Xây dựng hệ thống giám sát phòng máy dựa trên công nghệ IoT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HẢI LÂM XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT PHỊNG MÁY DỰA TRÊN CƠNG NGHỆ IoT Chun ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 60.48.01.01 TOM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Đà Nẵng, năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN TẤN KHÔI Phản biện 1: TS Lê Thị Mỹ Hạnh Phản biện 2: TS Nguyễn Quang Thanh Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học máy tính Trường Đại học Bách khoa vào ngày tháng 12 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa − Thư viện Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, sống người có thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Và khái niệm “Internet of Things” khơng xa lạ mẻ với Một giới mà thứ sống kết nối với Internet để truyền tải, trao đổi liệu, từ người dùng tương tác, điều khiển kiểm sốt hoạt động sống thơng qua thiết bị thơng minh điện thoại máy tính bảng Đánh giá tình hình phát triển Internet nước thời gian qua, Việt Nam phát triển nhanh số lượng người sử dụng Internet thiết bị số, mạng xã hội thiết bị di động Internet Việt Nam có hạ tầng mạng phát triển bền vững với ADSL, TV cable, đặc biệt hạ tầng cáp quang thành phố lớn Hiện nay, khái niệm IoT trở nên quen thuộc ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống người, đặc biệt nước phát triển có khoa học công nghệ tiên tiến Tuy nhiên, công nghệ chưa áp dụng cách rộng rãi nước ta, điều kiện kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu sử dụng Những dự án phát triển Internet of Things lên nhiều công ty cơng nghệ tồn giới Hiện có khoảng 300 nghìn lập trình viên tham gia IoT đến 2020, giới cần tới 4.5 triệu lập trình viên Một sản phẩm Internet of Things phổ biến Raspberry Pi Một thiết bị phần cứng có chức tương tự máy tính thu nhỏ, phục vụ cho nhiều nhu cầu khác như: học tập, giải trí, điều khiển thiết bị phần cứng khác… Được định hướng người hướng dẫn, đề xuất đề tài Xây dựng hệ thống giám sát phòng máy dựa cơng nghệ IoT nhằm mục tiêu xây dựng thiết bị IoT để giám sát thông số độ ẩm, nhiệt độ hình ảnh camera cho phòng máy chủ MobiFone với 40 tủ Rack 150 thiết bị MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu Xây dựng hệ thống giám sát phòng máy dựa cơng nghệ IoTcó chức giám sát, thu nhập thông tin truyền tải liệu Server mạng để phục vụ giám sát quản lý Mục tiêu cụ thể: - Xây dựng mơ hình thiết bị nhúng thành phần ngoại vi, - Xây dựng sơ đồ tích hợp, kết nối thiết bị, - Lựa chọn hệ điều nhúng, phân tích mã nguồn, phát triển chức năng, - Cài đặt hệ điều hành nhúng vào thiết bị IoT, - Xây dựng mô đun chức xử lý liệu, - Xây dựng WebServer cho phép nhận liệu từ thiết bị IoT hiển thị thông ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu đề tài: - Cơ sở lý thuyết IoT, - Kiến trúc hệ thống IoT, - Các giải pháp xây dựng kết nối thiết bị IoT, - Mơ hình bảo mật cho IoT Phạm vi nghiên cứu đề tài: - Nghiên cứu mơ hình kết nối IoT phục vụ giám sát quản lý - Nghiên cứu xây dựng hệ điều hành nhúng cho thiết bị IoT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết: - Cơ sở lý thuyết IoT, - Cơ sở lý thuyết mô triển khai IoT, - Phân tích chức hệ điều hành nhúng thiết bị Nghiên cứu thực nghiệm: - Xây dựng hệ điều hành nhúng cho thiết bị IoT, - Xây dựng mơ hình kết nối thử nghiệm CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn tổ chức thành ba chương với nội