Đang tải... (xem toàn văn)
Mục đích nghiên cứu của Luận văn nhằm góp phần xây dựng hạ tầng giao thông thông minh tại thành phố Bắc Ninh nhằm cải thiện hiệu quả mạng lưới đường bộ. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của Luận văn này.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Tuấn Vũ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IoT CHO THÀNH PHỐ BẮC NINH Chun ngành: Kỹ thuật viễn thơng Mã số: 8.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đặng Thế Ngọc Phản biện 1:……………………………………………………………………… Phản biện 2:……………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: …… …….ngày …… tháng………năm…… Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng 1 LỜI MỞ ĐẦU Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, người ngày chế tạo nhiều vật dụng thông minh hơn, đại Từ tối ưu nhu cầu người cách dễ dàng Mỗi giai đoạn phát triển lịch sử giới gắn liền với cách mạng khoa học kỹ thuật Và ngày nay, cách mạng Internet of Things tạo nên thay đổi đáng kể cho sống người tương lai Internet of Things ứng dụng vào nhiều mặt sống công nghiệp, nông nghiệp, giáo dục, y tế… Đặc biệt ứng dụng việc giám sát, quản lý giao thông, giải tốn dựa sở tương tác trao đổi thơng tin thiết bị hay phần tử cảm biến quanh ta, có ứng dụng giám sát bãi đỗ xe thông minh Hiện nước phát triển giới triển khai hệ thống quản lý giao thông thông minh đạt kết đáng kể Với mục tiêu xây dựng thành phố thông minh, xây dựng phát triển hệ thống giao thông thông minh trở thành lĩnh vực then chốt đô thị thông minh, hỗ trợ cho công tác quản lý nhà nước mang lại lợi ích cho xã hội thúc đẩy phát triển sản xuất lưu thơng hàng hóa, nâng cao chất lượng dịch vụ ngành du lịch, giảm ô nhiễm mơi trường Sự gia tăng chóng mặt phương tiện giao thông khiến Việt Nam đứng trước khủng khoảng bãi đỗ xe Các bãi đỗ xe thành phố đáp ứng 30% nhu cầu người dân, 70% lại bãi đỗ xe trái phép Đây ngun nhân khiến lịng đường ngày thu hẹp, giao thông trở nên tắc nghẽn, đời bãi đỗ xe thông minh xem giải pháp cấp thiết hợp lý cho tình trạng thành phố lớn Dịch vụ đỗ xe thông minh đô thị bao gồm chức quản lý, cung cấp thông tin thu phí tự động coi cơng cụ hồn hảo để giải thách thức tắc nghẽn giao thông tìm kiếm chỗ đậu xe đường, cải thiện lưu lượng giao thông thành phố Thành phố Bắc Ninh bước xây dựng thành phố thông minh, yếu tố để công nhận thành phố thông minh giao thông thành phố Do đó, học viên lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu giải pháp bãi đỗ xe thông minh dựa công nghệ IoT cho thành phố Bắc Ninh” 2 ❖ Mục đích nghiên cứu: - Góp phần xây dựng hạ tầng giao thông thông minh thành phố Bắc Ninh nhằm cải thiện hiệu mạng lưới đường - Xây dựng bãi đỗ xe thông minh thành phố Bắc Ninh ❖ Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề tổng quan IoT, hệ thống bãi đỗ xe thông minh bãi đỗ xe thành phố Bắc Ninh ❖ Phương pháp nghiên cứu Luận văn thực dựa phương pháp nghiên cứu: - Thu thập, phân tích tài liệu thơng tin liên quan đến đề tài - Nghiên cứu lý thuyết Internet of Things hệ thống bãi đỗ xe thông minh - Tìm hiểu thực trạng hệ thống giao thơng thành phố Bắc Ninh, thực trạng bãi đỗ xe Bắc Ninh - Thu thập số liệu liên quan làm sở đánh giá, phân tích từ đưa phương án triển khai đường phố giao thông thành phố - Tính tốn đưa mơ hình tổng thể hệ thống, mơ hình kết nối, giải pháp an toàn Trong luận văn này, để tiện theo dõi, nội dung chương khái quát lại sau: - Chương 1: Tổng quan IoT, bao gồm khái niệm IoT, thành phần IoT, công nghệ mạng sử dụng, lĩnh vực ứng dụng IoT - Chương 2: Ứng dụng IoT hệ thống đỗ xe thông minh, giới thiệu hệ thống đỗ xe thông minh hành, tiêu chuẩn IoT hỗ trợ cho bãi đỗ xe thông minh lợi ích việc sử dụng IoT việc quản lý đỗ xe - Chương 3: Đề xuất hệ thống thông minh dựa IoT cho quản lý bãi đỗ xe thành phố Bắc Ninh, nêu đặc điểm tình hình bãi đỗ xe thành phố Bắc Ninh, nêu kiến trúc hệ thống bãi đỗ xe thông minh đề xuất hệ thống thông minh cho quản lý bãi đỗ xe thông minh Bắc Ninh Mặc dù cố gắng trình nghiên cứu, luận văn chắn tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, em mong nhận thơng cảm góp ý, nhận xét thầy giáo để luận văn hồn thiện 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IoT 1.1 Khái niệm IoT 1.1.1 Internet of Everything (IoE) Khái niệm IoE xuất phát triển tự nhiên IoT