n nay, công ngh LoRa còn khá m i m ng IOT
Hiệ ệ ớ ẻ ở Việt Nam. Xu hướ ở Việt
Nam đang bắt đầu phát tri n và công ngh ể ệ được s d ng ph bi n nh t v n là wifi, 3G/4G, ử ụ ổ ế ấ ẫ zigbee, …Hiệ ạ ởn t i nư c ta vớ ẫn chưa có mộ ựt d án IOT nào s d ng công ngh LoRa ử ụ ệ được triển khai và đưa vào thự ếc t . Vi c s dụng băng tầệ ử n của LoRa cũng chưa được B ộ Thông Tin và Truy n Thông c p phép s dề ấ ử ụng. Đây là một công ngh r t mệ ấ ới ở Việt Nam và vì v y vi c s d ng công ngh ậ ệ ử ụ ệ này đang ở ức độ m nghiên c u và phát tri n tứ ể ại các phòng Lab của các trường đạ ọi h c. Mới đây, tập đoàn công nghệ ễ vi n thông quân đội Viettel cũng đang quan tâm và phát tri n công ngh này t i Vi t Nam. ể ệ ạ ệ
4.2 Băng tần LoRa tại Vi t Nam ệ
Băng tần s d ng LoRa ử ụ ở Việt Nam được b Thông tin và Truyền thông quy định ộ qua thông tư: Quy định danh m c thi t b vô tuyụ ế ị ến điện được mi n gi y phép ễ ấ s d ng t n s vô tuy n ử ụ ầ ố ế điện, điều ki n k thuệ ỹ ật và khai thác ngày 26 tháng 12 năm 2016.[17]
u ki n k i v i thi t b dùng trong m
Theo đó, điề ệ ỹ thuật và khai thác đố ớ ế ị ục đích
chung được mi n gi y phép s d ng t n s vô tuyễ ấ ử ụ ầ ố ến điện khi tho mãn các yêu c u: ả ầ - Băng tần 918 923 MHz, công su t phát ho– ấ ặc trường t từ ối đa của thi t b ế ị
25 Wm . Đoạn băng tầ ừn t 918 – 918.4 MHz đượ ử ụng làm băng tầc s d n b o v ả ệ h ệ thống thông tin vô tuyến điện s dử ụng băng tần li n k . T ề ề ổ chức, cá nhân có liên quan không cài đặt thi t bịế hoạt động ở đoạn băng tần này
Theo như yêu cầu trên, ta thấy LoRa được phép s d ng d i t n s t 918.5 ử ụ ở ả ầ ố ừ MHz đến 923 MHz vì công su t phát cao nh t là 14dBm (25mW), tho ấ ấ ả mãn quy định trên.
4.3 D án Airmap s d ng module LoRa M2B ự ử ụ
4.3.1 Khái quát v d án ề ự n bi
Nhậ ết được xu hướng phát tri n c a công ngh , lab SPARC c a th y Hàn Huy ể ủ ệ ủ ầ Dũng cũng có các nhóm sinh viên th c hi n nghiên c u và tri n khai d án IOT s d ng ự ệ ứ ể ự ử ụ công nghệ LoRa. Trong đó có dự án Airmap b– ản đồ ấch t lư ng không khí t i Hà N i ợ ạ ộ
Hà N i luôn n m trong top 10 thành ph ô nhi m không khí nh t th gi i theo ộ ằ ố ễ ấ ế ớ như trang đánh giá ch s ô nhi m không khí aqicn.org d a trên các ch s ố ễ ự ố không khí như nồng độ CO2, SO2, b i PM2.5, Ozone, NO2. Tuy nhiên s ụ ố trạm quan tr c không khí tắ ại Hà N i r t ít vì vộ ấ ậy đòi hỏ ầi c n có nhi u trề ạm đo không khí để có th ể theo dõi và đánh giá m t cách chính xác mộ ức độ ô nhi m không khí t i Hà N i ễ ạ ộ
T ừ ý tưởng trên nhóm nghiên cứu đã thực hi n d án Airmap bệ ự – ản đồ chất lượng không khí tại Hà Nội, một dự án IOT s d ng công ngh truy n nh n LoRa ử ụ ệ ề ậ
4.3.2 T ng quan h ổ ệ thống
Hình 4.1: Sơ đồ khố ệ thối h ng Hình 4.1 miêu tả tổng quát các phần của hệ thống:
Các trạm đo gồm các cảm biến không khí CO2, SO2, bụi PM2.5, PM10 được đo đạc, xử lý bằng vi điều khiển STM32, sau đó dữ liệu sẽ được truyền bằng công nghệ LoRa lên một trạm Gateway. Gateway chuyển dữ liệu lên Server để lưu trữ. Server trả
về API để hiển thị các thông tin về ch số chất lượng không khí (AQI) lên app trên điện thoại hoặc hiển thị lên website.
