MC LC
6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
1.3.5.2. Một số đặc điểm và tính năng của giao thức XMPP
- XMPP là mô hình phân quyền client-server phi tập trung, đƣợc sử dụng cho các ứng dụng nhắn tin văn bản. Có thể nói XMPP gần nhƣ là thời gian thực và có thể mở rộng đến hàng trăm hàng nghìn nút.
- Dữ liệu nhị phân phải đƣợc mã hóa base64 trƣớc khi nó đƣợc truyền đi trong băng tần, tƣơng tự nhƣ MQTT, có thể chạy trên nền tảng TCP, hoặc có thể qua HTTP trên TCP. Sức mạnh chính của nó là một chƣơng trình name@domain.comaddressing trong mạng Internet khổng lồ [11].
1.4. Ô G GHỆ WIFI 1.4.1. Giới thiệu.
Wifi (Wireless Fidelity) là một mạng thay thế cho mạng có dây thông thƣờng, thƣờng đƣợc sử dụng để kết nối các thiết bị ở chế độ kh ng dây bằng việc sử dụng c ng nghệ sóng v tuyến. ữ liệu đƣợc truyền qua sóng vô tuyến cho phép các thiết bị truyền nhận dữ liệu ở tốc độ cao trong phạm vi của mạng Wifi. Kết nối các máy tính với nhau, với nternet và với mạng có dây.
Wifi là thuật ngữ dùng chung để chỉ tiêu chuẩn 802.11 cho mạng cục bộ kh ng dây (Wireless Local Networks) hoặc WLANs. Việc sử dụng rộng rãi và tính sẵn có của nó ở nhà và nơi c ng cộng nhƣ c ng viên, quán café, sân bay, ... đã khiến Wifi trở thành một trong những c ng nghệ truyền nhận dữ liệu phổ biến nhất hiện nay [22].
Hình 1.20. Biểu tượng sóng WIFI
1.4.2. Công nghệ truyền nhận dữ liệu. * Các chuẩn của wifi [22]. * Các chuẩn của wifi [22].
Wifi là viết tắt của từ Wireless idelity trong tiếng Anh, đƣợc gọi chung là mạng kh ng dây sử dụng sóng v tuyến. Wifi là loại sóng v tuyến tƣơng tự nhƣ sóng điện thoại, sóng truyền hình và radio. Hầu hết các thiết bị sử dụng điện tử hiện nay nhƣ: Smartphone, Máy tính bảng, Tivi, Laptop,… đều có thể kết nối đƣợc Wi i. Và Wifi là thứ gắn liền và kh ng thể thiếu với đời sống của ngƣời dân trong hầu hết c ng việc cũng nhƣ giải trí hàng ngày. Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 Hz hoặc 5 Hz. Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình. Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn.
Bảng 1.1: Bảng tóm tắt các chuẩn WiFi (https://quantrimang.com)
- Chuẩn 802.11: IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). 802.11 là một tập các chuẩn của tổ chức . huẩn 802.11 m tả một giao tiếp “truyền qua kh ng khí” (tiếng Anh: over-the-air) sử dụng sóng v tuyến để truyền nhận tín hiệu giữa một thiết bị kh ng dây và tổng đài hoặc điểm truy cập (tiếng Anh: access point), hoặc giữa 2 hay nhiều thiết bị kh ng dây với nhau. Năm 1997, giới thiệu chuẩn mạng kh ng dây đầu tiên và đặt tên nó là 802.11. Khi đó, tốc độ hỗ trợ tối đa của mạng này chỉ là 2 Mbps với băng tầng 2.4 Hz.
- Chuẩn 802.11b (tên mới WiFi 1): đã mở rộng trên chuẩn 802.11 gốc vào tháng ảy năm 1999. huẩn này hỗ trợ băng th ng lên đến 11Mbps, tƣơng quan với thernet truyền thống 802.11b sử dụng tần số v tuyến (2.4 Hz) giống nhƣ chuẩn ban đầu 802.11. ác hãng thích sử dụng các tần số này để chi phí trong sản xuất của họ đƣợc giảm.
