Tìm hiểu bài toán smart home và các công nghệ nền tảng smart home hiện nay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN VĂN BẮC BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đồ án: TÌM HIỂU BÀI TỐN SMART HOME VÀ CÁC CƠNG NGHỆ NỀN TẢNG SMART HOME HIỆN NAY Nghệ An, tháng 05 năm 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đồ án: TÌM HIỂU BÀI TỐN SMART HOME VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NỀN TẢNG SMART HOME HIỆN NAY Sinh viên thực : Nguyễn Văn Bắc - 1151073771 Lớp : 52K3 Giáo viên hướng dẫn: ThS Lê Quốc Anh Nghệ An, tháng 05 năm 2016 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC LỜI CẢM ƠN Ngày nay, Công nghệ thông tin ngày phát triển tỏ rõ tầm quan trọng tất lĩnh vực, nói Công nghệ thông tin trở thành thước đo để đánh giá phát triển xã hội đại nơi mà người dần thoát khỏi cách làm việc thủ công, thô sơ dần tiến đến tin học hóa tất lĩnh vực để cơng việc có hiệu hơn, tiết kiệm thời gian nhân lực Việc nghiên cứu lập trình phần mềm, ứng dụng điều hướng tới sinh viên theo học Công nghệ thông tin.Trong trình thực em nhận giúp đỡ nhiệt tình từ giảng viên khoa Cơng nghệ thông tin Nhân dịp em xin gửi lời cảm ơn đến khoa Công nghệ thông tin tạo hội giúp em tham gia học hỏi, rèn luyện kỹ cần thiết cho đợt làm đồ án tốt nghiệp Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến Th.S Lê Quốc Anh quan tâm góp ý cho làm đồ án tốt nghiệp đại học sẵn sàng trả lời thắc mắc cần thiết giúp chúng em hồn thành tốt làm Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới khoa Công nghệ thông tin đặc biệt thầy mơn mạng máy tính tận tình giảng dạy hướng dẫn giúp đỡ em làm báo cáo đồ án hoàn thiện theo thời gian quy định nhà trường Mặc dù có nhiều cố gắng kiến thức hạn chế với kinh nghiệm chưa có nên khơng tránh khỏi thiếu sót Vì chúng em mong nhận ý kiến đóng góp bổ sung thầy giáo bạn để làm đồ án tốt nghiệp em hoàn thiện Cuối chúng em xin kính chúc Thầy Cơ Khoa Cơng nghệ thông tin Th.S Lê Quốc Anh thật dồi sức khoẻ, niềm tin vui để tiếp tục sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Trân trọng! Nghệ An, ngày tháng năm 2016 Sinh viên Nguyễn Văn Bắc Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tầm quan trọng cấp thiết đề tài: - Hiện nhà thông minh áp dụng Việt Nam vừa bắt đầu chưa có nhiều, cơng ty đại diện nước ngồi, việc hiểu biết nhà thơng minh áp dụng vào thực tiễn Việt Nam cho hiệu quả, hướng nghiên cứu phát triển tận dụng lợi Việt Nam cần thiết Cuộc sống người có nhu cầu ngày cao mặt khác nguồn lượng vật liệu ngày cạn kiệt dần nhu cầu nhà thông minh cần thiết, giảm thiểu tiêu hao lượng, tận dụng tài nguyên địa phương  nghĩa mặt lý luận thực tiễn Hiện công nghệ nhà thông minh giới ứng dụng thời gian Việt Nam áp dụng số cơng trình lớn nhà gia đình Việc áp dụng nhà thông minh cần thiết thực tế để đạt mục tiêu bao gồm chi phí thấp nhất, hiệu cao phát triển bền vững thông qua hợp lý, thông minh Không thiết phải áp dụng tồn cơng nghệ nhà thơng minh Nhà thơng minh hiểu áp dụng kiến trúc truyền thống phù hợp khí hậu Việt Nam cho hiệu áp dụng phần công nghệ, dùng giải pháp tiết kiệm phát triển bền vững lượng tận dụng lợi Việt Nam h  n m n nh hướn h n minh h iện h n n o on n im n n hệ n on n i i hướn ới c đ ch đề tài Tìm hiểu nhà