kết hợp rộng với chiến thuật Cisco System để thiết lập miền thị trường IoE xoay quanh yếu tố chính: - Con người: Được coi nút cuối kết nối qua internet Sử dụng thiết bị đầu cuối kết nối với Internet để chia sẻ thông tin hoạt động họ Ví dụ: Chia sẻ thơng tin mạng xã hội, cảm biến sức khỏe, hoạt động thể dục… - Vật: Đây cảm biến vật lý, thiết bị đầu cuối vật khác tạo thông tin nhận liệu thông tin từ nguồn khác Ví dụ nhiệt điện trở thông minh, cảm biến khoảng cách thiết bị điện tử thông minh - Dữ liệu: Dữ liệu thô từ “vật” cung cấp, xử lý phân tích thành thơng tin hữu ích, góp phần cho phép định thông minh điều khiển thiết bị Ví dụ: Khi có liệu nhiệt độ từ việc ghi thông số nhiệt độ phịng thường xun, ta có liệu trung bình số có nhiệt độ cao để tối ưu việc u cầu làm mát phịng - Quy trình: q trình giúp tăng khả kết nối liệu, đồ vật người để tạo hiệu tối ưu Ví dụ: ta sử dụng thiết bị cân nặng thông minh trang mạng xã hội để quảng cáo dịch vụ chăm sóc sức khỏe nhằm mời chào khách hàng 1.1.2 Internet of Things (IoT) Theo định nghĩa từ Wikipedia: Internet of Things (IoT) kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, công nghệ vi, điện tử Internet Nói đơn giản tạm hiểu, Internet of Things tất thứ kết nối với qua mạng Internet, người dùng kiểm sốt đồ vật qua mạng mà thiết bị thông minh, chẳng hạn điện thoại thơng minh, camera, máy tính đồng hồ thông minh 4 1.2 Các thành phần IoT Mơ hình IoT có thành phần gồm: phần cứng, phần mềm trung gian máy khách sở liệu, phần hiển thị - Phần cứng gồm có thiết bị cảm biến (sensor), thiết bị truy nhập, phần cứng truyền thơng: có nhiệm vụ đọc giá trị từ cảm biến âm thanh, ánh sáng, nhiệt độ… chuyển thành tín hiệu điện để giúp cho thiết bị hiểu đưa hành động hợp lý Phần mềm trung gian thể nhu cầu lưu trữ cơng cụ tính tốn cho việc phân - tích liệu, tín hiệu đọc truyền tải lên mạng lưới thông qua phương thức giao tiếp khác wifi, Bluetooth, ZigBee, Loza… Phần hiển thị công cụ trực quan, dễ hiểu giải thích rõ ràng mà - truy nhập rộng rãi tảng khác thiết kế cho ứng dụng khác Kiến trúc IoT phổ biến tạo thành phần: Vạn vật (Things), Trạm kết nối (Gateway), hạ tầng mạng đám mây (Network and Cloud) lớp tạo cung cấp dịch vụ (Service – creation and Solution Layers) 1.3 Công nghệ mạng sử dụng IoT Các thiết bị IoT kết nối mạng Internet vấn đề đặt lựa chọn công nghệ mạng Internet Service Providers nhà cung cấp dịch vụ mạng nhà cung cấp giải pháp kết nối mạng toàn cầu cho đơn vị tổ chức hay cá nhân người dùng Nhà cung cấp dịch vụ mạng Internet kết nối văn phòng nhà riêng với mạng Internet thực lưu lượng mạng chuyển tiếp kết nối tới nhà mạng khác kết nối tới đích mong muốn Các kết nối IoT khơng dây có dây Nhà riêng, văn phịng cơng ty hay thiết bị IoT có kết nối mạng Internet với Internet thơng qua kết nối có dây khơng dây Kết nối có dây, kết nối trực tiếp tới định tuyến Internet, thiết bị cố định Một thiết bị kết nối khơng dây có điều chế/ giải điều chế di động, định tuyến không dây hay công nghệ kết nối khác, cho phép thiết bị di động - Wifi - Bluetooth - Zigbee - LORAWAN - NARROWBAND IoT NB – IoT 1.3.1 Mã hóa nội dung Việc thiết bị kết nối với mạng Internet có nguy bị đánh cắp thơng tin cao Nó tùy thuộc vào nội dung tin tức cần truyền mà thực việc mã hóa nội dung Khi thiết bị truyền liệu đến máy chủ, nhận yêu cầu hướng dẫn từ máy chủ, định dạng yêu cầu cho thông tin gửi cho hai chiều Trong tất ứng dụng, thiết bị máy chủ phải thống định dạng thông tin gửi 1.3.2 Vai trị điện tốn đám mây phát triển IoT Trong vài năm gần đây, cụm từ gọi “ điện toán đám mây” hay đơn giản “đám mây” đưa để mô tả hệ thống cho phép xử lý lưu trữ thông tin, liệu tập liệu lớn với khoản chi phí định Các nguồn điện toán khổng lồ (phần mềm, dịch vụ…) đặt nhà máy chủ ảo (đám mây) Internet thay đặt máy tính văn phịng, gia đình….