dung sau: Chương Tổng quan công nghệ IoT Chương này, luận văn trình bày mơ hình hệ thống, thành phần hệ thống, công nghệ ứng dụng hệ thống IoT Từ tổng quan vấn đề cần nghiên cứu luận văn Chương Phân tích thiết kế hệ thống IoT giám sát mơi trường phòng máy Chương này, phát biểu toán, thiết kế xây dựng mơ hình hệ thống IoT giám sát, thiết kế chi tiết chức hệ thống Và từ phân tích lựa chọn cơng nghệ để triển khai hệ thống Chương Triển khai thực nghiệm hệ thống đánh giá kết Trên sở nghiên cứu IoT, thiết bị cảm biến thông dụng, đồng thời xuất phát từ thực tiễn phục vụ công việc giám sát nhiệt độ, độ ẩm hình ảnh camera phòng máy chủ nơi tơi làm việc, xây dựng chương trình thực nghiệm (trên thiết bị thật) để giám sát thông số môi trường (nhiệt độ độ ẩm) hình ảnh camera phòng máy chủ Sau đó, chạy thử nghiệm chương trình, đánh giá kết đạt so sánh với mục tiêu, yêu cầu đặt luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ IOT 1.1 GIỚI THIỆU IoT coi tầm nhìn sâu rộng cơng nghệ sống Từ quan điểm tiêu chuẩn kỹ thuật, IoT xem sở hạ tầng mang tính tồn cầu cho xã hội thông tin, tạo điều kiện cho dịch vụ tiên tiến thông qua liên kết “mọi thứ” IoT dự kiến tích hợp nhiều cơng nghệ mới, chẳng hạn cơng nghệ thơng tin máy móc-đến-máy móc, mạng tự trị, khai thác liệu định, bảo vệ an ninh riêng tư, điện tốn đám mây Như hình dưới, hệ thống thông tin trước mang đến chiều – “mọi thời gian giao tiếp” “mọi địa điểm giao tiếp” giao tiếp Giờ IoT tạo thêm chiều hệ thống thơng tin “mọi thơng tin giao tiếp” [3] 1.2 MƠ HÌNH HỆ THỐNG IoT Bất kỳ hệ thống IoT xây dựng lên từ kết hợp lớp sau [5]: - Lớp ứng dụng (Application Layer) - Lớp hỗ trợ dịch vụ ứng dụng (Service support and application support layer) - Lớp mạng (Network Layer) - Lớp thiết bị (Device Layer) 1.2.1 Tầng ứng dụng Lớp ứng dụng tương tự mơ hình OSI lớp, lớp tương tác trực tiếp với người dùng để cung cấp chức hay dịch vụ cụ thể hệ thống IOT 1.2.2 Hỗ trợ dịch vụ tầng hỗ trợ ứng dụng Nhóm dịch vụ chung: Các dịch vụ hỗ trợ chung, phổ biến mà hầu hết ứng dụng IOT cần, ví dụ xử lý liệu lưu trữ liệu Nhóm dịch vụ cụ thể, riêng biệt: Những ứng dụng IoT khác có nhóm dịch phụ hỗ trợ khác đặc thù Trong thực tế, nhóm dịch vụ cụ thể riêng biệt tính tốn độ tăng trưởng mà đưa định tưới nước bón phân 1.2.3 Tầng mạng Tầng mạng có chức [5]: - Chức Networking: cung cấp chức điều khiển kết nối kết nối mạng, chẳng hạn tiếp cận nguồn tài nguyên thơng tin chuyển tài ngun đến nơi cần thiết, hay chứng thực, uỷ quyền… - Chức Transporting: tập trung vào việc cung cấp kết nối cho việc truyền thông tin dịch vụ/ứng dụng IoT 1.2.4 Tầng thiết bị Lớp Device phần cứng vật lý hệ thống IOT Device phân thành hai loại sau [5]: - Thiết bị thông thường: Device tương tác trực tiếp với network: Các thiết bị có khả thu thập tải lên thông tin trực tiếp (nghĩa sử dụng gateway) trực tiếp nhận thơng tin (ví dụ, lệnh) từ network Device tương tác gián tiếp với network: Các thiết bị thu thập tải network gián tiếp thông qua khả gateway Ngược lại, thiết bị gián tiếp nhận thơng tin (ví dụ, lệnh) từ network Trong thực tế, Thiết bị thông thường bao g m cảm biến, phần cứng điều khiển motor, đèn … 1.