thơng minh nh m nâng cao hiểu biết nhà thông minh, đặc biệt giao thức mạng UPnP Giúp có nhìn tổng quan xác Giúp ta hiểu nhà thông minh, giao thức mạng UPnP có cách tiếp cận hiệu Hiểu cách hoạt động số công nghệ nhà thông minh giao thức UPnP cấu trúc chức để xây dựng ứng dụng hoạt động hiệu Xuất phát từ lợi ích với cho phép tận tình giúp đỡ ThS Lê Quốc Anh nên em xin chọn đề tài “Tìm hiểu tốn Smart Home cơng nghệ tảng Smart Home n ” Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Do thời gian hạn chế chưa có kinh nghiệm nghiên cứu thực hành nên báo cáo cịn nhiều thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy để đồ án hoàn thiện Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chƣơng I: Tổng quan Smart Home 1.1 Khảo sát thực trạng 1.2 Khái niệm nhà thông minh (Smart Home) 1.3 Đặc trƣng nhà thông minh (Smart Home) 1.4 Các chức chính, ứng dụng Smart Home 1.5 Giới thiệu hệ thống mạng sở sơ đồ tổng quan hệ thống quản lý Smart Home 10 1.6 Một số công nghệ Smart Home giải pháp thông minh 11 1.6.1 Một số công nghệ Smart Home phổ biến 11 1.6.2 Giải pháp thông minh 12 1.7 Internet of Things (IoT) xu hƣớng kết nối thông minh 15 1.7.1 Khái niệm Internet of Things (IoT) 15 1.7.2 Công nghệ tƣơng lai 16 1.7.3 Kết nối thông minh ứng dụng Internet of Things (IoT) 18 1.7.4 Các tính chất Internet of Things (IoT) 20 1.7.5 Cấu trúc Internet of Things (IoT) 21 1.8 IPv6 không gian địa vô hạn 24 1.8.1 Sự đời IPv6 24 1.8.2 Cấu trúc đặc điểm IPv6 25 Chƣơng 2: Tổng quan Universal Plug and Play (UPnP) 32 2.1 Khái niệm 32 2.2 Tổng quan kỹ thuật 32 2.2.1 Cơ chế hoạt động 32 2.2.2 Nền tảng ngôn ngữ hỗ trợ 33 2.2.3 Các đặc trƣng, tính chất UPnP ứng dụng UPnP 33 Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 2.2.4 Các thành phần mạng UPnP 34 2.3 Cách thức hoạt động mạng UPnP 36 Chƣơng Các công nghệ tảng smarthome 44 3.1 Công nghệ x10 44 3.1.1 Khái niệm x10 44 3.1.2 Lịch sử đời phát triển 45 3.1.3 Ƣu điểm nhƣợc điểm X10 45 3.2 Công nghệ ZigBee 46 3.2.1 Khái niệm 46 3.2.2 Tiêu chuẩn ZigBee 46 3.2.3 Các phiên bản ZigBee 46 3.2.4 Các dải tần hoạt động ZigBee 47 3.2.5 Truyền tải liệu 48 3.2.6 Mô hình mạng ZigBee 48 3.2.7 Cấu trúc ZigBee 49 3.3 Công nghệ KNX (Konnex) 50 3.3.1 Khái niệm 50 3.3.2 KNX sự kế thừa phát triển từ EIB, EHS Bati BUS 50 3.3.3 Một số tiêu chuẩn KNX (konnex) 51 3.3.4 Mơ hình mạng 51 3.3.5 Nguyên lý hoạt động 52 3.4 Công nghệ Z – Wave 54 3.4.1 Khái niêm 54 3.4.2 Đặc điểm kỹ thuật 55 3.4.3 Các ƣu điểm nhƣợc điểm 56 3.5 Ứng dụng mô Smart Home 56 3.5.1 Website Smart House Online Simulation 56 3.5.2 Ứng dụng mô 59 Chƣơng 4: Kết luận 63 Tài liệu tham khảo 64 Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chƣơng I: Tổng quan Smart Home 1.1 Khảo sát thực trạng Hiện nay, giải pháp nhà thông minh (Smart Home) nước đa phần tập trung cơng trình biệt thự, chung cư cao cấp C n với nhà dân dụng, người dùng bắt đầu quan tâm giai đoạn tìm hiểu chưa đầu tư nhiều ngại tiếp cận công nghệ, lo ngại giá thành cao Nhưng với phát triển xu công nghệ Internet of Things (IoT), khái niệm “nhà thông minh” dần trở nên phổ biến nhu cầu sở hữu nhà đại, thông minh dần trở thành tiêu chuẩn nhiều gia đình 1.2 Khái niệm nhà thơng minh (Smart Home) Xung quanh dường trở nên thông minh từ: điện thoại thông minh, máy hút bụi thông minh, máy giặt thông minh, tủ lạnh thông minh, TV thông minh… nhà thông minh? Khái niệm Smart Home công nghiệp thương mại Anh (DTI) đưa định nghĩa lần đầu năm 2003 sau: "A dwelling incorporating a communications network that connects the key electrical appliances and services, and allows them to be remotely controlled, monitored or accessed.” Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan Smart Home Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Là ngơi nhà tích hợp thiết bị, vật dụng kết nối với mạng cho phép người dùng truy cập, giám sát, điều khiển từ xa Ngoài ra, thuật ngữ nhà tự động (home automation) sử dụng phổ biến hơn, dùng smart home Hệ thống nhà thông minh từ đơn giản điều khiển bật/tắt đèn từ xa phức tạp mạng điều khiển máy tính/ vi xử lý với mức độ thông minh tự động hóa khác Smart Home thuật ngử để kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hố hồn tồn bán tự động, thay người thực thao tác quản lý, điều khiển Sự thay giúp sống người trở nên tiện nghi giúp sử dụng cách hợp lý nguồn tài nguyên 1.3 Đặc trƣng nhà thông minh (Smart Home) Nhà thông minh sử dụng cơng nghệ tiên tiến tự động hố nên cung cấp cho bạn đầy đủ thông tin nhà bạn không nhà, bạn kiểm sốt chặt chẽ b ng ứng dụng thiết thực Smart Home giúp tiết kiệm tối đa tiêu hao lượng dạng mà tạo điều kiện thoải mái tiện nghi tối đa cho chủ nhân Trong nhà thông minh, đồ dùng nhà từ phòng ngủ, ph ng khách đến toilet gắn điều khiển điện tử kết nối với Internet điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa lập trình cho thiết bị nhà hoạt động theo lịch Thêm vào đó, đồ gia dụng hiểu ngơn ngữ có khả tương tác với 1.4 Các chức chính, ứng dụng Smart Home Các hệ thống chức hoàn toàn tự động, an toàn, giữ đơn giản cho người dùng hết chúng tự động Các chức kể đến số sau:          Điều khiển hệ thống chiếu sáng (on/off, dimmer, scence, timer, logic, ) Điều khiển hệ thống mành, rèm, cửa cổng Điều khiển hệ thống an ninh, báo động, báo cháy khẩn cấp Điều khiển điều hoà, máy lạnh Hệ thống âm đa vùng Hệ thống giải trí đa phương tiện… Hệ thống Camera, chng hình Hệ thống bảo vệ nguồn điện Những tính điển hình khác nhà tự động thông minh bao gồm khả truyền video, âm từ ph ng sang ph ng khác thông báo gửi từ Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC nhà đến thiết bị di động chủ nhà trường hợp xuất tình đột xuất Và tiện ích ứng dụng khác …  Các hệ thống tự động hóa hầu hết sinh hoạt gia đình thường ngày: mở/ đóng rèm, điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng, điều h a, l sưởi, nước nóng theo kịch Kịch thiết lập theo nhu cầu người dùng vào thời điểm khác ngày, thông thường bao gồm bật/ tắt đèn, điều hòa, TV, kéo, hạ rèm  Smart Home xu hƣớng tất yếu nhà tƣơng lai Vài năm trở lại đây, giới dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things (IoT), kết nối vật qua Internet, nhà thông minh trở thành xu hướng công nghệ tất yếu, tiêu chuẩn nhà đại Tại triển lãm lớn giới công nghệ điện tử tiêu dùng diễn đầu tháng 1/2015 Las Vegas (Mỹ), nhà thông minh chủ đề "nóng" Theo chuyên gia xây dựng nhà chuyên môn, xu hướng thiết kế nội thất năm 2016 dự báo có nhiều điểm khác biệt lên ngơi vật liệu an tồn, thân thiện, độc đáo thiết kế xanh bền vững đặc