Ƣu điểm của 802.11b – giá thành thấp nhất; phạm vi tín hiệu tốt và kh ng dễ bị cản trở.
Nhƣợc điểm của 802.11b – tốc độ tối đa thấp nhất; các ứng dụng gia đình có thể xuyên nhiễu.
- Chuẩn 802.11a (tên mới WiFi 2): ƣợc phát triển song song cùng với chuẩn 802.11b, chuẩn 802.11a hỗ trợ tốc độ tối đa gần gấp 5 lần lên đến 54Mpbs và sử dụng băng tầng 5 hz nhằm tránh bị nhiễu từ các thiết bị khác. Phạm vi phát hẹp (40-100m) và khó xuyên qua các vật cản nhƣ vách tƣờng. huẩn này thƣờng đƣợc sử dụng trong các mạng doanh nghiệp thay vì gia đình vì giá thành của nó khá cao.
Ƣu điểm của 802.11a – tốc độ cực nhanh; tần số đƣợc kiểm soát nên tránh đƣợc sự xuyên nhiễu từ các thiết bị khác.
Nhƣợc điểm của 802.11a – giá thành đắt; phạm vi hẹp và dễ bị cản trở.
- Chuẩn 802.11g (tên mới WiFi 3): Năm 2003, chuẩn Wifi thế hệ thứ 3 ra đời. huẩn này đƣợc kết hợp từ chuẩn a và b. ƣợc hỗ trợ tốc độ 54Mpbs nhƣ chuẩn a và sử dụng băng tầng 2.4 Hz của chuẩn b vì vậy chuẩn này có phạm vi tín hiệu khá tốt (80- 200m) và vẫn dễ bị nhiễu từ các thiết bị điện tử khác. Ngày nay, một số hộ gia đình vẫn còn sử dụng chuẩn này.
Ƣu điểm của 802.11g – tốc độ cao; phạm vi tín hiệu tốt và ít bị che khuất. Nhƣợc điểm của 802.11g – giá thành đắt hơn 802.11b; các thiết bị có thể bị xuyên nhiễu từ nhiều thiết bị khác sử dụng cùng băng tần.
- Chuẩn 802.11n (hay 802.11 b/g/n) (tên mới WiFi 4): ây là chuẩn đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay và tƣơng đối mới. huẩn WiFi 802.11n đƣợc đƣa ra nhằm cải thiện chuẩn 802.11g bằng cách sử dụng c ng nghệ MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) tận dụng nhiều anten hơn. huẩn kết nối 802.11n hỗ trợ tốc độ tối đa lên đến 600 Mpbs, có thể hoạt động trên cả băng tần 2,4 Hz và 5 Hz, nếu router hỗ trợ thì hai băng tần này có thể cùng phát sóng song song. huẩn kết nối này đã và đang dần thay thế chuẩn 802.11g với tốc độ cao, phạm vi tín hiệu rất tốt (từ 100-250m) và giá thành đang ngày càng phù hợp với túi tiền ngƣời tiêu dùng.
Ƣu điểm của 802.11n - tốc độ nhanh và phạm vi tín hiệu tốt nhất; khả năng chịu đựng tốt hơn từ việc xuyên nhiễu từ các nguồn bên ngoài.
Nhƣợc điểm của 802.11n - chuẩn vẫn chƣa đƣợc công bố, giá thành đắt hơn 802.11g; sử dụng nhiều tín hiệu có thể gây nhiễu với các mạng 802.11b/g ở gần.
