6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.6.6. Giao diện Ăng-ten
EC21 bao gồm một ăng-ten chính, một ăng-ten phân tập Rx được sử dụng để chống rơi tín hiệu do chuyển động tốc độ cao và hiệu ứng đa đường, và ăng ten GNSS. Ăng ten giao diện có trở kháng 50ohm.
Hình 2.29. Mạch tham chiếu của giao diện anten
2.7. Kết luận chƣơng 2
Trong chương nay, đã tập trung giới thiệu một số sơ đồ khối, các khối chính và chức năng nhiệm vụ trong máy phát và máy thu trong hệ thống truyền thanh số. Giới thiệu các tính năng và ưu điểm của các mô hình lan truyền sóng, sự ảnh hưởng của máy phát xa, các ưu điểm của kỹ thuật truyền mạng đơn tần SFN, các tính năng đóng gói, sự đồng bộ hóa và giải mã các tín hiệu âm thanh trong truyền thanh số. Đây là những vấn đề cơ bản nhất để tiến tới xây dựng một hệ thống truyền thanh số hiện đại trong nền tảng sóng 3G, 4G, internet như hiện nay. Nhằm đáp ứng nhu cầu thưởng thức của người dân và công tác tuyên truyền của các ngành, cá cấp. Qua đó, đưa ra giải pháp ứng dụng truyền thanh số trong hạ tầng của hệ thống viễn thông, đảm bảo cho công tác bảo mật thông tin trong truyền thanh số, hướng đến nâng cao chất lượng truyền thanh số ở cơ sở, khắc phục những nhược điểm của các hệ thống truyền thanh thông thường hiện nay. Đây là nội dung chính sẽ được giới thiệu trong phần chương 3 của luận văn này.
Chƣơng 3. GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG TRUYỀN THANH CƠ SỞ
3.1. Khái quát hệ thống truyền thanh cơ sở
Hệ thống truyền thanh cơ sở là phương tiện tuyên truyền hữu hiệu của địa phương, là cầu nối giữa Đảng, Nhà nước, chính quyền với nhân dân, là công cụ trực tiếp của Đảng, chính quyền địa phương trong công tác chỉ đạo, quản lý, điều hành để phát triển kinh tế, xã hội, đảm bảo công tác an ninh chính trị và quốc phòng tại địa phương [3]. Đài truyền thanh cơ sở cấp huyện, thị xã ... là cơ quan có nhiệm vụ quản lý và thực thi.
Hình 3.1. Hệ thống truyền thanh hữu tuyến
Trong thời đại bùng nổ truyền thông đa phương tiện, các hệ thống đài truyền thanh cơ sở vẫn phát huy hiệu quả, đóng vai trò là kênh cung cấp thông tin chính thống, thiết thực cho người dân, nhất là người dân ở các xã miền núi, xã đảo. Hệ thống đài truyền thanh cơ sở có những ưu thế riêng như: loa được đặt gần khu dân cư, khu vực sản xuất nên người dân vừa làm vừa theo dõi thông tin liên quan trực tiếp đến địa phương. Những thời điểm như bão lũ, hạn hán, mùa gặt, mùa tựu trường, khám tuyển nghĩa vụ quân sự, hay thông tin đột xuất về lịch tiêm chủng, tình hình dịch bệnh… thì hệ thống truyền thanh cơ sở càng phát huy được tác dụng, thông tin nhanh nhất đến với người dân. Hệ thống truyền thanh cơ sở từ lâu đã trở thành món ăn tinh thần quen thuộc trong đời sống hàng ngày của người dân địa phương. Đó là công cụ tuyên truyền hiệu quả các chủ trương đường lối của Đảng và Nhà nước, cung cấp kịp thời những thông tin về tình hình