biệt bùng nổ hệ thống nhà thông minh 1.5 Giới thiệu hệ thống mạng sở sơ đồ tổng quan hệ thống quản lý Smart Home Hệ thống quản lý tòa nhà nhà tự động xây dựng tảng mạng LAN để truy xuất quản lý hệ thống từ xa qua Internet Bộ điều khiển trung tâm cung cấp cổng Ethernet cho phép truy xuất trực tiếp b ng phần mềm cổng RS232/485 kết nối với PC server cho phép truy xuất hệ thống b ng trình duyệt web-browser như: MS IE, Firefox, Opera v.v Mạng LAN tảng để xây dựng hệ thống giải trí trung tâm hệ thống camera quan sát Với máy chủ kết nối với điều khiển trung tâm chạy hệ điều hành MS Window media centre với phần cứng phục vụ cho hệ thống giải trí như: DVD double layers, TV-FM turner card, cung cấp file nhạc, ảnh, phim, chương trình TV đến phịng thiết bị di động Smartphone, PDA, Laptop Người dùng vừa nghe nhạc, xem ảnh, quan sát hình ảnh từ camera, kiểm tra trạng thái đèn, trạng thái đóng mở cửa, điều chỉnh âm lượng loa phòng, điều chỉnh độ sáng đèn, điều chỉnh hệ thống điều hồ, đóng/mở cửa, bật/tắt thiết bị điện nhà v.v nhờ điều khiển từ xa TV thiết bị di động Smartphone, PDA, Laptop Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tầng MAC: sử dụng công nghệ đa truy cập nhận biết sóng mang CSMA để xác định hình dạng đường truyền để tránh va chạm xác định xác định hình dạng mạng, giúp hệ thống mạnh (ổn định) vững Tầng mạng – NWK tầng phức tạp ZigBee, giúp tìm, kết nối mạng mở rộng hình dạng từ chuẩn 802.15.4 lên dạng lưới Tầng xác định đường truyền lên ZigBee, xác định địa ZigBee thay địa tầng MAC bên Tầng hỗ trợ ứng dụng – APS tầng kết nối với tầng mạng nơi cài đặt ứng dụng cần cho ZigBee, giúp lọc bớt gói liệu trùng lắp từ tầng mạng Tầng đối tượng thiết bị – ZDO có trách nhiệm quản lý thiết bị, định hình tầng hỗ trợ ứng dụng tầng mạng, cho phép thiết bị tìm kiếm, quản lý yêu cầu xác định trạng thái thiết bị Tầng đối tượng ứng dụng người dùng – APO: tầng mà người dùng tiếp xúc với thiết bị, tầng cho phép người dùng tuỳ biến thêm ứng dụng vào hệ thống 3.3 Công nghệ KNX (Konnex) 3.3.1 Khái niệm KNX (Konnex) tiêu chuẩn toàn cầu cho hệ thống quản lý, điều khiển t a nhà thông minh, phát triển tảng ba tiêu chuẩn trước đó: European Home Systems Protocol (EHS), BatiBUS, European Installation Bus (EIB) KNX chuẩn hóa từ EN 50090, ISO/IEC 14543 quản lý bới hiệp hội KNX quốc tế Hiệp hội KNX có 370 thành viên/ nhà sản xuất (ABB, Bosch, Fujitsu General, Siemens, Toshiba,…) 33 quốc gia có quan hệ đối tác với 30.000 công ty 100 quốc gia nhiều trường đại học, trung tâm nghiên cứu toàn giới 3.3.2 KNX sự kế thừa phát triển từ EIB, EHS Bati BUS KNX (konnex) phát triển/kế thừa từ hệ nhà thông minh trước The European Home Systems Protocol (EHS), BatiBUS, European Installation Bus (EIB or Instabus) có tảng phát triển 24 năm Công nghệ chủ yếu phát triển châu âu, sử dụng công nghệ dây qua hệ thống BUS thông minh phần mềm cấu hình ETS Hệ thống điều khiển từ xa qua thiết bị thông minh iOS/Andoid KNX thiết kế để không phụ thuộc vào tảng phần cứng cụ thể điều khiển vi xử lý 8bit đến PC theo nhu cầu cụ thể thực thể cụ thể KNX cho phép thiết bị giao tiếp với b ng nhiều cách khác bao gồm: cáp xoắn, tần số radio, hồng ngoại, đường dây điện ip/Ethernet mà không cần thiết phải điều khiển b ng trung tâm điều khiển