(dưới đất) để người kết nối sử dụng nào, đâu từ thiết bị Các nhà cung cấp đám mây cung cấp khả linh hoạt để bắt đầu dừng tính tốn, lưu trữ tài nguyên mạng dựa nhu cầu cụ thể khách hàng ứng dụng sử dụng dịch vụ đám mây 1.3.3 Vai trò liệu lớn (Big Data) IoT Các thiết bị IoT tạo khối lượng lớn liệu Có đến 90% liệu giới tạo hai năm qua nhờ vào gia tăng chóng mặt IoT thiết bị di động Đặc tính liệu thiết bị IoT tạo khác với liệu truyền thống thu thập qua hệ thống, nhiều cảm biến vật thể khác tham gia trình thu thập liệu Các đặc tính là: khơng đồng nhất, nhiễu, đa dạng tốc độ tăng nhanh Đặc biệt liệu IoT thường theo dòng (Stream) liên tục ➢ Các vấn đề gặp phải áp dụng IoT - Việc cung cấp địa IP cho nhiều thiết bị - Khả quản lý kết nối - Bảo mật - Tiêu chuẩn chung - Năng lượng tiêu thụ - Khả mở rộng 1.4 Các lĩnh vực ứng dụng IoT Một số ngành giới áp dụng IoT là: Tiêu dùng, hoạt động kinh doanh, xây dựng thành phố thơng minh có giao thơng thơng minh, giám sát mơi trường, mục đích an ninh giám sát 1.4.1 Các ứng dụng IoT tiêu dùng Thiết bị IoT tiêu dùng phổ biến thấy loại chính: nhà kết nối bao gồm có ổn nhiệt tự động thơng minh, đèn thông minh, thiết bị kết nối khóa cửa thơng minh, thiết bị đeo tay chiếm lĩnh thị trường tiêu dùng với đồng hồ thông minh, máy theo dõi hoạt động/ thể dục kính thông minh, xe kết nối tham gia vào danh sách tiêu dùng với điều khiển xe xa, định vị GPS chuẩn đoán xe cộ 1.4.2 Các ứng dụng IoT vào hoạt động kinh doanh Hiện nay, phần lớn ứng dụng IoT vào doanh nghiệp phịng ngừa hỏng hóc Các ứng dụng phát máy có thay đổi nhiệt độ, tốc độ máy vài đại lượng khác để báo hiệu chúng yêu cầu bảo dưỡng Việc sử dụng ứng dụng IoT cho bảo dưỡng phòng ngừa cố bắt đầu Như không khai thác hết khả thiết bị kết nối mạng để giao tiếp với nhau, cho phép họ làm việc Ví dụ, người kỹ sư với điện thoại thơng minh doanh nghiệp sử dụng trạm điều khiển trung tâm để tiếp cận máy từ xa qua thay đổi thiết bị đưa hướng dẫn Càng ngày có nhiều doanh nghiệp nhận liên lạc tạo hiệu cao từ giảm chi phí sản phẩm vượt xa hệ thống IoT có chức bảo trì đơn giản 1.4.3 Các ứng dụng IoT vào thành phố thông minh Những dịch vụ tiên tiến thực tế tối ưu việc sử dụng sở hạ tầng vật lý thành phố chất lượng sống cho cư dân thành phố Cơng nghệ IoT tìm thấy vài ứng dụng thành phố thơng minh Ví dụ IoT giám sát lưu thơng xe tơ thành phố hay đường cao tốc, việc cung cấp hệ thồng điều khiển giao thông tiên tiến dịch vụ phát triển đáp ứng việc phân luồng để tránh tắc nghẽn giao thông Hệ thống thiết bị đỗ xe thông minh dựa công nghệ cảm biến nhận dạng đối tượng sóng vơ tuyến RFID, cho phép quản lý chỗ đỗ xe sẵn sàng cung cấp cho người lái xe vị trí đỗ tự động, cải thiện tính lưu động khu vực thành phố 1.4.4 Các ứng dụng IoT vào giám sát mơi trường Vai trị việc ứng dụng IoT vào giám sát mơi trường khả cảm biến, theo hình thức tự quản lý phân tán, trình tượng tự nhiên ( nhiệt độ, gió, lượng mưa…), để tích hợp cách liền mạch liệu đa dạng thành ứng dụng mang tính tồn cầu Xử lý thơng tin thời gian thực, kết hợp với khả số lượng lớn thiết bị để trao đổi thông tin chúng, cung cấp tảng vững để phát giám sát tượng trái đất gây nguy hiểm cho người động vật Sự phát triển lớn thiết bị kích thước siêu nhỏ đảm bảo truy cập vào khu vực quan trọng, người khơng thể tồn khu vực núi lửa, khu vực xa, đáy đại dương), từ thông tin cảm biến vị trí truyền tới nơi định để phát trạng thái bất thường 1.4.5 Các ứng dụng IoT vào an ninh giám sát Giám sát an ninh trở thành cần thiết cho tòa nhà thương mại , trung tâm mua sắm, sảnh làm việc, bãi đỗ xe nhiều nơi công cộng khác, kịch an ninh quốc gia phải đối mặt với vấn đề an ninh tương tự trên, phạm vi khác Công nghệ IoT sử dụng để tăng cường đáng kể chất lượng giải pháp tại, đưa chi phí rẻ xâm phạm nhờ việc thay với triển khai camera phạm vi rộng đồng thời giữ gìn riêng tư cho người dùng Các cảm biến xung quanh sử dụng để giám sát diện chất hóa học gây nguy hiểm cho người Các cảm biến giám sát hành vi người sử dụng để đánh giá diện hoạt động người cách đáng ngờ Nhận dạng cá nhân có liên quan đến cơng nghệ nhận dạng đối tượng sóng vơ tuyến lựa chọn 1.5 Kết luận chương Chương giới thiệu Tổng quan Internet of Things Trong luận văn làm rõ khái niệm Internet of Things ( IoT), chứng minh tính tất yếu IoT tương lai, vấn đề gặp phải ứng dụng IoT lĩnh vực ứng dụng IoT Từ cho thấy tính thực tiễn sở khoa học đề tài ứng dụng IoT vào quản lý giao thông Internet of Thing hiểu thứ bao gồm người cung cấp định danh riêng kết nối với nhau, thực truyền tải, trao đổi thông tin qua mạng Đặc biệt q trình diễn cách tự động, khơng cần đến can thiệp trực tiếp người Trong tương lai, thứ trở nên thông minh IoT trở thành xu hướng tương lai Tuy nhiên, ứng dụng IoT không tránh khỏi lo ngại vấn đề địa Ip, bảo mật, lượng tiêu thụ, khả