- Chuẩn 802.11ac (hay chuẩn 802.11 a/b/g/n/ac) (tên mới WiFi 5):
Nó là chuẩn mạng kh ng dây đang ngày càng xuất hiện nhiều hơn trên các router, máy tính và tất nhiên là cả các thiết bị di động nhƣ smartphone. So với Wi- i 802.11n đang đƣợc dùng phổ biến hiện nay, chuẩn 802.11ac mang lại tốc độ nhanh hơn. huẩn ac có hoạt động ở băng tầng 5 Hz và tốc độ tối đa lên đến 1730 Mpbs khi sử dụng lại c ng nghệ đa anten trên chuẩn 802.11n cho ngƣời dùng trải nghiệm tốc độ cao nhất. Hiện tại, chuẩn này đƣợc sử dụng trên một số thiết bị cao cấp của các hãng điện thoại nhƣ Apple, Samsung, Sony,…
- Chuẩn 802.11ax (tên mới WiFi 6): Wi i 6 ra mắt vào năm 2019 là chuẩn kh ng dây thế hệ tiếp theo, tốc độ nhanh hơn 802.11ac. Kh ng chỉ tốc độ, Wi i 6 sẽ cung cấp hiệu suất tốt hơn trong các khu vực tắc nghẽn. huẩn này cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn. Nếu sử dụng bộ định tuyến
Wi i với một thiết bị duy nhất, tốc độ tiềm năng tối đa của Wi i6 sẽ cao hơn tới 40% so với Wi i5.
1.4.3. Thành phần của mạng Wifi.
Access Point (AP): AP là bộ thu phát không dây LAN (Local - Area Network), hoặc là trạm cơ sở có thể kết nối đồng thời một hoặc nhiều thiết bị không dây với Internet.
Wifi Card: Cho phép chấp nhận tín hiệu không dây và thông tin chuyển tiếp.
Safeguards: Khả năng bảo vệ: tƣờng lửa và phần mềm chống virus giúp giữ an toàn th ng tin cho ngƣời dùng.
1.4.4. Cấu trúc liên kết.
Peer to peer: Là cấu trúc liên kết ngang hàng, kh ng bắt buộc AP, các thiết bị bên trong có thể giao tiếp trực tiếp với nhau. Phù hợp để thiết lập mạng kh ng dây một cách nhanh chóng và dễ dàng [23].
Hình 1.21. Cấu trúc liên kết ngang hàng
Infrastructure Mode: Là cấu trúc liên kết dựa trên AP, liên lạc với nhau qua địa điểm truy cập (Access Point). ất kỳ th ng tin truy cập nào đều phải th ng qua AP. Nếu một trạm di động nhƣ máy tính hoặc điện thoại muốn giao tiếp với một trạm di động khác đầu tiên cần phải gửi th ng tin đến AP, sau đó AP sẽ gửi ngƣợc lại trạm di động đó [23].
1.4.5. Hotspot
Hotspot là một khu vực dễ dàng truy cập mạng kh ng dây. Hotspot đƣợc trang bị kết nối nternet với băng th ng rộng và có một hoặc nhiều AP cho phép ngƣời dùng truy cập nternet không dây.
1.4.6. Cách thức hoạt động.
Một Wifi Hotspot đƣợc tạo ra bằng cách cài đặt điểm truy cập vào kết nối Internet, một điểm truy cập hoạt động nhƣ một trạm cơ sở. Khi thiết bị hỗ trợ Wifi bắt gặp điểm phát sóng, thiết bị có thể kết nối kh ng dây với mạng đó. Một điểm truy cập duy nhất có thể hỗ trợ tối đa đến 30 ngƣời dùng, nhiều điểm truy cập có thể đƣợc kết nối với nhau th ng qua cáp thernet để tạo ra một mạng lớn.
Hình 1.23. Cách thức hoạt động của mạng Wifi
1.4.7. Giao tiếp trong Wifi.
Trao đổi dữ liệu trong Wifi đƣợc chia làm 3 giai đoạn [23]:
- Giai đoạn 1: Dữ liệu đƣợc chuẩn bị để truyền, nó đƣợc mã hóa thay đổi thành tín hiệu số. Tại đây tần số truyền dữ liệu cũng đƣợc lựa chọn tùy thuộc vào kỹ thuật sử dụng để gửi tín hiệu không dây.
- Giai đoạn 2: Dữ liệu đƣợc truyền thông qua sóng vô tuyến.
- Giai đoạn 3: Dữ liệu đƣợc nhận sau đó tiến hành giải mã tín hiệu số, xác nhận và cuối cùng là sử dụng.