Các thiết bị dùng chung ngôn ngữ Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC giao tiếp với thông qua Bus Đây ưu điểm lớn nhất, bật KNX 3.3.3 Một số tiêu chuẩn KNX (konnex) Cũng giống ZigBee KNX có hiệp hội phát triển cơng nghệ riêng có 370 thành viên tham gia KNX xem tiêu chuẩn mở về:  Tiêu chuẩn quốc tế (International standard (ISO/IEC 14543-3))  Tiêu Canada (Canadian standard (CSA-ISO/IEC 14543-3))  Tiêu chuẩn châu Âu (CENELEC EN 50090 and CEN EN 13321-1)  China Guo Biao (GB/T 20965)  Các tiêu chuẩn dựa sở giao tiếp ngăn xếp EIB mở rộng với với lớp vật lý, phương thức, ứng dụng cấu hình BatiBUS EHS Ưu điểm KNX: Không phụ thuộc vào tảng: Tiêu thụ lượng thấp Là tiêu chuẩn mở Nhược điểm: Chưa tiếng, cộng đồng người dùng tương đối nhỏ (phổ biến châu âu) 3.3.4 Mơ hình mạng Trong truyền thơng KNX cho phép hỗ trợ mơ hình mạng Bus, line, star, tree khơng hỗ trợ mơ hình mạng ring (hình tr n) Mơ hình mạng tree (cây) có lợi thế, thuận lợi mơ hình c n lại để tạo mạng lưới rộng lớn Và mơ hình kết nối với cần thiết Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hình 3.4: ô hình mạng KNX 3.3.5 Nguyên lý hoạt động Các thiết bị thông minh theo tiêu chuẩn EIB (European Installation Bus) liên kết với thông qua dây cáp đôi với điện áp 24V DC (cáp EIB) Các thiết bị liên lạc với b ng cách gửi tin theo địa định trước (mỗi thiết bị thiết lập địa chỉ) Các thiết bị nhận tín hiệu (cơng tắc, cảm ứng chuyển động, cảm nhận diện, remote control ) nhận lệnh chuyển tín hiệu điều khiển đến cấu chấp hành (switch loader, dimmer…) để đóng mở đèn, quạt, bình nóng lạnh, rèm cửa thiết bị điện khác theo ý muốn Ngoài ra, thiết bị c n tự động hoạt động mang lại hiệu tối ưu thông qua điều khiển (logic control, timer, scenes control…) KNX hoạt động theo cấu trúc điều khiển phân tán, nghĩa không cần điều khiển trung tâm, thiết bị hệ thống có khả xử lý thơng tin hoạt động cách độc lập Điều đảm bảo tính vận hành liên tục tồn hệ thống mà khơng bị phụ thuộc vào thiết bị trung tâm Các thành phần chức Những thành phần cần thiết cho hệ thống KNX Smart Home: Nguồn điện cho Bus (power supply) Bộ nối (coupler) Nhận phát lệnh (sensors: nút bấm, đo nhiệt độ, đo ánh sáng, diện) Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Nhận thơng tin từ bên ngồi (từ nút bám hay thay đổi nhiệt độ,…) Gửi tin KNX lên Bus Hình 3.5: Mơ hình nhận phát lệnh KNX Thực thi lệnh (actuators: relay mở đèn, giảm độ sáng, mở máy lạnh,… ) Nhận tin từ Bus Xử lý tin tức kèm theo tin Thực chức Lệnh Binary (tắt/mở): Nút bấm Lệnh Analogic (biến đổi theo dãy tần): đồng hồ, máy đo sức gió, mưa, ánh sáng, nhiệt độ, co2… Những chức => Những sensors nhận tín hiệu vật lý (bấm nút, gió…) biến thành tín hiệu KNX Switch actuator: Kích hoạt trạng thái (on/off relay) Dimming actuator: Kích hoạt theo dãy tần (thay đổi độ sáng, nhiệt độ) Blind/roller shutter actuator: Kích hoạt màn, cửa chớp Heating actuator: Kích hoạt l sưởi Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hình 3.6: hình thực thi lệnh Những chức năng: Những actuators nhận tín hiệu KNX, xử lý nó, sau chuyển thành tác động vật lý lên thiết bị (đóng relay, kích hoạt máy lạnh, hiển thị hình chạm…) 3.4 Công nghệ Z – Wave 3.4.1 Khái niêm Z-wave giao thức giao tiếp không dây cho nhà thông minh