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG IoT 1.3.1 Đặc tính Đặc tính hệ thống IoT bao gồm [3], [4]: a Tính kết nối liên thơng với IoT, điều kết nối với thơng qua mạng lưới thông tin sở hạ tầng liên lạc tổng thể b Những dịch vụ liên quan đến “mọi thứ”: hệ thống IoT có khả cung cấp dịch vụ liên quan đến “mọi thứ”, chẳng hạn bảo vệ riêng tư quán thứ lý thứ ảo Để cung cấp dịch vụ này, công nghệ phần cứng công nghệ thông tin phải thay đổi c Tính khơng đồng nhất: Các thiết bị IoT khơng đồng có phần cứng khác nhau, mạng lưới khác Các thiết bị mạng lưới tương tác với nhờ vào liên kết mạng lưới d Thay đổi linh hoạt: Trạng thái thiết bị tự động thay đổi, ví dụ, ngủ thức dậy, kết nối bị ngắt, vị trí thiết bị thay đổi, tốc độ thay đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị tự động thay đổi e Quy mơ lớn: Sẽ có số lượng lớn thiết bị quản lý giao tiếp với Số lượng lớn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet Số lượng thông tin truyền thiết bị lớn nhiều so với truyền người 1.3.2 Yêu cầu mức cao hệ thống IoT Một hệ thống IoT phải thoả mãn yêu cầu sau: ❖ Kết nối dựa nhận diện: Nghĩa “mọi thứ” phải có ID riêng biệt Hệ thống IOT cần hỗ trợ kết nối “mọi thứ”, kết nối thiết lập dựa định danh (ID) thứ ❖ Khả cộng tác: hệ thống IoT khả tương tác qua lại mạng Things ❖ Khả tự quản mạng: Bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự recovery, tự tối ưu hóa tự có chế bảo vệ Điều cần thiết để mạng thích ứng với lĩnh vực ứng dụng khác nhau, môi trường truyền thông khác nhau, nhiều loại thiết bị khác ❖ Dịch vụ thoả thuận: dịch vụ để cung cấp cách thu thập, giao tiếp xử lý tự động liệu “Things” dựa quy tắc (rules) thiết lập người vận hành tùy chỉnh người dùng ❖ Các khả dựa vào vị trí (location-based capabilities): Thơng tin liên lạc dịch vụ liên quan đến phụ thuộc vào thơng tin vị trí Things người sử dụng Hệ thống IoT biết theo dõi vị trí cách tự động Các dịch vụ dựa vị trí bị hạn chế luật pháp hay quy định, phải tuân thủ yêu cầu an ninh ❖ Bảo mật: Trong IoT, nhiều “Things” kết nối với Chình điều làm tăng mối nguy bảo mật, chẳng hạn bí mật thơng tin bị tiết lộ, xác thực sai, hay liệu bị thay đổi hay làm giả 1.3.3 Thành phần hệ thống IoT [18] Theo báo cáo nghiên cứu thị trường tổ chức IoT Analytics, kiến trúc tảng IoT đại nhất, miêu tả bao gồm thành phần sau: Hình thức đơn giản nhất, tảng IoT cho phép kết nối “sự vật” thiết bị Kiến trúc bao gồm tảng phần mềm, tảng phát triển ứng dụng tảng phân tích Trong hình thức phức tạp hơn, tảng IoT đầu cuối đích thực bao gồm tám khối kiến trúc quan trọng 1.4 CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TRONG IoT 1.4.1 Công nghệ a Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) cho phép thiết bị đọc thông tin chứa chip không tiếp xúc trực tiếp khoảng cách xa, không thực giao tiếp vật lý hai vật khơng nhìn thấy Công nghệ cho ta phương pháp truyền, nhận liệu từ điểm đến điểm khác Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây dải tần sóng vơ tuyến để truyền liệu từ tag (thẻ) đến reader (bộ đọc) b NFC (Near-Field Communications) công nghệ kết nối không dây phạm vi tầm ngắn khoảng cách cm, sử dụng cảm ứng từ trường để thực kết nối thiết bị có tiếp xúc trực tiếp hay để gần NFC phát triển dựa nguyên lý nhận dạng tín hiệu tần số vơ tuyến (Radio-frequency identification - RFID), hoạt động dải băng tần 13.56 MHz tốc độ truyền tải liệu tối đa 424 Kbps Do khoảng cách truyền liệu ngắn nên giao dịch qua công nghệ NFC xem an tồn 1.4.2 Giao thức truyền thơng a Bluetooth công nghệ không dây cho phép truyền thông thiết bị với mà không cần cáp dây dẫn Nó chuẩn điện tử, điều có nghĩa hãng sản xuất muốn có đặc tính sản phẩm họ phải tn theo yêu cầu chuẩn đối cho sản phẩm Những tiêu kỹ thuật bảo đảm cho thiết bị nhận tương