mở rộng mạng, tiêu chuẩn chung khả quản lý kết nối Mặc dù IoT chưa thật trở nên phổ biến chưa khắc phục khó khăn kể IoT có ứng dụng vào lĩnh vực định y tế, giao thông, tiêu dùng, hoạt động kinh doanh, thành phố thông minh, giám sát môi trường Trên nội dung IoT sở để đề tài nghiên cứu giải pháp bãi đỗ xe thông minh dựa công nghệ IoT cho thành phố Bắc Ninh 9 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA IoT TRONG HỆ THỐNG ĐỖ XE THÔNG MINH 2.1 Đặt vấn đề Với thay đổi kinh tế toàn cầu sống đại, ngành Công nghệ Thông tin Truyền thông (CNTT-TT) trải qua tăng tốc quan trọng q trình mình, để thích ứng với thay đổi Ngày nay, người dành phần lớn thời gian bên ngồi mơi trường gia đình, họ làm hàng ngày họ thường xuyên đến trung tâm mua sắm điểm tham quan, mà không quên di dời đến trung tâm thành phố Điều chắn gây cân việc di chuyển hàng ngày dẫn đến phát triển dịch vụ đỗ xe, để tránh việc lái xe không cần thiết quanh trung tâm thành phố đơn giản tìm kiếm chỗ đậu xe Điều này, mặt gây lượng khí thải carbon dioxide bổ sung làm hỏng môi trường hệ sinh thái thành phố Mặt khác, làm tăng thất vọng tài xế tắc nghẽn giao thông thành phố, điều chắn gây tai nạn giao thông Tất điều làm suy giảm trải nghiệm hệ sinh thái thành phố đại trở thành thách thức lớn việc phát triển hệ thống đỗ xe thông minh tương lai Mục tiêu thiết kế hệ thống đỗ xe thơng minh bao gồm: (1) đơn giản hóa hoạt động hệ thống đỗ xe, (2) cải thiện hài lòng người lái xe, (3) tăng doanh thu bãi đậu xe (4) giảm bớt tắc nghẽn giao thông Thơng qua phân tích, trước tiên luận văn cho thấy sách đỗ xe dựa đặt chỗ đề xuất có khả đạt mục tiêu Hệ thống đỗ xe thông minh hệ thống quản lý khó khăn đỗ xe thành phố khu vực công cộng tư nhân, sử dụng số công nghệ gần đây, bao gồm WSN (mạng cảm biến không dây) RFID (nhận dạng tần số radio) Các hệ thống có thơng tin chỗ đỗ xe có sẵn khu vực đỗ xe cách sử dụng thu thập liệu thời gian thực nút cảm biến nằm rải rác khu vực đỗ xe, cho phép người dùng sử dụng dịch vụ bổ sung triển khai hệ thống này, dịch vụ toán tự động tương thích với điện thoại di động, để người đặt trước chỗ đậu xe họ 2.2 Hệ thống đỗ xe thông minh hành Để quản lý điều hành bãi đỗ xe khác thành phố, có hai loại giao thức tự tổ chức cho WSN: dạng đường thẳng dạng khối 10 2.2.1 Giao thức bãi đỗ xe dạng đường thẳng Các giao thức bãi đỗ xe dạng đường thẳng giao thức tự tổ chức sử dụng nút cảm biến không dây phân tán khu vực quan tâm (trong trường hợp khu vực đỗ xe) để hình thành xây dựng cấu trúc liên kết chuỗi để thu thập tất liệu phát chuyển chúng đến trạm gốc 2.2.2 Giao thức bãi đỗ xe dạng khối Các giao thức bãi đỗ xe dạng khối giao thức tự tổ chức dựa việc triển khai WSN bãi đỗ xe cho phép tạo cụm cấu trúc Các giao thức bãi đỗ xe dạng khối cải thiện chậm trễ việc cung cấp liệu đến trạm gốc giảm mức tiêu thụ lượng khổng lồ truyền liệu so với giao thức dạng đường thẳng Tuy nhiên, giao thức áp dụng cho bãi đỗ xe có cấu trúc nhóm khối, điều cho phép tạo cụm không hữu ích cho bãi đỗ xe dạng đường thẳng mà chúng tạo ra, mặt, làm cân tải nút cảm biến mặt khác, giảm thiểu tuổi thọ toàn mạng 2.3 Các tiêu chuẩn IoT hỗ trợ bãi đỗ xe thông minh Nhu cầu tiêu chuẩn IoT nghi ngờ đạt khả tương tác hệ thống IoT Câu hỏi đặt liệu tiêu chuẩn bao gồm số lượng lớn công nghệ cần thiết để khiến IoT hoạt động hay không, bao gồm lớp: lớp ứng dụng, lớp mạng/vận chuyển lớp vật lý/liên kết Trong phần sau, vài tiêu chuẩn bao gồm nhiều lớp trình bày ngắn gọn 2.3.1 Tiêu chuẩn định dạng liệu mở Định dạng liệu mở (O-DF) tiêu chuẩn IoT “open group” với mục tiêu giải yêu cầu lớp ứng dụng IoT thúc đẩy khả tương tác hệ thống O-DF cho phép nguồn liệu xuất diện liệu cung cấp quyền truy cập dễ dàng vào liệu với khả lọc đặc tính/quy tắc dựa liệu 2.3.2 Truyền tải hàng đợi từ xa cho mạng cảm biến Truyền tải hàng đợi từ xa tin nhắn (MQTT) giao thức nhắn tin gọn nhẹ theo mơ hình publish/subscribe (xuất – đăng ký), ban đầu phát triển IBM tiêu chuẩn mở Sự phát triển nhằm mục đích sử dụng mơi trường có độ 11 tin cậy cao, băng thơng thấp có khả hoạt động điều kiện đường truyền không ổn định, nhiên giao tiếp tập trung vào liệu cần thiết để hỗ trợ Hệ thống xuất tin nhắn/đăng ký tin nhắn ví dụ truyền thơng tập trung vào liệu, thơng tin gửi đến người nhận dựa nội dung sở thích thay địa mạng Giao