1.4.8. Ưu nhược điểm.
u điểm: ễ dàng cài đặt, tính linh hoạt cao, chi phí phù hợp, độ tin cậy, khả năng bảo mật tốt, tốc độ nhanh.
h ợc điểm: Tiêu thụ điện năng cao, phạm vi hoạt động giới hạn.
1.4.9. So sánh WiFi với một số công nghệ không dây khác.
ng nghệ kh ng dây kh ng phải là một ý tƣởng mới, trong thời đại c ng nghệ hiện nay, nhu cầu phát triển các hệ thống kh ng dây ngày càng nhiều trên những lĩnh vực khác nhau. Vấn đề là c ng nghệ nào sẽ thích hợp trong lĩnh vực nào, trƣờng hợp nào, điều này phụ thuộc vào phạm vi hoạt động, khả năng bảo mật, băng th ng, tốc độ, giá cả, cách truyền tín hiệu, khả năng kết nối giữa các thiết bị, năng lƣợng và tính dễ sử dụng của c ng nghệ đó, cho phép kết nối kh ng dây ở khoảng cách xa, giá thành phù hợp (Wi-Fi), có công nghệ giá rẻ nhƣng khoảng cách lại quá ngắn nfrared data association ( r A), có những thiết bị mà năng lƣợng là nguồn sống còn thì vấn đề tiết kiệm năng lƣợng đƣợc đặt lên hàng đầu. Wi i là một c ng nghệ dung hòa giữa vấn đề sử dụng năng lƣợng, khoảng cách, giá cả, bảo mật và tính dễ sử dụng. Ta có bảng so sánh đặc tính của Wi i, luetooth và Hồng ngoại sau:
Bảng 1.2: So sánh giữa Wi-Fi, Bluetooth và Hồng ngoại
802.11b (Wi-Fi) Bluetooth Hồng ngoại
Tầm hoạt động
Phiên bản kh ng dây của chuẩn Ethernet.
Truy cập mạng không dây với khoảng cách dài
Thay thế cho cáp của thiết bị cá nhân.
Truy cập mạng kh ng dây khoảng cách trung bình Infrared data association (IrDA) thay thế cáp của các thiết bị cá nhân. Truy cập mạng không dây với khoảng cách ngắn
ăng thông 11 Mbps, chia sẻ 1 Mbps, chia sẻ 4Mbit/s - 16 Mbit/s ăng thông hiệu
quả
Tối thiểu từ 2 - 3 Mbps với W P
hiễu
ác thiết bị sử dụng sóng radio khác, các vật liệu, thiết bị xây dựng.
ác thiết bị sử dụng sóng radio khác, các vật liệu, thiết bị xây dựng. Không ảo mật Kh ng an toàn nếu không đƣợc bảo mật tốt. Mức độ liên kết WEP đƣợc cài sẵn dễ bị bẻ gẫy. ó thể tin tƣởng vào các ứng dụng phân quyền và đƣợc mã hoá Kh ng bảo mật bằng wifi. Mức độ liên kết đƣợc thiết lập sẵn là “Authorized”. Khó đụng độ hơn khi trong trạng thái sniffing. Vẫn yêu cầu các ứng dụng có phân quyền và mã hoá. ản thân Hồng ngoại đã thiết lập bảo mật sẵn. ăng l ợng ti u thụ Rất cao ần rất nhiều năng lƣợng để duy trì kết nối. Thấp hơn nhiều ó 3 chế độ Standby modes: Sniff, Hold,
Park để giảm năng lƣợng duy trì kết nối.
Rất thấp
Thiết bị hỗ trợ
ƣợc lắp đặt sẵn trong các laptop hiện đại, hoặc các thiết bị yêu cầu: external H/W card
ƣợc lắp đặt sẵn trong các laptop hiện đại, hoặc các thiết bị yêu cầu: external H/W card
ƣợc khẳng định trên phạm vi toàn thế giới với hơn 150 triệu thiết bị hỗ trợ cùng với phần cứng và nhiều phần mềm cơ sở khác. hững b ớc tru cập v o mạng LAN
Yêu cầu kiến thức về thiết lập mạng
Yêu cầu biết thiết lập
access point ơn giản
hoảng cách 100 m 10 m 1 m
Giá thành $25 $5 $1
Ứng dụng hỗ trợ TCP/IP TCP/IP, OBEX OBEX
Phải kết n i theo đ ờng thẳng Không Không Tầm hoạt động trong một hình nón mà góc ở chóp là 300 và không thể xuyên vật cản. S thiết bị có thể truy cập đồng thời