Ăng ten đầu thu vệ tinh
Đầu cassette (thu
FM, phát đĩa CD) Máy tăng âm truyền thanh ALPHACOMM Micro (phục vụ cho
đọc tin tức hàng ngày)
Đầu thu vệ tinh (thu tín hiệu chương trình Đài Tiếng nói Việt Nam)
chính trị, kinh tế, xã hội, an ninh quốc phòng. Đặc biệt, hệ thống truyền thanh cơ sở có đóng góp rất lớn trong việc tuyên truyền của chương trình xây dựng nông thôn mới hiện nay
Hình 3.2. Hệ thống truyền thanh vô tuyến
3.2. Giải pháp thực hiện
Ưng dụng hệ thống truyền thanh mobifone vào hệ thống truyền thanh cơ sở [31]
3.2.1. Hệ thống truyền thanh số
Hiện nay trên thế giới đang có rất nhiều công nghệ truyền thanh số dựa trên các tiêu chuẩn khác nhau. Trong khi đó, Na Uy đã hoàn tất việc chuyển đổi sang sử dụng công nghệ truyền thanh số theo tiêu chuẩn DAB, là nước đầu tiên trên thế giới "khai tử" hệ thống truyền thanh FM quốc gia. Trong đó có một số nước như Australia, Trung Quốc, Đức, Singapore, Thuỵ Sỹ đã triển khai chính thức dịch vụ và cho kết quả tốt, được người dùng đánh giá cao [28]. Còn tại Việt Nam, Đài tiếng nói Việt Nam (VOV) phối hợp với Hiệp hội Truyền thanh- Truyền hình châu Á -Thái Bình Dương (ABU) thực hiện hội thảo “Truyền thanh số và trình diễn công nghệ DAB+”. Qua nghiên cứu và tìm hiểu trên thị trường có rất nhiều nhà cung cấp thiết bị truyền thanh số thông minh, nhưng với thiết bị truyền thanh số thông minh của mobifone đã được Bộ Thông tin và Truyền thông cấp giấy chứng nhận đạt chuẩn công nghệ và cho lưu hành, hệ thống đang dùng tầng số 2.600Mhz tương ứng với sóng 4G phù hợp với tốc độ truyền sóng
Ăng ten phát tín hiệu FM
Đầu cassette (thu FM, phát đĩa CD)
Máy tăng âm truyền thanh ALPHACOMM
Micro (phục vụ cho đọc tin tức hàng
ngày)
Đầu thu vệ tinh (thu tín hiệu chương trình Đài Tiếng nói
Việt Nam)
Khu dân cư Các cụm thu FM không dây Cột ăng ten phát tín hiệu FM Cáp dẫn tín hiệu FM
Nguồn cung cấp dải rộng: 200 – 260 Vac
và nhu cầu quy hoạch chung của Bộ Thông tin và Truyền thông. Đảm bảo không thay thế tránh lãng phí theo yêu cầu của Cục Thông tin cơ sở tại Công văn 4455/TTCS-TTTH ngày 20/5/2020 về việc xây dựng đài truyền thanh ứng dựng công nghệ thông tin – viễn thông. Vì vậy, hiện nay hệ thống truyền thanh số của mobifone đã được một số tỉnh, thành trong cả nước đưa vào sử dụng và có tính ổn định rất tốt, đảm bảo cho công tác tuyên truyền của Đảng và Nhà nước trong thời đại cuộc công nghiệp cánh mạng lần thứ 4. Do đó, tôi chọn hệ thống truyền thanh thanh số của mobifone để nghiên cứu và đưa ra giải pháp nâng cao hệ thống truyền thanh ở cơ sở.
3.2.2. Giải pháp thực hiện hệ thống truyền thanh số
Xây dựng hệ thống truyền thanh số ứng dụng CNTT-VT, thiết bị thu tín hiệu từ một hệ thống biên tập thông tin thông qua kết nối mạng viễn thông hoặc internet. Ngoài ra, thiết bị vẫn kết nối được với hệ thống truyền thanh FM của đài huyện, đài tỉnh, Đài Tiếng nói Việt Nam. Khi mạng viễn thông, Internet bị lỗi hệ thống không hoạt động được thì đài truyền thanh cơ sở vẫn có thể chuyển sang hoạt động theo truyền thanh FM. Tích hợp với hệ thống thông tin nguồn và thu thập, tổng hợp, phân tích, quản lý dữ liệu đánh giá hiệu quả hoạt động thông tin cơ sở để lấy nội dung hiển thị. Các ứng dụng được thiết kế đơn giản, thuận tiện giúp người dân dễ dàng thao tác, cài đặt và truy cập. Việc truyền dẫn IP sử dụng công nghệ MQTT trong truyền thanh số có nhiều ưu điểm như: chất lượng âm thanh tốt hơn, dễ giám sát, có thể điều khiển từ xa từ trung tâm kiểm soát, ứng dụng các phần mềm quản lý để tinh giản nhân lực. Tín hiệu âm thanh sau khi được đóng gói thành các gói IP được chuyển đi tơi máy thu thông qua môi trường truyền dẫn là sóng 3G/4G, wifi, internet. Từng cụm loa truyền thanh phải sử dụng SIM điện thoại như điện thoại di động. Truyền thanh IP sử dụng công nghệ MQTT mang lại nhiều ưu điểm hơn so với truyền thanh FM.
3.3. Giải pháp kỹ thuật
Thế giới đang chuyển hầu hết các hệ thống đa phương tiện như truyền hình, truyền thanh sang hệ thống số. Truyền hình số mặt đất tương tự đã bị loại bỏ và
thay bằng truyền hình số mặt đất DVB-T2. Kết quả cho thấy, chất lượng hình ảnh, âm thanh cung cấp đến người dùng hơn hẳn so với công nghệ truyền hình mặt đất tương tự. Giống như truyền hình, truyền thanh cũng theo xu hướng công nghệ số. Phương án số hóa truyền thanh theo công nghệ truyền dẫn IP sẽ là giải pháp hiệu quả trong thời gian tới. Công nghệ IP là công nghệ truyền dẫn thông tin số thông qua chuyển mạch gói; trong đó các thiết bị đầu cuối được định địa chỉ hóa theo địa chỉ IP. Tất cả các tín hiệu âm thanh được số hóa thành tệp tin và được chia thành nhiều gói IP và truyền đi đến máy thu. Hiện trên thị trường có một số nhà cung cấp đã đưa ra các sản phẩm về hệ thống truyền thanh số theo công nghệ IP như MobiFone, Viettel, Vina,… Đây là một giải pháp hiện đại, phù hợp với việc triển khai tại tỉnh, huyện, xã miền núi nơi có địa hình hiểm trở. Ưu điểm của các giải pháp này là chỉ cần có sóng viễn thông là lắp đặt và triển khai được một cách dễ dàng nhờ ứng dụng công nghệ MQTT trong việc truyền phát bản tin.
