3. Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, đối tượng khảo sát của đề tài:
4.3.3. Kiến trúc phân lớp theo BUS tích hợp các hệ thống camera
Ở các mục con trên trình bày chi tiết về mô hình logic truyền dẫn kết nối từng nhóm camera về Tung tâm giám sát. Mục con này cung cấp các mô tả liên quan đến kiến trúc tích hợp theo phân lớp các BUS kết nối có tính chất logic (abstract).
Sau khi việc truyền dẫn vật lý được thông tuyến như các mô hình logic đã trình bày ở các mục con trên, việc tích hợp các thiết bị đầu cuối camera có thể được tích hợp theo các lớp BUS như minh hoạ ở Hình 4.12. Mô hình BUS được tổ chức theo kiến trúc ngang và dọc.
Đối với kiến trúc phân lớp ngang, được tổ chức thành 04 lớp BUS gồm: BUS Core, BUS máy chủ (BUS server layer), BUS truy cập NVR (BUS NVR access layer), BUS truy cập camera (BUS Camera access layer). Trong đó,
- BUS Core: Là tuyến các tuyến truyền dẫn để kết nối các máy chủ tại Trung tâm giám sát và các máy chủ đặt phân tán. BUS Core có thể bao gồm các mạng vật lý sau: mạng máy chủ đặt tại Trung tâm giám sát hoặc mạng lõi của Mạng đô thị (để kết nối đến máy chủ được bố trí theo mô hình đã nêu ở Hình 4.3). Việc kết nối tập trung về Trung tâm giám sát đòi hỏi các thiết bị đề phải bảo đảm có kết nối truyền dẫn đến BUS core.
- BUS máy chủ: Về hiện trạng, các hệ thống như GT-CCTV, CA-CCTV có tính độc lập so với hệ thống hình thành sau khi kết nối với nhau (Hệ thống mới hình thành ở Hình 4.3. Chẳng hạn, hệ thống GT – CCTV đã có hệ thống máy chủ và phần mềm quản lý VMS tương ứng để quản lý 02 nhóm camera (camera Pelco và camera Cadpro của 02 hãng cung cấp khác nhau). Các hệ thống máy chủ và phần mềm VMS này hình thành một lớp tích hợp gọi mà ở đây gọi là BUS máy chủ.
- BUS truy cập NVR: ngoài việc truy cập đến hệ thống máy chủ tập trung hiện có của các nhóm camera, tồn tại phương án tích hợp tại các thiết bị tập trung lớp biên. Thiết bị tập trung lớp biên có thể là máy trạm hoặc thiết bị NVR chuyên dụng. Ở đây, do tính phổ biến của thiết bị NVR nên nhóm nghiên cứu dùng tên NVR để đại diện cho lớp BUS này.
- BUS truy cập camera: một thiết bị camera có thể phát ở chế độ RSTP đa luồng. Về mặc định luôn luôn có một luồng RSTP kết nối đến BUS máy chủ của từng hệ thống máy chủ. Ví dụ, hệ thống GT – CCTV thì các camera kết nối nội bộ vào máy chủ của hệ thống GT – CCTV. Tương tự hệ CA – CCTV có các camera kết nối vào hệ thống máy chủ thuộc CA – CCTV.
Kiến trúc BUS dọc là các tuyến kết nối thực hiện kết nối toàn bộ các lớp BUS ngang. Về mặt vật lý, các BUS dọc chính là việc định tuyến làm sao địa chỉ IP của thiết bị tại các lớp có thể thông tuyến với các máy chủ tập trung tại Trung tâm giám sát. Căn cứ mô hình kết nối truyền dẫn ở Hình 4.5, có thể có 02 trục dọc để bảo đảm liên kết dọc: Trục VLAN nội bộ của mạng đô thị thành phố được thông tuyến đến các mạng nội bộ khác (mạng VPN của Công an thành phố, mạng nội bộ của ngành giao thông) và Trục kết nối trên nền tảng kết nối Internet.
- Trục VLAN nội bộ: Trên nền tảng mạng ngoại vi là Mạng đô thị thành phố, có thể hình thành các VLAN hoặc các kỹ thuật MPLS Pseudowire, VPN
Routing, v.v…4 để nhóm các thiết bị vào cùng mạng cục bộ và được thông tuyến với BUS – Core. Để ngắn gọn, ở đay chọn VLAN làm tên gọi đại diện cho trục này. Về mặt truyền dẫn vật lý, để tích hợp hai mạng khác nhau (ví dụ mạng của ngành giao thông với Mạng đô thị thành phố) đòi hỏi phải thiết lập các Gateway giữa hai mạng.
- Trục Internet: các thiết bị thuộc nhóm tính phân tán quá cao như hệ XH–CCTV (người dân), việc tích hợp thông qua môi trường Internet là lựa chọn duy nhất để tích hợp các thông tin cung cấp từ BUS – truy cập camera, BUS máy chủ, BUS – NVR.
Việc phân lớp các BUS kết nối như trên dẫn đến có 03 phương án tích hợp từ các BUS ngang lên BUS – core. Bảng 4.8 mô tả chi tiết và đánh giá ưu điểm, nhược điểm của việc tích hợp từ các BUS kiến trúc ngang vào BUS- Core. Phân tích cho thấy, việc tích hợp từ BUS – truy cập camera ít gây ảnh hưởng và tác động vào hệ thống CCTV hiện tại của các ngành nhất. Qua đó có tính khả thi cao nhất.
Phương án tích hợp từ BUS truy cập NVR có tính khả thi cao thứ hai. Phương án này có ưu điểm giảm băng thông sử dụng so với phương pháp thư nhất và lại có lưu trữ biên, giúp giảm tải cho việc ghi thông tin của hệ thống trung tâm. Phương án này cần được ưu tiên tại những nơi, thiết bị tương thích với hệ thống VMS tập trung xây dựng mới.