thức MQTT khơng sử dụng cho ứng dụng có thiết bị bị hạn chế tài nguyên thiết bị đơn giản với dung lượng lưu trữ hạn chế, chi phí thấp khả tính tốn thấp hỗ trợ cho mạng TCP/IP xa phức tạp Điều dẫn đến phát triển MQTT-SN - giao thức publish/subscribe cho mạng cảm biến khơng dây tối ưu hóa cho thiết bị hoạt động pin, chi phí thấp với nguồn lực hạn chế 2.3.3 Giao thức ứng dụng ràng buộc CoAP giao thức truyền tải tài liệu theo mơ hình client/server (máy khách/ máy chủ) dựa internet tương tự giao thức HTTP thiết kế cho thiết bị ràng buộc Giao thức hỗ trợ giao thức one-to-one để chuyển đổi trạng thái thông tin client server Giao thức ứng dụng ràng buộc (CoAP) giao thức chuyển web thiết kế đặc biệt cho nút mạng có khả hạn chế Các nút bị ràng buộc đơn giản hệ thống dựa vi điều khiển bit với số lượng RAM ROM hạn chế Các mạng thường có tỷ lệ lỗi gói cao băng thơng thấp, ví dụ IPv6 mạng khu vực cá nhân không dây lượng thấp (6LoWPAN) 2.3.4 Giao thức LoRaWan Ngăn xếp giao thức LoRaWAN nguồn mở phát triển liên minh LoRa, dẫn đầu IBM, Actility, Semtech Microchip Nó phù hợp với mơ hình kết nối gọi mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) quảng bá để thúc đẩy triển khai IoT Nó phát triển để hỗ trợ kiến trúc mạng LoRa Kiến trúc LoRaWAN bao gồm thiết bị đầu cuối, cổng máy chủ mạng Máy chủ mạng sau liên kết với máy chủ ứng dụng khác 2.4 Lợi ích việc sử dụng IoT việc quản lý đỗ xe Trước thực hệ thống vậy, lợi ích so với chi phí cần phải xem xét Các lợi việc có hệ thống quản lý bãi đỗ xe trái ngược với việc đỗ xe bãi đỗ xe không giám sát liệt kê đây: 12 ➢ Cho phép nhiều xe đỗ dễ dàng khu vực nhỏ ➢ Giảm tắc nghẽn giao thông tai nạn bãi đỗ xe giảm sử dụng tơ khơng cần thiết ➢ Cải thiện tùy chọn người dùng chất lượng dịch vụ ➢ Cải thiện thiết kế linh hoạt cho khu vực yêu cầu bãi đậu xe, ➢ Khả đáp ứng việc sử dụng bãi đậu xe đáp ứng nhu cầu ➢ Giảm tác động mơi trường bất lợi Có số lợi khác an toàn, bảo mật giúp dễ dàng cho tài xế Ngồi ra, sử dụng khơng gian tiết kiệm hiệu bãi đậu xe thân thiện với mơi trường hệ thống ❖ An tồn, bảo mật dễ dàng cho người lái xe ❖ Sử dụng không gian tiết kiệm hiệu ❖ Trong thực hệ thống đỗ xe thông minh, chủ xe, người điều hành bãi đỗ xe hưởng lợi từ mơi trường Khi nhìn vào người điều khiển bãi đỗ xe, mẫu đỗ xe tương lai dễ dàng dự đốn từ thơng tin thu thập từ hệ thống đỗ xe thông minh 2.5 Kết luận chương Chương luận văn trình bày ứng dụng IoT hệ thống đỗ xe thông minh Trong luận văn việc quản lý bãi đỗ xe khác thành phố có hai loại giao thức tự tổ chức cho WSN: giao thức bãi đỗ xe dạng đường thẳng xây dựng cấu trúc liên kết chuỗi giao thức bãi đỗ xe dạng khối xây dựng cấu trúc liên kết cụm Với giao thức, chương đưa hệ thống sử dụng giao thức quản lý bãi đỗ xe Chương luận văn tìm hiểu giao thức truyền tải hàng đợi từ xa, giao thức ứng dụng ràng buộc giao thức LoRaWan hỗ trợ cho bãi đỗ xe thông minh Trong chương 2, luận văn nêu lợi ích việc sử dụng IoT việc quản lý bãi đỗ xe Sử dụng IoT cho phép xe đỗ bãi đỗ xe dễ dàng hơn, giảm tắc nghẽn giao thông, an tồn bảo mật, sử dụng khơng gian tiết kiệm hiệu quả, cải thiện tùy chọn người dùng chất lượng dịch vụ Trên nội dung ứng dụng IoT hệ thống đỗ xe thông minh sở để đề tài nghiên cứu giải pháp bãi đỗ xe thông minh dựa công nghệ IoT cho thành phố Bắc Ninh 13 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG THÔNG MINH DỰA TRÊN IoT CHO QUẢN LÍ BÃI ĐỖ XE TẠI THÀNH PHỐ BẮC NINH 3.1 Đặt vấn đề Bắc Ninh đến vùng đất cổ truyền thống lịch sử mà nằm Top đầu nước phát triển kinh tế văn hóa xã hội với quy mô tốc độ phát triển đô thị mạnh mẽ nên cần có bãi đỗ xe thơng minh để đáp ứng nhu cầu giao thông người dân Thành phố Bắc Ninh thuộc tỉnh Bắc Ninh, phát triển sau thành phố tiềm lớn Hà nội, thành phố Hồ Chí Minh, thành phố Hải Phịng nên có thời gian để nhìn nhận lại vấn đề quy hoạch thị nói chung giao thơng thị nói riêng Với mục tiêu xây dựng thành phố thông minh, xây dựng phát triển Hệ thống giao thông thông minh trở thành lĩnh vực then chốt đô thị thông minh, hỗ trợ cho công tác quản lý nhà nước mang lại lợi ích cho xã hội thúc đẩy phát triển sản xuất lưu thơng hàng hóa, nâng cao chất lượng dịch vụ ngành du lịch, giảm ô nhiễm môi trường Dịch vụ đỗ xe thông minh đô thị bao gồm chức quản lý, cung cấp thơng tin thu phí tự động coi cơng cụ hồn hảo để giải thách thức tắc nghẽn giao thơng tìm kiếm chỗ đậu xe đường, cải thiện lưu lượng giao thông thành phố Hiện thành phố chưa xảy tượng tắc nghẽn xe trầm trọng Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh số thành phố khác giới tượng thiếu không hợp lý hệ thống bến bãi đỗ xe xuất Nếu từ thành phố Bắc Ninh khơng có giải pháp quy hoạch hệ thống bến bãi đỗ xe cho tương lai rơi vào tình trạng ùn tắc khu vực phát triển ngày tăng 3.2 Đặc điểm tình hình bãi đỗ xe thành phố Bắc Ninh Thời gian qua, thành phố Bắc Ninh quan tâm đầu tư phát triển hạ tầng giao thông, đồng thời triển khai nhiều biện pháp cụ thể nhằm giảm ùn tắc giao thông như: phân luồng, xén vỉa hè, phân giao thông, cấm taxi số trục giao thơng chính, xây dựng cầu vượt kết cấu nhẹ số nút giao thông, mở rộng quy mô phân luồng lại số bến xe khách Tuy nhiên, tình trạng ùn tắc, an tồn giao thông, thiếu chỗ đỗ xe vấn đề xúc thành phố Để giải nhu cầu điểm, thành phố có biện pháp để để cải thiện tình hình giao thơng xây dựng bãi đỗ xe thông minh 14 Đến nay, địa bàn thành phố Bắc Ninh quy hoạch 91 vị trí bãi đỗ xe tĩnh với tổng diện tích 43,74 ha; đó, có 46 điểm UBND tỉnh cho phép khảo sát địa điểm với tổng diện tích 28,53ha, cịn lại nằm đồ án quy hoạch phê duyệt Đối với đồ án quy hoạch chi tiết duyệt năm 2019 bố trí 2-5% diện tích đất dành cho bãi đỗ xe 3.3 Kiến trúc hệ thống bãi đỗ xe thông minh Hệ thống bãi đỗ xe chứa ba phần chính: trung tâm phát chỗ đỗ xe, trung tâm giám sát bãi đỗ xe trung tâm quản lý thông tin Trung tâm phát chỗ đỗ xe bao gồm chủ yếu nút cảm biến lai (cảm biến + đầu đọc RFID) lắp đặt chỗ đỗ xe khu vực, nút cảm biến tạo thành mạng cảm biến không dây (WSN) cho phép thu thập trạng thái tất chỗ đỗ xe (có sẵn bị chiếm đóng) để gửi chúng đến trạm kết nối khu vực này, thông tin gửi sau đến máy chủ trung tâm để lưu trữ chúng sở liệu Trung tâm giám sát bãi đỗ xe có trách nhiệm xác định kiểm tra xe vừa đỗ khơng gian dành riêng có sẵn Trung tâm sử dụng công nghệ RFID để điều khiển giám sát ô tô đỗ mặt khác để xác định quản lý việc toán thời gian đỗ xe Trung tâm quản lý thông tin sở liệu nơi tất thông tin phát thu thập từ tất bãi đỗ xe thành phố ghi lại khai thác thời gian thực ứng dụng web di động Bằng cách này, lái xe có tất thơng tin chỗ trống tất bãi đỗ xe thành phố, để tham khảo không gian theo điểm đến họ để trả phí đỗ xe Đề xuất hệ thống thông minh cho quản lý bãi đỗ xe thơng minh Bắc Ninh Hình 3.1 cho thấy kiến trúc hệ thống đỗ xe thông minh đề xuất: 15 Hình 3.1: Kiến trúc đề xuất hệ thống đỗ xe thông minh dưa WSN 3.3.1 Trung tâm phát chỗ đỗ xe Trung tâm phát chỗ đỗ xe sử dụng hai công nghệ gần mạng cảm biến không dây (WSN) công nghệ RFID Sự hình thành mạng cảm biến thay đổi theo loại hình đỗ xe khu vực Đối với bãi đỗ xe dạng đường thẳng, cấu trúc liên kết chuỗi hình thành mạng, cấu trúc liên kết mạng dạng cụm tạo bãi đỗ xe dạng đường khối Sự hình thành khác cấu trúc liên kết dựa việc thực thuật tốn tự tổ chức thích ứng với loại cấu trúc bãi đỗ xe cho phép tạo thành chuỗi cụm đến phân bố nút cách chúng nằm rải rác khu vực đỗ xe Để hình thành cấu trúc liên kết mạng nút cảm biến bãi đỗ xe trời, tất nút gửi tọa độ đến trạm kết nối thực thi thuật tốn để tính tốn phát loại cấu trúc liên kết hình thành Trong trường hợp đỗ xe dạng đường thẳng, trạm kết nối phát tất nút có tọa độ X tọa độ Y hàm phân phối nút khu vực đỗ xe Trong trường hợp này, trạm kết nối yêu cầu nút tạo cấu 16 trúc liên kết chuỗi mạng để giảm thiểu mức tiêu thụ điện nút cách sử dụng giao tiếp nhiều bước tới trạm kết nối Thuật toán 1: Thuật toán phát cấu trúc liên kết 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: 10: 11: 12: 13: 14: 15: 16: 17: For i = to N // N: Số lượng nút mạng WSN Send tọa độ (𝑋𝑖 , 𝑌𝑖 ) from Node (i) to the gateway End for C1←1 C2←1 For i = to N If (𝑋𝑖 == 𝑋𝑖−1 ) then C1 ++ Else if (𝑌𝑖 == 𝑌𝑖−1 ) then C2 ++ End if End for If (C1 == N || C2 == N ) then // Cấu trúc liên kết chuỗi Return Else // Cấu trúc liên kết cụm Return End if Trong trường hợp ngược lại (bãi đỗ xe dạng đường khối), trạm kết nối phát tất nút khơng có độ tương đồng trong tham số tọa độ (X Y), lệnh cho nút tạo thành cấu trúc liên kết cụm để tăng tuổi thọ mạng biết rằng, trường hợp có số lượng lớn nút nằm rải rác khu vực đỗ xe Hình 3.5: Ví dụ phân bố nút cảm biến