái Nghe [6] Giải thuật K-Means xử lý song song với mô hình MapReduce [7] Tìm hiểu thêm số trang web forums: http://www.intel.com/content/www/us/en/homepage.html … 61 ... này, nghiên cứu việc thực Nghiên cứu triển khai mô hình smarthome với DLNA/UPnP, thông qua ứng dụng mô mạng thiết bị làm rõ việc triển khai ứng dụng chuẩn DLNA/UpnP Do thời gian quy mô nghiên cứu. .. tiện SmartHome để mô đánh giá kết Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn đề cập việc nghiên cứu chế hoạt động chuẩn UPnP/DLNA dựa mô hình SmartHome Tìm hiểu phân tích tiêu chuẩn, giải pháp thực tế triển. .. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Sơ đồ nhà thông minh 14 Hình 2: Mô hình phổ biến, tập trung thư viện multimedia máy dạng NAS server 16 Hình 3: Mô Hình DLNA SmartHome 18 Hình 4: Giao