4.3.2.1 Ch s AQI ỉ ố
Air Quality Index (AQI) là ch s ố chấ lượng không khí, đượt c tính b ng trung ằ bình c ng c a các ch s nộ ủ ố ồng độ các khí: SO2, NO2, CO, O3, b i PM2.5 và PM10, ụ nh m cho bi t tình tr ng chằ ế ạ ất lượng không khí và mức độ ảnh hưởng đến s c kh e con ứ ỏ người, được bi u di n qua mể ễ ột thang điểm theo 6 mức độ v i 6 màu s c khác nhau t tớ ắ ừ ốt (good) đến nguy hi m (hazardous) ể theo như bảng 4.1 dưới đây.
B ng 4.1: Ch s ả ỉ ố AQINhóm điểm Chất lư ng ợ Nhóm điểm Chất lư ng ợ không khí Ảnh hưởng s c kh e ứ ỏ Màu cảnh b áo 0-50 T t ố Không ảnh hưởng
51-100 Trung bình Không ảnh hưởng
101-200 Kém
Nhóm nh y c m nên gi i h n thạ ả ớ ạ ời gian bên ngoài
201-300 X uấ
Nhóm nh y c m không nên ra ngoài, ạ ả những người khác nên h n ch ra ạ ế ngoài
>300 Nguy h i ạ Mọi người nên trong nhà ở 4.3.2.2 Phương pháp tính toán chỉ ố AQI s
T i m i tr m AQI s ạ ỗ ạ ẽ được tính cho t ng ch t theo 2 lo i là AQI theo gi và AQI theo ừ ấ ạ ờ ngày. Công th c tính AQI theo gi cứ ờ ủa chất i:
*100 h h i i h i C AQI S = (4.1)
h i
C : Nồng độ trung bình của chất i
h i
S : Tiêu chuẩn môi trường cho phép c a chất I ủ AQI theo t ng lo i s có giá tr trung bình c ng các giá tr AQI c a các tr m thu c cùng ừ ạ ẽ ị ộ ị ủ ạ ộ
m t lo i. Ví d có 4 trộ ạ ụ ạm ven đường thì AQI ven đường giao thông s ẽ được tính như sau:
4
DO HB TN BC
GT
AQI AQI AQI AQI
AQI = + + + (4.2)
So sánh AQI max c a t t c các thông s trong tr m, giá tr AQI nào l n nh t s là ch ủ ấ ả ố ạ ị ớ ấ ẽ s ố chất lượng không khí của trạm quan trắc tương ứng trong ngày.