khu vực đỗ xe lớn Sau thực thuật tốn tự tổ chức thích ứng (thuật tốn 2), chuỗi 17 nút cảm biến hình thành bãi đỗ xe dạng đường thẳng thành phố, nơi tất nút phân tán khu vực đỗ xe gửi liệu phát họ qua nhiều bước tới nút trưởng, nơi thu thập chuyển tất liệu từ bãi đậu xe đến trạm kết nối khu vực đỗ xe Trong trường hợp bãi đỗ xe dạng đường khối, cấu trúc liên kết cụm tạo khu vực đỗ xe thành phố nơi tất nút cảm biến tạo thành cụm cụm, CH chọn để nhận liệu phát từ tất nút cụm chuyển chúng qua kết nối đến trạm kết nối Sự hình thành chuỗi hình thành cụm dựa lượng lại nút lượng chung mạng để tối đa hóa tuổi thọ nút tăng tuổi thọ WSN mạng Thuật toán 2: Thuật tốn tự tổ chức thích ứng 1: Sử dụng Thuật toán để phát loại cấu trúc liên kết hình thành (Chuỗi Cụm) 2: T ← Thuật toán 3: If (T == 1) then 4: Hình thành cấu trúc liên kết chuỗi nút cảm biến 5: Lựa chọn nút lãnh đạo 6: Mỗi nút gửi liệu đến nút gần thông qua bước nhảy đến nút lãnh đạo, gửi tất liệu đến Gateway 7: Else 8: Hình thành cấu trúc liên kết cụm nút cảm biến 9: Lựa chọn CH 10: Mỗi CH nhận liệu từ tất nút cụm 11: Tất CH gửi liệu từ cụm họ đến Gateway 12: End if Các nút cảm biến cài đặt không gian đỗ xe khu vực đỗ xe, điều giúp phát có mặt vắng mặt phương tiện sau Mỗi khu vực đỗ xe (bãi đỗ xe) xác định IDzi chỗ đậu xe khu vực đỗ xe xác định IDpj, nút cảm biến xác định hai cặp số nhận dạng {IDzi, IDpj} Khi xe vừa đỗ, nút cảm biến phát có mặt xe gửi trạng thái chiếm chỗ không gian với hai số nhận dạng đến trạm kết nối Sau đó, thơng tin gửi lưu máy chủ trung tâm Để minh họa rõ trình quản lý chỗ đỗ xe khu vực đỗ xe khác nhau, thuật toán cho thấy hoạt động thực 18 nút cảm biến khu vực đỗ xe Thuật toán 3: Thuật toán giám sát không gian đỗ xe khu vực đỗ xe khác nút cảm biến 1: For i = to N // N: Số khu vực đỗ xe thành phố 2: For j = to M // M: Số lượng chỗ đậu xe bãi đỗ xe M thay đổi theo khu vực đỗ xe 3: If (Nút cảm biến {IDzi, IDpj} phát có mặt xe) then 4: gửi trạng thái chiếm chỗ bãi đỗ xe đến trạm kết nối để cập nhật máy chủ trung tâm 5: Else 6: gửi trạng thái có sẵn chỗ đỗ xe đến trạm kết nối để cập nhật máy chủ trung tâm 7: End if 8: End for 9: End for Giao tiếp không dây nút cảm biến khác trạm kết nối đóng vai trị quan trọng việc triển khai mạng WSN bãi đỗ xe trời, nơi phần lớn lượng tiêu thụ nút phụ thuộc nhiều vào lượng tiêu thụ q trình giao tiếp khơng dây: 3.3.2 Trung tâm giám sát đỗ xe Trung tâm giám sát đỗ xe sử dụng mạng cảm biến không dây (WSN) công nghệ RFID tích hợp nút cảm biến cài đặt không gian đỗ xe Công nghệ RFID công nghệ dựa nhận dạng tần số vô tuyến giúp kiểm tra xác định đối tượng sóng radio Do đó, phương tiện xác định phí đỗ xe thu qua hệ thống này, để quản lý giám sát khu vực đỗ xe cách hiệu thuận tiện Khi ô tô vừa đậu vào chỗ i khu vực đỗ xe j, cảm biến thích hợp phát có mặt xe gửi hai số nhận dạng {IDzi, IDpj} với trạng thái chiếm chỗ khơng gian đến cổng, để chuyển chúng đến máy chủ trung tâm để lưu trữ chúng sở liệu Đầu đọc RFID, tích hợp nút cảm biến, đọc liệu người lái xe cách sử dụng thẻ RFID cài đặt xe (họ tên, số xe, số điện thoại, v.v.) chuyển chúng cách hợp chúng với trạng thái không gian máy chủ trung 19 tâm Máy chủ sử dụng để tính tốn thời gian đỗ xe kiểm sốt cố phát q trình đỗ xe Trong trường hợp xe tơ khơng có thẻ RFID, tin nhắn gửi đến nhân viên bãi đậu xe với hai số nhận dạng đỗ xe {IDzi, IDpj}, để đăng ký số đăng ký xe vào hệ thống để đảm bảo tốn phí đỗ xe Khi xe rời khỏi chỗ đỗ, cảm biến liên quan phát chỗ trống cách gửi hai mã định danh {IDzi, IDpj} đến máy chủ trung tâm thông qua cổng để cập nhật trạng thái không gian sở liệu Sau giải phóng khơng gian sở liệu, hệ thống kiểm tra xem tài xế có tốn cho thời gian đỗ xe hay không, không, thông báo vi phạm phạt gửi đến quan chức sau để trả phí đỗ xe người lái xe Việc toán thời gian đỗ xe thực trực tuyến ứng dụng di động thủ công máy rút tiền tự động khu vực Trong hai trường hợp, nhập số đăng ký xe đỗ để hệ thống phát sở liệu thực toán 3.3.3 Trung tâm quản lý thông tin Trung tâm quản lý thông tin dựa vào liệu lưu trữ sở liệu để phát triển dịch vụ bổ sung cho người dùng tài xế cách tạo điều kiện cho nhiệm vụ tìm kiếm khơng gian có sẵn nơi họ đến, chẳng hạn tư vấn chỗ đỗ xe có sẵn, điều hướng đến khơng gian, tốn trực tuyến phí đậu xe Một ứng dụng di động phát triển