tác với sử dụng công nghệ Bluetooth b Z-Wave tiêu chuẩn quốc tế cho giao tiếp không dây thiết bị khác nhà văn phòng Mặc dù sau với ưu điểm vượt trội Z-Wave nhanh chóng đón nhận phát triển mạnh mẽ toàn giới Đến chuẩn mở Z-Wave 10 tồn đơn giản hóa với xuất máy móc cơng nghệ 1.6 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.6.1 Tính cấp thiết ứng dụng IoT để giám sát mơi trường phòng máy chủ MobiFone a Mơ tả trạng: Công ty Dịch vụ MobiFone Khu vực 25 đơn vị trực thuộc Tổng công ty Viễn thông MobiFone Phụ trách kinh doanh 08 tỉnh thành trải dài từ Quảng Trị cho vào đến Phú Yên Với yêu cầu công việc đưa vậy, thành viên phòng Cơng nghệ thơng tin nơi làm việc chịu trách nhiệm việc quản trị hệ thống mạng lõi từ Tổng công ty chi nhánh, cửa hàng đại lý MobiFone gồm hệ thống: Firewall, Proxy, QRarda, DLP, hệ thống ảo hóa ngồi quản lý hệ thống máy chủ nơi lưu trữ ứng dụng, website…được phục vụ cho cơng tác kinh doanh, kèm theo hệ thống sở liệu lớn với 150 loại thiết bị 40 tủ Rack Với công việc phân cơng quản lý phòng máy chủ Thì ln có hình chung lớn để giám sát hình ảnh phòng máy chủ, giám sát đường truyền kết nối mạng điểm, hiệu thiết bị mạng server, SAN database Ngồi ra, Cũng có hệ thống ngoại vị để tăng cường bảo vệ cho phòng máy chủ: có hệ thống bảo vệ xác nhận dấu vân tay, hệ thống điều hòa tập trung hệ thống phòng cháy chữa cháy… b Yêu cầu thực tế: Do thời gian gần đây, biến đổi khí hậu tượng nên nhiệt độ không mức ổn định thay đổi, kéo theo thơng số mơi trường phòng máy chủ thay đổi Dẫn đến ổn định nhiệt độ độ ẩm Đặc biệt nữa, hệ thống giám sát thiết bị phòng máy chủ chưa có hệ thống giám sát môi trường đặt thiết bị nên việc đưa điều chỉnh nhiệt độ độ ẩm 11 cảm tính chưa có quy trình nghiêm ngặt để bảo vệ thiết bị tránh khỏi yếu tố môi trường c Các cố: Ngoài cố hế thống mạng tập trung việc thiết bị switch, router, firewall, server, SAN….phần cứng hay bị hỏng như: hệ thống làm mát thiết bị, hư mainboard, ram đĩa cứng lưu trữ d Vấn đề giải quyết: Như qua trình bày trên, Ngồi yếu tố khác Nhiệt độ độ ẩm kẻ thù loại thiết bị điện tử, phòng máy chủ yếu tố ln cần phải kiểm sốt chặt chẽ để đảm bảo hoạt động ổn định hệ thống…Do tính cấp thiết phải xây dựng hệ thống giám sát mơi trường phòng máy chủ quan trọng để giải toán đặt 1.6.2 Tổng quan nghiên cứu có a Giám sát nhiệt độ độ ẩm: Hệ thống E-Sensor Iot đơn giản tiện gọn Nó giám sát thơng số mơi trường kho lạnh đóng đóng vai quan trọng bảo quản thực phẩm, dược phẩm số sản phẩm đặc thù Vì vậy, hệ thống giám sát nhiệt độ độ ẩm kho lạnh cần phải đảm bảo xác, nhanh chóng ổn định, cần cố nhỏ hệ thống làm lạnh gây hư hỏng thực phẩm bảo quản kho lạnh, chí tạo nên tổn thất lớn cho doanh nghiệp b Ứng dụng camera giám sát: Ngày phát triển kỷ nguyên công nghệ, người ngày sáng tạo nghiên cứu nhiều sản phẩm ứng dụng thông minh phục vụ cho nhu cầu sống sinh hoạt Trong phải thiết bị vô quan trọng thiết yếu ứng dụng xuất nhiều nơi camera giám sát 1.7 KẾT CHƯƠNG Trong chương trình bày số vấn đề tổng quan 12 công nghệ IoT mơ hình hệ thống IoT, cơng nghệ sử dụng giao thức tryền thông để tạo hệ thống IoT để từ có ứng dụng IoT Tôi tổng quan vấn đề cần nghiên cứu tính cấp thiết ứng dụng IoT để giám sát mơi trường phòng máy chủ MobiFone CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG IoT GIÁM SÁT MƠI TRƯỜNG 2.1 PHÁT BIỂU BÀI TỐN Hiện nay, với xu hướng thời đại công nghệ 4.0, áp dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào lĩnh vực hoạt