( )
i i i
AQI =Max AQI (4.3)
Để có th tính toán ch s AQI chính xác thì b ể ố ộ tài nguyên và môi trường Việt Nam đã đưa ra bảng quy định tiêu chu n nẩ ồng độ các khí như bảng 4.2
B ng 4.2 Tiêu chu n các nả ẩ ồng độ ại Việ t t Nam
STT Thông số Trung bình 1giờ Trung bình 8 giờ Trung bình 24 giờ
1 CO 40 10 5 2 NO2 0,4 - 0,1 3 SO2 0,5 - 0,3 4 Pb - - 0,005 5 O3 0,2 - 0,06 6 B i ụ 0,3 - 0,2
Cấu trúc 1 node: CO2 sensor SO2 sensor PM2.5 sensor PM10 sensor Temperature & Huminity STM32 Microcon troller LoRa M2B UART UART ADC UART UART Hình 4.2: C u trúc 1 nodeấ
Hình 4.2 miêu tả khái quát cấu trúc của 1 node hay 1 trạm đo không khí bao gồm các thành phần như sau:
− Khối nguồn: sử dụng IC LM7805 và AMS1117 cung cấp điện áp 5V và 3.3V − Khối cảm biến: sử dụng cảm biến SO2, NO2, nhiệt độ, độ ẩm, bụi PM2.5 và
PM10
− Khối truyền dữ liệu: sử dụng module LoRa M2B − Khối vi điều khiển: sử dụng STM32F103
4.3.3 Module LoRa M2B
Module LoRa M2B là một sản phẩm của công ty TNHH truyền thông M2B Tsutsumi được công ty phát triển và thử nghiệm cho các hệ thống ở châu Á và châu Phi, trong các lĩnh vực về nông nghiệp, chăn nuôi, phòng chống thiên tai bằng việc thu thập
dữ liệu từ các cảm biến và gửi về server phân tích. Sản phẩm hướng tới sử dụng ở các vùng núi hay vùng đảo, nơi kết nối 3G, LTE hay Enthernet còn hạn chế.
Hiện tại sản phẩm của công ty đang trong quá trình thử nghiệm và được cung cấp cho nhóm sinh viên thực hiện dự án Airmap của thầy Hàn Huy Dũng để triển khai một hệ thống IOT hoàn ch nh.
Hình 4.3: C u trúc c a module M2Bấ ủ
Hình 4.3 mô tả cấu trúc của module M2B bao gồm vi xử lý STM32L151 và chip điều chế Lora Semtech SX1276 là chip thuộc họ SX12xx đã được miêu tả chi tiết ở chương 2.
Hình 4.4: B ng thông s k ả ố ỹ thuật của module M2B
Hình 4.4 mô t chi ti t các thông s k ả ế ố ỹ thuậ ủt c a module LoRa M2B. Băng tần hoạt động là 902 ~ 928Mhz, tốc độ truy n d ề ữ liệu tối đa là 5469 bps, giao tiếp qua UART, công suất tối đa 19 dBm ở 915Mhz.
4.3.4 Kiểm tra truyền nhận b n tin LoRa M2B và Multiconnect ả
4.3.4.1 Kiểm tra kho ng cách ả truyền nh n module M2B và Multiconnect ậ 4.3.4.1.1 Điều ki n thệ ực nghiệm
- Ngày 15/04/2017, th i ti t test ờ ế không mưa, nhiều mây. Nhiệt độ 25 độ C, độ ẩm 62%.
- Đối tượng dùng để test: Lora M2B và Multiconnect 4.3.4.1.2 Thiết lập tham s ố cho các module
a) Lora Multitech
- T n s phát Lora: 868 Mhz ầ ố
- Công suất phát c a node Lora: 11 dBm ủ - Tốc độ truy n d u: 1.76 kpbs ề ữ liệ
b) Lora M2B
- T n s phát 920 Mhz ầ ố
- Công suất phát c a node Lora: 19 dBm ủ - Tốc độ truy n d u: 5.47 kbps ề ữ liệ 4.3.4.1.3 Cách th c ti n hành ứ ế
t Gateway t i t n T Quang B i H c Bách Khoa
Bước 1: Đặ ạ ầng 11 thư việ ạ ửu – Đạ ọ
Hà Nội.
t Lora trên xe máy và cho xe ch y v i v n t c 20km/h, xung quanh
Bước 2: Đặ ạ ớ ậ ố
Hà Nội, theo tuyến đường đã được định trước.
Bước 3: Cho Lora g i tín hiử ệu đi với th i gian là 10s m t lờ ộ ần, đồng th i ghi l i ờ ạ các giá trị GPS t i tạ ừng th i điờ ểm g i d liử ữ ệu.