Nó định hướng để điều khiển thiết bị gia dụng tự động hay nhà thông minh thiết kế để cung cấp giải pháp không dây chắn, đáng tin cậy đơn giản để điều khiển hệ thống chiếu sáng, HVAC, hệ thống an ninh, bảo mật, … Hiện nay, thị trường có hàng trăm sản phẩm Z-wave nhiều thương hiệu khác nhau, có 35 triệu sản phẩm bán kể từ năm 2005 đến Z-wave Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC công nghệ nhà thông minh không dây phát triển Đan Mạch sát nhập với Sigma Design vào năm 2008 3.4.2 Đặc điểm kỹ thuật  Radio Z-Wave thiết kế để cung cấp tin cậy, độ trễ truyền tải thấp, truyền tải gói liệu nhỏ đạt tới tốc độ 100kbit/s Băng thông 40 kbit/s (9.6kbit/s sử dụng chip cũ) phù hợp với điều khiển ứng dụng cảm biến, không giống Wi-Fi chuẩn IEEE 802.11 khác dựa sở hệ thống mạng Lan không dây thiết kế chủ yếu cho tốc độ truyền tải liệu cao Khoảng cách hai nút khoảng 30m có khả thông báo để nhảy lên gấp bốn lần, đủ để đảm bảo cho thiết bị gia dụng nhà hoạt động tốt  Cài đặt mạng, giao thức định tuyến Z-Wave sử dụng nguồn định tuyến có kiến trúc dạng lưới (source-routed mesh network architecture) Các thiết bị giao tiếp với b ng cách sử dụng nút trung gian định tuyến tích cực để tránh trở ngại điểm chết xảy mạng Một tin nhắn từ nút A đến nút B hồn thành mà nút không n m phạm vi quy định, cung cấp C giao tiếp với A B Nế đường khơng có sẵn có gắng khởi tạo thơng báo đến tuyến đường khác có đường tìm thấy nút C Vì mà mơ hình mạng mở rộng Các mạng đơn giản thiết bị điều khiển điều khiển Các thiết bị khác thêm vào lúc nào, điều khiển thứ cấp, bao gồm điều khiển truyền thống cầm tay, điều khiển key-fob, điều khiển Wallswitch ứng dụng thiết kế để kiểm soát quản lý mạng Z-Wave Một mạng Z-Wave có tới 232 thiết bị, với tùy chọn mạng chuyển tiếp có nhiều thiết bị yêu cầu Mỗi mạng Z-Wave xác định ID mạng thiết bị xác định ID nút ID mạng c n gọi Home ID xác định chung cho tất nút thuộc mạng Z-Wave hợp lý Mạng ID có chiều dài byte (32 bit) gán cho thiết bị, điều khiển chính, thiết bị "đưa" vào mạng Các nút với ID mạng khác giao tiếp với ID Node địa nút mạng ID Node có chiều dài byte (8 bit) phải mạng lưới  Bảo mật (Security) Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Z-Wave dựa thiết kế độc quyền hãng cung cấp chip Mạng Z-Wave có độ bảo mật cao, tính đến người ta phát lỗi thực thi 3.4.3 Các ƣu điểm nhƣợc điểm Z-Wave chuẩn giao tiếp xuất tiêu thụ lượng cực thấp, tính mở (open platform) cao Z-Wave dùng chủ yếu nhà thông minh Số lượng cảm biến Z-Wave có mặt thị trường nhiều so với Zigbee Một ưu điểm chuẩn Z-Wave thiết bị thiết bị thu phát sóng, tạo nên mối liên kết giống mạng nhện ổn định Tầm Xa thiết bị thu phát lên đến 50M (Outdoor) nên việc kết nối tất các thiết bị nhà trở nên đơn giản ổn định Mặc khác, chuẩn không dây ZWave chuẩn chung cho thiết bị BMS, Lighting, Smarthome nhà sản xuất áp dụng 3.5 Ứng dụng mô Smart Home 3.5.1 Website Smart House Online Simulation Hiện xuất nhiều phần mềm trang web cho ta mô hệ thống nhà thông minh đơn gian, ví dụ như: http://www.cloud4all.info/join-theeffort/solutions/smart-house/ mơ số thiết bị máy giặt, TV, điều h a khơng khí … qua thiết bị điều khiển ảo Giao diện trang web: Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hình 3.7: Hình ảnh trang