động xã hội, với mạnh tính cấp thiết ứng dụng cơng nghệ thơng tin vào giám sát mơi trường việc phát triển công cụ giám sát lợi để quản lý nhiệt độ độ ẩm để tránh cho thiết bị bảo quản điều kiện tốt Đáp ứng với nhu cầu thự tế nơi làm việc chưa có hệ thống để giám sát môi trường cụ thể nhiệt độ độ ẩm phòng máy chủ nên hệ thống IoT giám sát mơi trường phòng máy chủ đưa nhằm công cụ linh hoạt, tiện dụng cho người quản lý phòng máy chủ Với hệ thống theo dõi nhiệt độ, độ ẩm hình quản lý theo dõi thơng số phòng máy chủ đáp ứng nhu cầu trở nên dễ dàng Bên cạnh theo dõi biểu đồ nhiệt độ từ có điều chỉnh thơng số mơi trường cho đảm bảo phòng máy chủ Với vị trí cơng việc giao phó cơng ty MobiFone quản lý phòng máy chủ Với quy mơ phòng máy chủ công ty lên đến 40 tủ Rack 150 thiết bị tin học, yêu cầu xây dựng hệ thống IoT để giám sát mơi trường phòng máy chủ nhiệt độ độ ẩm nguyên nhân dẫn đến hư hỏng thiết bị Công ty yêu cầu xây dựng hệ thống IoT giám sát mơi trường phòng máy chủ với chức 13 sau: ❖ Chức hiển thị lên hình quản lý thơng số nhiệt độ độ ẩm: Có hai cột hiển thị nhiệt độ độ ẩm với thời gian lấy thông số ❖ Các chức cảnh báo nhiệt độ độ ẩm: Tùy vào thời điểm đo có nhiệt độ độ ẩm theo quy định phòng máy chủ Thì đưa cảnh báo màu sắc hình hiển thị nhằm cảnh báo cho người quản lý phòng máy chủ xem cảnh báo để có điều chỉnh ❖ Chức hiển thị lịch sử đồ thị nhiệt độ độ ẩm: Dựa vào thời điểm đo nhiệt độ độ ẩm sau hiển thị đồ thị tăng giảm, từ xem phân tích xem thơng số phòng máy trì ổn định để từ có điều chỉnh thích hợp ❖ Chức quan sát hình ảnh phòng máy chủ: Sử dụng camera kết nối thiết bị để đưa hình ảnh lên giám sát ❖ Chức cảnh báo cho người quản lý phòng máy chủ qua tin nhắn sms đến điện thoại di động 2.2 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG IoT GIÁM SÁT 2.2.1 Kiến trúc hệ thống IoT giám sát Hệ thống xây dựng tương tác với điều khiển sử dụng bo mạch Raspberry Pi để tương tác với thiết bị phòng máy chủ Hệ thống gồm phần xử lý chính: - Phần 1: Xử lý tương tác người dùng với hệ thống cung cấp giao diện web giúp cho người dùng tương tác với hệ thống cách dễ dàng - Phần 2: Xử lý chức hệ thống điều khiển thiết bị chức điều khiển thiết bị xử lý bo mạch Raspberry Pi tương tác với ứng dụng web WebIopi đểu điều khiển hệ thống Đó 14 nơi lưu trữ thông tin người dùng, lưu trữ thiết lập người dùng vào sở liệu Bộ điều khiển trung tâm điều khiển thiết bị gắn kết hệ thống 2.2.2 Mơ hình giao tiếp hệ thống Hệ thống IoT triển khai lắp đặt phòng máy chủ gồm thành phần chức sau: - Thiết bị Raspberry thành phần hệ thống, thu nhập liệu từ cảm biến đo theo mốc thời gian định sẵn từ thiết bị camera sau đẩy lên sở liệu Dựa vào liệu thu thập từ có cảnh báo khác hiển thị lịch sử liệu cảm biến đo - Thiết bị cảm biến nhiệt độ độ ẩm lắp đặt thiết bị Raspberry thiết bị phòng máy chủ để đo xác thơng số mơi trường đẩy vào thiết bị Raspberry để đưa vào sở liệu phân tích liệu thu thập - Thiết bị camera gắn thiết bị thành phần Raspberry nhằm lấy hình ảnh phòng máy chủ, thiết lập cảnh báo chuyển động phòng máy chủ 2.3 THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA HỆ THỐNG IoT GIÁM SÁT - (1.1) (1.2): Hệ thống thu thập camera hình ảnh từ phòng máy chủ Qua xác định chuyển động phòng máy chủ - (2): Hệ thống đọc thông số nhiệt độ, độ ẩm đo theo thời điểm sở liệu đẩy lên từ thiết bị cảm biến - (3): Nhiệt độ độ ẩm phòng máy chủ cảm biến thu thập - (4): Tùy theo nhiệt độ, độ ẩm môi trường vượt mức ngưỡng