cho phép người lái xe tận dụng dịch vụ cách thực tế đơn giản Tư vấn khu vực đỗ xe: Các tài xế sử dụng ứng dụng di động cho phép họ tham khảo tìm chỗ đỗ xe mở gần điểm đến họ, trước di chuyển để tránh lại không cần thiết không tạo tắc nghẽn giao thông Ứng dụng sử dụng thông tin lưu trữ sở liệu để cung cấp cho tài xế, khu vực đỗ xe mở gần điểm đến họ với số lượng chỗ trống bận rộn thời gian thực, cách giá đỗ xe Điều hướng đến khu vực đỗ xe: Dịch vụ dựa việc sử dụng Google MAP để định hướng hướng dẫn lái xe đến khu vực đỗ xe mong muốn Người lái xe mở ứng dụng di động để tìm chỗ đậu xe mở gần điểm đến Sau đó, tùy thuộc vào kết hiển thị ứng dụng, người lái xe chọn khu vực đỗ xe ứng dụng mở Google MAP để hướng dẫn người lái xe đến khu vực chọn Khi đến khu vực này, ứng dụng hiển thị khơng gian cịn trống có xe đỗ khu vực đỗ xe 20 Thanh tốn phí đỗ xe: Trước rời khỏi chỗ đỗ xe, tài xế phải trả phí đỗ xe, khoản toán thực tay cách di chuyển đến máy rút tiền tự động bãi đỗ xe cách nhập số đăng ký xe Trực tuyến, tài xế sử dụng ứng dụng di động với thao tác máy rút tiền tự động để nhận khoản tốn phí đỗ xe khu vực đỗ xe 3.5 Kết luận chương Từ nghiên cứu Tổng quan Internet of Things Chương nghiên cứu ứng dụng IoT hệ thống đỗ xe thông minh Chương 2, Chương luận văn phân tích đặc điểm tình hình bãi đỗ xe thành phố Bắc Ninh, dựa kiến trúc hệ thống bãi đỗ xe thơng minh từ đưa đề xuất hệ thống thông minh dựa IoT cho quản lý bãi đỗ xe thông minh thành phố Bắc Ninh Hệ thống gồm thành phần trung tâm phát bãi đỗ xe, trung tâm giám sát đỗ xe trung tâm quản lý thông tin Hệ thống quản lý bãi đỗ xe thành phố khu vực công cộng tư nhân, hệ thống có thơng tin chỗ đỗ xe có sẵn khu vực đỗ xe cách sử dụng thu thập liệu thời gian thực nút cảm biến năm rải rác khu vực đỗ xe, cho phép người dùng sử dụng dịch vụ bổ sung triển khai hệ thống dịch vụ thành tốn tự đống tương thích với điện thoại di động 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Kết luận Như luận văn phân tích, IoT trở thành xu tương lai, không ứng dụng chúng vào giao thơng vận tải mà cịn nhiều lĩnh vực khác Để làm điều này, Bộ, ban, ngành liên quan cần nghiên cứu kỹ lợi ích mà IoT đem lại cho ngành từ đề xuất áp dụng triển khai IoT vào quản lý hệ thống Luận văn nghiên cứu so sánh kỹ lưỡng kiến trúc khác giao thức tự tổ chức khác sử dụng việc quản lý loại bãi đỗ xe có khác thành phố Luận văn đề xuất kiến trúc hệ thống đỗ xe thông minh dựa việc triển khai triển khai công nghệ khác nhau, WSN, IoT, RFID Kiến trúc thực hiện, mặt, giao thức tự tổ chức lai thích ứng để triển khai nút cảm biến mơi trường khác nhằm tối đa hóa hiệu suất WSN tăng tuổi thọ nó, mặt khác, sử dụng công nghệ, WSN RFID để giảm thiểu chi phí triển khai hệ thống cải thiện chất lượng Với kết bước đầu nghiên cứu IoT giải pháp đưa nhằm ứng dụng IoT vào quản lý bãi đỗ xe thành phố Bắc Ninh, mong muốn góp phần nhỏ vào việc xây dựng hệ thống quản lý bãi đỗ xe thành phố Bắc Ninh nhằm đơn giản hóa hoạt động hệt thống đỗ xe, cải thiện hài lòng người lái xe, tăng doanh thu bãi đỗ xe giảm bớt tắc nghẽn giao thông - Kiến Nghị Trong công việc tương lai, luận văn chi tiết phát triển giao thức tự tổ chức thích ứng cho mạng cảm biến không dây cách thực mơ để chứng minh sức mạnh cách so sánh với giao thức tự tổ chức có khác Để triển khai IoT vào quản lý giao thông Bắc Ninh cần kết hợp nhiều quan, ban ngành tâm thực quản lý bãi đỗ xe thông minh Thành phố Bắc Ninh Trước mắt giai đoạn nghiên cứu ứng dụng IoT vào quản lý bãi đỗ xe thông minh, cần thu hút đội ngũ công nghệ thông tin chuyên nghiệp, tăng cường giáo dục ý thức người dân tham gia giao thông để giảm thiểu tắc nghẽn giao thông Thành phố Bắc Ninh ... hình bãi đỗ xe thành phố Bắc Ninh, dựa kiến trúc hệ thống bãi đỗ xe thơng minh từ đưa đề xuất hệ thống thông minh dựa IoT cho quản lý bãi đỗ xe thông minh thành phố Bắc Ninh Hệ thống gồm thành. .. vụ Trên nội dung ứng dụng IoT hệ thống đỗ xe thông minh sở để đề tài nghiên cứu giải pháp bãi đỗ xe thông minh dựa công nghệ IoT cho thành phố Bắc Ninh 13 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG THÔNG MINH. .. hình bãi đỗ xe thành phố Bắc Ninh, nêu kiến trúc hệ thống bãi đỗ xe thông minh đề xuất hệ thống thông minh cho quản lý bãi đỗ xe thông minh Bắc Ninh Mặc dù cố gắng trình nghiên cứu, luận văn chắn