chủ Hình ảnh số ứng d ng khác: http://intrahouse.io:8088/ Hình 3.8: Giao diện điều khiển cảm biến nhiệt độ Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hình 3.9: Giao diện điều khiển rèm cửa Hình 3.10: Giao diện điều khiển bóng đèn thơng minh Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 3.5.2 Ứng dụng mô  Muc tiêu ứng dụng Mô cách hoạt động thiết bị nhà thông minh Cho phép người dùng bật tắt thết bị Kiểm tra trạng thái thiết bị hoạt động hay tắt Tạo lịch hoạt động tự động cho thiết bị     Ứng dụng sử dụng tảng Net Công cụ Visual studio 2015 Sử dụng ngôn ngữ C# Một số hình ảnh minh họa Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hình 3.11: Giao diện đăng nhập Login ứng dụng với user name: admin mật “123456” Giao diện ứng dụng sau Hỉnh 3.12: Trang login thành cơng Đầu tiên ta tạo cảm biến, với Form Add scensor Hình 3.13: Khởi tạo cảm biến Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Định nghĩa tên đối tượng thiết bị nhà Hình 3.14: Khởi tạo đối tượng Smart Home Mơ hình kiểm tra: Hình 3.15: Hình ảnh mơ hình Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Kiểm tra trạng thái hoạt động thiết bị: Hình 3.16: Kiểm tra trạng thái đối tượng Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chƣơng 4: Kết luận “Ngôi nhà thông minh – SmartHome” đề tài đ i hỏi nhiều thời gian nghiên cứu ngơi nhà có nhiều phương pháp điều khiển để nhà ngày thơng minh hơn, tùy vào loại thiết bị lại có giao thức giúp chúng giao tiếp với khác Kết quả đạt đƣợc: Hiểu khái niệm nhà thông minh giao thức mạng UPnP cách thiết bị UPnP kết nối với Các công nghệ phát triển mạnh mẽ IPv6, Internet of Things Hiểu biết thêm công nghệ SmartHome X10, ZigBee, ZWave, KNX số công nghệ khác C-Bus, sBus, … hiểu thêm cấu trúc, chức năng, lịch sử phát triển xu tương lai gần cơng nghệ Những chƣa đạt đƣợc: Đề tài cịn nhiều thiếu sót Phần lý thuyết tổng quát sơ lược tóm tắt chưa sâu nghiên cứu vấn đề Phần thử nghiệm tìm hiếu chế độ đơn giản Em mong nhận thơng cảm góp ý qúy thầy bạn để chương trình ngày hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn Th.S Lê Quốc Anh tận tình giúp đỡ em suốt thời gian làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, ngày 15 tháng năm 2016 Sv thực Nguyễn Văn Bắc Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tài liệu tham khảo [1] https://technet.microsoft.com/en-us/library/bb727027.aspx [2] http://www.planet-source-code.com/ [3] http://openconnectivity.org/ [4] http://genk.vn/ [5] http://UPnP.org/resources/whitepapers/UPnP_SmartHome_Whitepaper_2015.pdf [6] http://UPnP.org/specs/arch/UPnP-arch-DeviceArchitecture-v2.0.pdf https://books.google.com.vn Nguyễn Văn Bắc – Lớp 51K2 – Khoa CNTT 64 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đồ án: TÌM HIỂU BÀI TỐN SMART HOME VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NỀN TẢNG SMART HOME HIỆN NAY Sinh viên thực : Nguyễn... minh (Smart Home) 1.3 Đặc trƣng nhà thông minh (Smart Home) 1.4 Các chức chính, ứng dụng Smart Home 1.5 Giới thiệu hệ thống mạng sở sơ đồ tổng quan hệ thống quản lý Smart Home. .. số công nghệ Smart Home phổ biến Trên giới đặc biệt quốc gia châu lục phát triển, “nhà thông minh” chủ đề nghiên cứu nghành khoa học công nghệ xuất từ lâu áp dụng vào đời sống vào đầu kỷ 20 Công