cho phép có cảnh báo hình hiển thị website 15 - (5): Raspberry Pi thiết lập chân bo mạch Raspberry Pi để tương tác với cảm biến nhiệt độ, độ ẩm thiết bị camera - (6): Hiển thị thơng số hình ảnh lên web 2.4 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC CƠNG NGHỆ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 2.4.1 Công nghệ thiết bị a Raspberry Pi máy tính tí hon chạy hệ điều hành Linux mắt vào tháng năm 2012 với giá $25 Ban đầu Raspberry Pi phát triển dựa ý tưởng tiến sĩ Eben Upton đại học Cambridge muốn tạo máy tính giá rẻ để học sinh dễ dàng tiếp cận khám phá giới tin học Dự định khiêm tốn ông đến cuối đời bán tổng cộng 1000 bo mạch cho trường học Tuy nhiên với ưu điểm bật, triệu board Raspberry Pi bán vòng chưa đầy năm b Cảm biến nhiệt độ độ ẩm: Thông số kỹ thuật linh kiện điện tử DHT22 Điện áp hoạt động 3.3V – 5.5V Dải độ ẩm - 100% Sai số độ ẩm ±2% Dải đo nhiệt độ -40 – 80oC Sai số nhiệt dộ ±0.5oC Kích thước module 38 x 20mm (1.50 x 0.79") Chuẩn giao tiếp TTL, wire Cách kết nối thiết bị cảm biến DHT22 Raspberry Pi3 • • • Chân + 3,3v cảm biến => dây đỏ => Chân PIN 01 3.3V PI Chân GPIO cảm biến => dây xanh => Chân PIN 36 PI Chân Mass cảm biến => dây đen => Chân PIN 06 PI 16 c Thiết bị camera: Camera Module NoIR V2 mang tính năng, cơng dụng Camera Module thơng thường, nhiên có điểm khác biệt khơng sử dụng lọc hồng ngoại (NoIR = No Infrared) Điều có nghĩa hình ảnh bạn chụp ánh sáng ban ngày nhìn mờ, mang lại cho bạn khả nhìn bóng tối với ánh sáng hồng ngoại Nó sản phẩm hồn hảo để quan sát vào ban đêm (như camera giám sát), chụp ảnh mơi trường ánh sáng thấp (như hồng chẳng hạn) 2.4.2 Cơng nghệ truyền thơng Sau qua trình tìm hiểu công nghệ điều khiển thiết bị trên, luận văn chọn theo hướng công nghệ truyền thông WiFi kết hợp bo mạch Raspberry Pi để thực nghiên cứu luận văn 2.4.3 Cơng nghệ lập trình a Python xem mơ hình đa năng, ngơn ngữ truyền tải sử dụng chủ yếu cho ứng dụng cấp cao tìm kiếm, truyền phát video máy thơng minh Nó cung cấp loạt phong cách lập trình, chẳng hạn đối tượng, bắt buộc chức năng, có cú pháp dễ dàng mã hóa phát triển b SQLite hệ quản trị sở liệu hay gọi hệ thống sở liệu quan hệ nhỏ gọn, khác với hệ quản trị khác MySQL, SQL Server, Ocracle, PostgreSQL… SQLite thư viện phần mềm mà triển khai SQL Database Engine truyền thống, khơng cần mơ hình client-server nên nhỏ gọn SQLite sử dụng vào nhiều chương trình từ desktop đến mobile website c Flask web frameworks, thuộc loại micro-framework xây dựng ngơn ngữ lập trình Python Flask cho phép bạn xây dựng ứng dụng web từ đơn giản tới phức tạp Nó xây dựng api nhỏ, ứng dụng web chẳng hạn trang web, blog, trang wiki website dựa theo thời gian hay chí 17 trang web thương mại Flask cung cấp cho bạn công cụ, thư viện công nghệ hỗ trợ bạn làm công việc d Mơ hình cơng nghệ lập trình hệ thống IoT giám sát • Sử dụng ngơn ngữ lập trình Python để viết chương trình để đọc liệu từ cảm biến nhiệt độ độ ẩm • Cài đặt Cơ sở liệu SQLite để lưu liệu đẩy từ chương trình viết Python • Dùng Flask Web Framework viết Python để view thông số lên Webserver 2.6 KẾT CHƯƠNG Trong chương này, dựa toán đưa từ nhu cầu thực tế khảo sát trạng Từ thiết kế xây dựng hệ thống IoT giám sát phòng máy chủ Để chuẩn bị cho cơng đoạn phân tích lựa chọn công nghệ để triển khai bao gồm: công nghệ thiết bị Raspberry Pi, thiết bị cảm biến nhiệt độ độ ẩm, công nghệ truyền thông WiFi cơng nghệ lập trình: Python, SQLite Flask CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 3.1 MÔI TRƯỜNG TRIỂN KHAI Chọn khối vi xử lý chip RaspBerry Pi Vì loại chuyên làm dự án nhỏ, thích hợp sử dụng cho đối tượng học sinh, sinh viên Dễ sử dụng, lập trình đơn giản, chi phí phù hợp Khối cảm biến: mơ hình sử dụng phương pháp đo cảm biến, khối vi xử lý Raspberry Pi, có chân cắm GPIO tích hợp sẵn cảm biến thiết bị Khối giao tiếp hiển thị: sử dụng phương thức giao tiếp WiFi với thiết bị bô xử lý, hiển thị chương trình xử lý Tiến trình xử lý có nhiều tương đồng với Raspberry Pi nên sử dụng để hiển 18 thị máy tính dễ dàng Bộ vi xử lý cần nguồn nuôi 5V nên chọn nguồn điện cung cấp 5V, 500mA 3.2 KỊCH BẢN a Mơ hình kịch đo thông số môi trường cảnh báo Ở kịch này, hệ thống điều khiển thiết bị cách tự động tùy theo biến đổi khí hậu mơi trường bên phòng máy chủ Hệ thống có tích hợp thêm cảm biến thơng minh cảm biến nhiệt độ, độ ẩm giúp cho hệ thống điều khiển thông minh gởi cảnh báo đến người quản lý phòng máy chủ từ có điều chỉnh thích hợp Chức hệ thống: ❖ Xem thơng số mơi trường phòng máy chủ Xem thơng số nhiệt độ phòng máy chủ Xem thơng số độ ẩm phòng máy chủ Xem lại biểu đồ nhiệt độ phòng máy chủ Xem lại biểu đồ độ ẩm phòng máy chủ ❖ Thiết bị cảm biến thơng minh cho phép hệ thống gởi cảnh báo qua điện thoại sms đến người quản lý phòng máy chủ cần thiết Hệ thống gởi tin nhắn qua điện thoại độ ẩm xuống 70% độ ẩm lớn 90% Hệ thống gởi tin nhắn qua điện thoại nhiệt độ lớn 27℃ nhiệt độ 20℃ b Mơ hình kịch camera nhận diện hình ảnh cảnh báo Ở kịch này, camera quan sát hệ thống kiểm sốt hình ảnh cảnh báo tình trạng hoạt động phòng máy chủ cho người quản lý phòng máy chủ: Phát dấu hiệu bất thường để có phương án xử lý kịp thời 19 Chức hệ thống: ❖ Xem hình ảnh thu thập phòng máy chủ ❖ Thiết bị nhận dạng thơng minh phát hình ảnh có thay đổi cho phép hệ thống gởi cảnh báo qua điện thoại sms đến người quản lý phòng máy chủ cần thiết 3.3 CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG IOT GIÁM SÁT MƠI TRƯỜNG PHỊNG MÁY CHỦ 3.3.1 Xây dựng chương trình a Cài đặt hệ điều hành cho thiết bị Raspberry Pi: b Cài đặt phần mềm Raspberry Pi c Sử dụng chương trình 3.3.2 Một số kết chạy thử nghiệm Danh sách sensor giá trị đo chúng thời điểm khác 20 Hình 3.17: Hình ảnh chương trình quản lý hệ thống IoT giám sát phòng máy chủ Bảng cảnh báo hình hiển thị quản lý phòng máy chủ: Khi nhiệt độ 25 độ C độ ẩm 80% màu vàng tươi mức bình thường Khi nhiệt độ từ 25 độ đến 30 độ C độ ẩm 80% chuyển sang màu vàng đậm Khi nhiệt độ từ 25 độ C đến 30 độ C độ ẩm 80% chuyển sang màu cam Khi nhiệt độ 30 độ C độ ẩm 80% chuyển sang màu đỏ 21 Cảnh báo qua tin nhắn sms điện thoại quản lý phòng máy chủ: Hình 3.18: Hình ảnh cảnh báo qua tin nhắn điện thoại 3.3.3 Đánh giá kết a Đánh giá theo tiêu chí đề Tìm hiểu chi tiết tính kỹ thuật thiết bị Raspberry Pi sensor cảm biến nhiệt độ, độ ẩm camera hình ảnh gắn vào thiết bị Sử dụng ngơn ngữ lập trình Python để đọc liệu sensor cảm biến nhiệt độ độ ẩm thu nhận Sau thị giao diện web cách trực quan dễ hiểu Đặc biệt cảnh báo màu sắc hình quản lý hệ thống gởi tin nhắn cho người quản lý hệ thống phòng máy b Ưu điểm hệ thống Qua nhiều lần thử nghiệm, chương trình chạy ổn định, thiết kế hệ thống Ngồi chương trình hệ thống sử dụng thiết bị có thị trường (nhiệt kế, ẩm kế, lux kế) để đo thủ công thời điểm với sensor hệ thống thu liệu Kết cho thấy, kết thiết bị đo thủ công đo tự động sensor 22 Khả ứng dụng phát triển chương trình thực nghiệm: Với chi phí hợp lý (Bộ Raspberry Pi sensor cảm biến thông dụng dễ dàng mua sắm với giá hợp lý), cơng nghệ hỗ trợ sẵn có mạnh (ngơn ngữ lập trình Python thư viện hỗ trợ), việc triển khai lắp đặt thiết bị cài đặt hệ thống IoT giám sát môi trường phòng máy chủ khả thi Hơn nữa, ta điều chỉnh ngưỡng giám sát sensor Qua thực nghiệm thực tế cho thấy thiết bị dễ sử dụng đạt yêu cầu đặt sau: - Dễ dàng sử dụng với vài thao tác đơn giản - Nhanh chóng cho kết - Có độ xác cao sai số nhỏ - Nhiều thơng số liên quan cho ta nhìn trực quan c Nhược điểm hệ thống Do có khó khăn q trình thực luận vănnhư: Thời gian, chi phí hỗ trợ, trang thiết bị cần thiết, nên hệ thống số mặt hạn chế Vì hồn thành việc giám sát thơng số nhiệt độ, độ ẩm hình ảnh camera phòng máy chủ Các chức báo động chng, nhận dạng xác chuyển động triển khai nhiều đơn vị khác chi nhánh, cửa hàng giao dịch tiếp tục nghiên cứu hồn thiện sau có điều kiện Do không đủ trang thiết bị nên giải pháp hệ thống chưa thật hoàn hảo để áp dụng cho đơn vị chi nhánh việc giám sát phòng máy lúc, nhiều nơi khác 23 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Qua việc nghiên cứu đề tài, thấy việc áp dụng công nghệ thông tin giám sát mơi trường phòng máy chủ cần thiết, mang lại hiệu cao công việc Hệ thống giúp đỡ người quản lý phòng máy chủ nhiều nhằm có cơng cụ để theo dõi giám sát Hệ thống hoạt động trơn tru thời gian dài chi phí hoạt động tương đối thấp Từ mơ hình tương lai ta nâng cấp lên để hệ thống quản lý nhiều loại lựa chọn khác Luận văn “Xây dựng hệ thống giám sát phòng máy dựa công nghệ IoT” đạt số kết sau: - Đạt yêu cầu hệ thống giám sát môi trường phòng máy chủ - Đã xây dựng hiển thị nhiệt độ độ ẩm thời gian tương ứng với mức để đưa cảnh báo màu sắc - Dựa vào hình ảnh camera thu thập phòng để giám sát chuyển động - Giám sát nhiệt độ, độ ẩm phòng máy chủ để đưa định xử lý kịp thời - Kiến thức mơ hình điều khiển thiết bị thông minh phát triển ứng dụng Tuy nhiên, thời gian số lượng cảm biến hạn chế, chương trình chưa chạy thử nghiệm với số lượng lớn thiết bị cảm biến, chưa đánh giá hết số vấn đề như: việc truyền nhận liệu từ thiết bị cảm biến, vấn đề xung đột liệu… Đây hướng nghiên cứu, phát triển luận văn 24 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Qua kết lắp đặt thử nghiệp thực tế, luận văn hướng tới phát triển hệ thống tương lai như: - Hoàn thiện thêm chức cho hệ thống - Phát triển thêm chức ứng dụng cho nhiều hệ thống nhà trạm MobiFone, phòng mạng văn phòng chi nhánh, cửa hàng giao dịch - Phát chng báo động trường hợp phòng máy chủ tình trạng nguy hiểm: Nhiệt độ, độ ẩm mức báo động (q nóng/q lạnh/hình dạng thiết bị thay đổi…) - Nhận dạng trình chuyển động thiết bị phòng máy chủ thơng qua camera nhận dạng - Phát triển thêm chức bảo mật an toàn: Thêm chức bảo mật cho phận điều khiển trung tâm để tránh bị người lạ điều khiển hệ thống cảnh báo không thời điểm ... hệ thống quản lý nhiều loại lựa chọn khác Luận văn Xây dựng hệ thống giám sát phòng máy dựa cơng nghệ IoT đạt số kết sau: - Đạt yêu cầu hệ thống giám sát mơi trường phòng máy chủ - Đã xây dựng. .. Nghiên cứu Xây dựng hệ thống giám sát phòng máy dựa cơng nghệ IoTcó chức giám sát, thu nhập thông tin truyền tải liệu Server mạng để phục vụ giám sát quản lý Mục tiêu cụ thể: - Xây dựng mô hình... này, dựa toán đưa từ nhu cầu thực tế khảo sát trạng Từ thiết kế xây dựng hệ thống IoT giám sát phòng máy chủ Để chuẩn bị cho cơng đoạn phân tích lựa chọn công nghệ để triển khai bao gồm: công nghệ