Hình 3.3. Truyền thanh số theo công nghệ IP
Truyền thông tương tác 2 chiều MIRA (ứng dụng internet) Sim 3G-4G In tern et 3G -4G Clould server Giám sát an ninh, an toàn Quản lý điện, nước Truyên truyền tương tác
Máy tính bản Điện thoại thông minh
Internet 3G-4G
Hình 3.4. Mô hình hệ thống truyền thanh số kiểu mới
Mạng Tương tự AX-0120 BS-1030B TZ-206 A-2120 IP-100XI 172.16.8.206 BS-P678IP 172.16.8.203 BS-1036IP 172.16.8.204 TZ-4068IP 172.16.8.206 172.16.8.200 IP-100RM/RM-110 172.16.8.201 IP-1000AF 172.16.8.202 Hệ thống phần mềm IP-100DS
3.3.1. Công nghệ MQTT
Công nghệ MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) đã tồn tại trong hơn một thập kỷ, nhưng khi có sự ra đời của hệ thống IoT và M2M thì MQTT mới thật sự trở thành một giao thức phổ biến, được thiết kế chủ yếu để kết nối các thiết bị có nguồn cấp hạn chế trên các mạng băng thông thấp. Từ đó công nghệ MQTT nhanh chóng trở thành giao thức được ưu tiên nhất để kết nối các thiết bị với hạ tầng đám mây. MQTT có các tính năng rất độc đáo mà các giao thức khác không có được, vì đây là một giao thức gọn nhẹ, dễ dàng để thực hiện trong phần mềm và nhanh chóng trong truyền dữ liệu, nó dựa trên kỹ thuật nhắn tin. Giao thức MQTT làm việc tương tự WhatsApp, các gói dữ liệu được thu nhỏ. Do đó, được sử dụng trong mạng lưới không ổn định, sử dụng điện năng thấp. Đây là một trong những tính năng đặc biệt làm cho giao thức này hoàn hảo cho các ứng dụng trong hệ thống IoT. MQTT có 1 Server (gọi là broker) và nhiều Client. Các Client trao đổi thông tin (gọi là topic) với nhau thông qua Server.
Hình 3.5. Mô hình công nghệ MQTT trong các giải pháp IOT
3.3.2. Các thành phần MQTT
- Client (khách hàng): Tất cả các nhà xuất bản hoặc người đăng ký nào kết nối với nhà môi giới tập trung qua mạng đều được coi là khách hàng. Điều cần lưu ý là cả nhà xuất bản và người đăng ký đều được gọi là khách hàng, vì họ kết nối với dịch vụ tập trung, khách hàng có thể liên tục hoặc tạm thời. Khách hàng liên tục duy trì một phiên với nhà môi giới trong khi khách hàng tạm thời không được nhà môi giới theo dõi. Khách hàng thường kết nối với nhà môi giới thông
qua thư viện (C, C ++, Go, Java, C #, PHP, Python, Node.js và Arduino) và SDK. Publish (Xuất bản): Là quá trình thiết bị gửi thông điệp tới người môi giới. Broker (Nhà môi giới): Đây là phần mềm nhận tất cả các tin nhắn từ các khách hàng xuất bản gửi chúng đến các khách hàng đăng ký và được giữ kết nối với các khách hàng liên tục. Tùy thuộc vào người triển khai để quyết định cách tạo lớp môi giới có thể mở rộng. Các nhà môi giới MQTT đã triển khai thương mại bao gồm HiveMQ, Xively, AWS IoT và Loop. Connection: MQTT được sử dụng bởi các máy khách dựa trên TCP/IP. Cổng tiêu chuẩn được giới thiệu bởi các công ty môi giới năm 1883, không phải là một cổng an toàn. Những nhà môi giới hỗ trợ TLS/ SSL thường sử dụng cổng 8883. Để liên lạc an toàn, khách hàng và nhà môi giới dựa vào chứng chỉ kỹ thuật số. AWS IoT là một trong những triển khai an toàn của MQTT, yêu cầu khách hàng sử dụng chứng chỉ X.509. Message (Thông báo): Là dữ liệu mà một thiết bị nhận được khi đăng ký từ một chủ đề hoặc gửi “khi xuất bản” cho một chủ đề. Topic (Chủ đề): Là điểm cuối mà khách hàng kết nối với một chủ đề trong MQTT, hoạt động như nơi phân phối trung tâm để xuất bản và đăng ký tin nhắn. Trong MQTT, một chủ đề là một vị trí cho nhà xuất bản và người đăng ký và được tạo ra khi chúng ta thiết lập kết nối với nhà môi giới. Chủ đề là các chuỗi phân cấp đơn giản, được mã hóa bằng UTF-8 và phân cách bằng dấu gạch chéo. Người đăng ký có thể chọn đăng ký một chủ đề cụ thể hoặc tất cả các chủ đề phụ thông qua các ký tự đại diện. Subscribe (Đăng ký): Là nơi thiết bị thực hiện để truy xuất thông báo từ người môi giới.