Phương án tích hợp từ BUS máy chủ có tính khả thi rất thấp do hai trở ngại lớn. Trở ngại thứ nhất là vấn đề tương thích về mặt kỹ thuật giữa hệ thống VMS hiện có giữa các ngành với hệ thống VMS xây dựng mới, giữa tổ chức cơ sở dữ liệu hiện có với VMS mới. Trở ngại thứ hai là chính sách quản lý của các ngành, đặc biệt liên quan đến chính sách bảo mật cơ sở dữ liệu, lưu
4 Các kỹ thuật VPN Routing, MPLS pseudowire được nêu ở mô hình kiến trúc về an toàn an ninh thông tin ở chương sau.
trữ, v.v… Mặc dù vậy, phương án này vẫn được đưa vào danh sách phương án thực hiện (nếu hai trở ngại trên có thể giải quyết).
4.3.4.Các giải giải pháp mở rộng để tích hợp các thiết bị IOT vào hệ thống[ CITATION CRa20 \l 1066 ]
Các lĩnh vực giám sát có thể tích hợp vào Trung tâm giám sát được mô tả như Hình 4.19, bao gồm các lĩnh vực chính sau:
- Hệ thống thiết bị cảm biến IOT của lĩnh vực giao thông. - Hệ thống thiết bị cảm biến IOT của lĩnh vực an ninh trật tự.
- Hệ thống thiết bị cảm biến IOT của lĩnh vực phòng chống thiên tai. - Hệ thống thiết bị cảm biến IOT của lĩnh vực cấp điện.
- Hệ thống thiết bị cảm biến IOT của lĩnh vực an toàn thực phẩm. - Hệ thống thiết bị cảm biến IOT của lĩnh vực môi trường.
- Hệ thống thiết bị cảm biến IOT của lĩnh vực giáo dục. - Hệ thống thiết bị cảm biến IOT của lĩnh vực y tế. - Hệ thống thiết bị cảm biến IOT của lĩnh vực khác.
Hình 0.123. Các lĩnh vực ứng dụng IOT tích hợp vào Trung tâm giám sát
Về mặt mô hình kết nối, nhóm nghiên cứu lựa chọn mô hình lai ghép IP- Gateway và mô hình Router là mô hình kết nối chủ đạo để tích hợp các hệ thống IOT trên địa bàn thành phố vào Trung tâm giám sát. Mô hình lai ghép được minh hoạ ở Hình 4.20. Lý do không sử dụng mô hình truyền tin hợp tác do mô hình này có độ trễ cao và chất lượng truyền dẫn không thể kiểm soát, đặc biệt kiến trúc này chỉ phù hợp ở môi trường hạn chế khó khăn trong triển khai kết nối. Hơn nữa, hiệu quả kiến trúc Mesh (sử dụng phổ biến trong truyền tin hợp tác) vẫn đang là vấn đề lớn khi ứng dụng thực tế.
Hình 0.14. Mô hình kết nối các thiết bị IOT
Về công nghệ truyền dẫn, nhóm nghiên cứu đề xuất các công nghệ sau: - Công nghệ LoRa: Lý do công nghệ này có độ phủ rất rộng và sử dụng tần số miễn phí ở băng ISM (công nghiệp – khoa học và y tế: Industry – Science – Medical). Công nghệ này có vùng phủ lên đến 10km với thiết bị Gateway công suất phát sóng 20W. Thiết bị IOT sử dụng LoRa sử dụng công suất cực thấp, cho phép tích hợp các loại pin công nghiệp, và thời gian sử dụng pin lâu.
- Công nghệ Zigbee: sử dụng chung tần số với Công nghệ Wifi phù hợp với bán kính phủ sóng từ 150 đến 200m; các giao thức truyền dẫn của Zigbee cho phép sửa lỗi truyền dẫn rất mạnh, phù hợp cho các thiết bị IOT có yêu cầu điều khiển cao. Công nghệ Zigbee đã được sử dụng rộng rãi và được đánh giá hiệu quả trên các thiết bị thương mại.
- Công nghệ UMTS/LTE-NB (NB – IOT): công nghệ này đã được các nhà mạng thông tin di động.
Trong mô hình kiến trúc này, Trung tâm giám sát, điều hành, ra quyết định chính. Trung tâm giám sát sẽ kết nối với mạng đô thị thành phố. Các công ty cung cấp dịch vụ viễn thông sẽ kết nối đến mạng đô thị thành phố. Các thiết bị, cảm ứng IOT sẽ kết nối về trung tâm qua mạng đô thị thành phố, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hoặc qua kết nối trực tiếp.
Chi tiết kết nối truyền dẫn đến các thiết bị IOT cuối trực tiếp trong mạng đô thị thành phố được mô tả ở Hình 4.15. Theo đó các thiết bị IOT sẽ kết nối ở các biên truy cập ở các nút thành viên (xã phường, các cơ sở giáo dục, v.v… đã kết nối vào Mạng đô thị thành phố) thuộc Mạng đô thị thành phố. Thiết bị sẽ kết nối đến các IP-Gateway hoặc đến các Router mạng biên.
Hình 0.15. Sơ đồ kết nối đến các thiết bị IOT mạng đô thị
Nhánh kết nối thông qua mô trường Internet đối với các thiết bị IOT khác được thực hiện kết nối đến Router của Trung tâm giám sát như mô tả ở Hình 4.16.
Hình 0.16. Sơ đồ kết nối đến các thiết bị IOT công ty viễn thông
Hình 0.17. Sơ đồ kết nối đến các thiết bị IOT khác