1.4.10. Bảo mật.
Từ khi ra đời, Wifi đƣợc cho là kh ng đảm bảo an toàn về quyền riêng tƣ, dữ liệu truyền qua Wifi có thể dễ dàng bị đánh cắp. Từ đó, các biện pháp bảo mật cho Wifi đã đƣợc sử dụng, có hai tiêu chuẩn bảo mật phổ biến: Wireless Equivalent Privacy (WEP) và Wifi Protected Access (WPA).
1.5. HOME ASSISTANT (HASS) 1.5.1. Khái niệm 1.5.1. Khái niệm
Home Assistant (Hass) là một mã nguồn mở miễn phí, thƣờng đƣợc cài đặt trên máy tính, giúp ta kết nối tất cả các thiết bị thông minh vào cùng một hệ thống, quản lý giám sát nhà thông minh ở bất kỳ đâu trên thế giới và trên mọi thết bị.
Home Assistant đƣợc lập trình bằng ngôn ngữ Python, đƣợc cộng đồng phát triển nên nó đƣợc cung cấp hoàn toàn miễn phí, khả năng an toàn, bảo mật thông tin do nó hoạt động trong mạng LAN, không hề đƣa dữ liệu đi bất cứ đâu. Nhà sáng lập nên Home Assistant chính là Nabucasa, là ngƣời phát triển để đƣa hệ thống Home Assistant lên Cloud (hệ thống điện toán đám mây) giúp cho việc quản lý Home Assistant trở nên dễ dàng và thuận tiện.
Hình 1.25. Giao diện màn hình Home Assistant
Home Assistant (Hass) giống nhƣ một bộ não trung tâm, nhận lệnh từ các nơi gửi về và xử lý rồi lại gửi đi các thiết bị đích để thực thi. Nó có ƣu điểm là khả năng tích hợp cao với các thiết bị khác. Hiện tại các thiết bị có thể
tích hợp với Hass trên 1492 thiết bị, khả năng mở rộng của Hass hiện tại rất tốt. Khi các thiết bị đƣợc tích hợp vào Hass thì chúng sẽ làm việc chung với nhau, dù chúng là những hãng khác nhau. Nếu chúng ta chỉ dùng thiết bị điều khiển trung tâm của riêng một hãng nào đấy thì hầu nhƣ chỉ các thiết bị của hãng mới hoạt động liên kết đƣợc với nhau [24].
1.5.2. Một số đặc điểm của Home Assistant
- Giống nhƣ hầu hết các hệ thống tự động, Home Assistant cung cấp bản client trên điện thoại và máy tính để điều khiển các thiết bị nhà thông minh từ xa. Home Assistant không hoàn toàn khác biệt so với các framework IoT khác nên nó dễ dàng kết nối với nhiều nền tảng khác nhau từ Nest đến Ardunio hay Kodi, …
- Có một điểm mạnh của Home Assistant do Python mang tới đó là: Việc mở rộng hệ thống rất dễ dàng. Python là ngôn ngữ năng động, nó cho phép tạo ra sự linh hoạt mà những nhà lập trình Java luôn thèm khát. Với Python thật dễ dàng để kiểm tra và tạo các mẫu thử cho từng phần mới trên bản cài đặt hiện có mà không bị ảnh hƣởng vĩnh viễn đến các thành phần khác. ặc biệt là với phiên bản Python mới mà MicroPython vừa đƣa ra dành cho các hệ thống nhúng, nhƣ Arduino và ESP32 thì khả năng nó sẽ trở thành ngôn ngữ chung cho tất cả các mức độ IoT, từ cảm biến đến tự động hóa để tích hợp với các dịch vụ của bên thứ ba. Home Assistant là một chƣơng trình dựa trên sự