3.3.3. Phương thức hoạt động MQTT
MQTT dựa trên các máy khách (client) và một máy chủ (server), máy chủ là người chịu trách nhiệm xử lý các yêu cầu của client về việc nhận hoặc gửi dữ liệu giữa client và server với nhau. Máy chủ MQTT được gọi là một broker (nhà môi giới) và client chỉ đơn giản là các thiết bị được kết nối. Do đó, khi một thiết bị (một client) muốn gửi dữ liệu cho broker, hoạt động này được gọi là “publish“. Khi một thiết bị muốn nhận dữ liệu từ broker, hoạt động này được gọi là “subscribe”.
Hình 3.6. Các thành phần của MQTT
Ngoài ra, các client này có thể vừa xuất bản (publish) và vừa đăng ký (subscribe) các chủ đề. Vì vậy, các nhà môi giới ở đây có nhiệm vụ xử lý các hành động xuất bản / đăng ký với các chủ đề mục tiêu. Nhược điểm của giao thức này là các Client không thể trao đổi trực tiếp với nhau, tốn tài nguyên Server để duy trì kết nối TCP khi có nhiều Client. Hệ thống truyền thông thế hệ mới dùng giao thức MQTT trên nền TCP (pha 1) hoặc TLS (pha sau). Thiết bị thuộc hệ thống truyền thanh thế hệ mới đóng vai trò là Client (có thể mở rộng lên thành Server trong tương lai nếu có nhu cầu kết nối HOST trực tiếp đến thiết bị). Thiết bị nhận thông tin từ các cảm biến (DOOR, ENV, MOTION…) rồi gửi về MQTT broker bằng cách PUBLISH bản tin. Thiết bị nhận cấu hình, lệnh điều khiển (playback) bằng cách SUBCRIBE các topic. Nội dung các bản tin tương thích với SHUv3. Một điểm khác biệt quan trọng so với SHUv3 là việc lưu trữ các log của thiết bị: khi log được gửi về Server thành công thì sẽ bị xóa khỏi bộ nhớ của thiết bị. Phương thức áp dụng MQTT tham khảo [PL-C].
3.3.4. Phương thức client gửi dữ liệu xuống client khác thông qua broker MQTT
- Mô tả chức năng hệ thống + Xác thực trạng thái của Client. + Xác thực ID khách hàng
+ Xác thực IpAddress
+ Xác thực tên người dùng và mật khẩu
+ Kiểm soát truy cập dựa trên IpAddress, ClientID, Tên người dùng
Máy chủ MQTT (Broker) Máy khách (Client) Máy khách (Client) Máy khách (Client)
+ Kết nối TCP / SSL - Ứng dụng chương trình
Chương trình được dùng để giám sát và hỗ trợ việc gửi bản tin từ một client muốn gửi dữ liệu xuống client khác thông qua broker MQTT.
- Hướng dẫn sử dụng + Môi trường chạy:
Chương trình MQTT được cài đặt hệ điều hành Linux với bản CentOS 6.6. Có thể download CentOS tại địa chỉ: https://www.centos.org/download/
+ Chạy chương trình: Giao diện chương trình như hình bên dưới:
Cấu hình một thiết bị trỏ về địa chỉ server cài đặt Broker với địa chỉ 10.4.200.171 port 1883 ta sẽ được các kết quả giám sát trên giao diện Dashboard như bên dưới.
Xác thực trạng thái của client
Hình 3.8. Xác thực trạng thái client
Xác thực ID khách hàng
Hình 3.9. Xác thực ID khách hàng
Hình 3.10. Xác thức IP Adress thiết bị.
Hình 3.11. Xác thực ngƣời dừng
Kiểm soát truy cập dựa trên IpAddress, ClientID, Tên người dùng
Hình 3.12. Kiểm soát truy cập của client