Bước 4: Tín hi u nệ ếu Gateway thu đượ ẽc s đư c g i lên Server đ ợ ử ể lưu lại. Bước 5: L y tín hiấ ệu thu được trên Server, ki m tra nó v i thể ớ ời gian lưu giá trị GPS tại node, l y các d li u v ấ ữ ệ ề GPS đó và vẽ lên bán kính tín hi u. ệ
D a vào hình 4.5 ta ự thấy r ng d ằ ữ liệu thu đượ ốc t t nh t là quanh khu v c Bách ấ ự Khoa, tín hi u xa nhệ ất thu được cách gateway khoảng 9 km. Điều này có th lý giể ải bởi vì độ dài tín hi u c a LoRa M2B truyệ ủ ền đi ngắn, ch có 22 byte và tốc độ truyền cũng chậm hơn dẫn đến kho ng cách truyền khá xa. Tuy nhiên cũng bởi vì tốc độ truy n chả ề ậm dẫn đến kh ả năng mất gói tin tr lên caoở . Như hình 4.5 ta có thể thấy ở các khu vực thoáng và ít v t cậ ản như cầu Vĩnh Tuy như phía bến xe Giáp Bát thì thu được k t quế ả, còn phía chợ Mơ, Time City thì không có tín hiệu.
Hình 4.6: Kết quả test kho ng cách ngày 15/4/2017 c a Lora Multitech ả ủ
K t qu test vào ngày 15/4/2017 vế ả ới Lora Multitech được th hi n trên hình 4.6 ể ệ trong đó các điểm đánh dấu xanh là các điểm tại đó thu được tín hiệu Lora. Nhìn vào đó ta có th thể ấy vùng tín hi u c a Lora khá xa tầệ ủ m 3km. Khu v c phía Xã Đàn thì tín hi u ự ệ kém hơn do phía sau Gateway có m t bộ ức tường ch n sóng, tuy nhiên khu v c h ắ ự ồ Đền L tín hiừ ệu thu được khá kém mà tại đó không bị chắn bởi các tòa nhà cao. Khu v c xa ự nh t mà v n nhấ ẫ ận được tín hi u là t i chân cệ ạ ầu Vĩnh Tuy (5km). Tín hiệu thu đượ ừc t Lora khá ổn định t i các khu v c xa, không b chênh l ch quá nhi u. ạ ự ị ệ ề
So sánh k t qu l n này c a LoRa Multitech so v i LoRa M2B c a d án Airmap, ế ả ầ ủ ớ ủ ự ta th y r ng: kh ấ ằ ả năng truyền gói tin c a LoRa Multitech r t t t, tủ ấ ố ốt hơn nhiều so với LoRa M2B. Các điểm xanh đánh dấu v trí gói tin truyền đượị c với cùng 1 điều ki n thì ệ dày đặc hơn so với LoRa M2B. Tuy nhiên kho ng cách xa nh t LoRa Multitech có th ả ấ ể truyền được là 6km trong khi v i LoRa M2B là 9km. ớ
ng l
Không dừ ại ở đó, nhóm tiế ục đi kiểp t m tra l i vào ngày 30/4/2017 v i mong ạ ớ muốn s ẽ thu được kết qu tả ốt hơn.
Hình 4.7: Bản đồ ế k t qu ả kiểm tra kho ng cách truy n c a 2 module LoRa Multitech ả ề ủ và LoRa M2B
K t qu ki m tra truy n nh n l i c a c ế ả ể ề ậ ạ ủ ả 2 module LoRa được th hi n b ng b n ể ệ ằ ả đồ n hình 4.7. Bên trái là ktrê ết qu c a LoRa Multitech, bên ph i là c a LoRa M2B. ả ủ ả ủ Ta có th ể thấy ở ầ l n ki m tra th 2 này LoRa M2B có k t qu ể ứ ế ả tương tự ầ l n 1, tuy nhiên LoRa Multitech l i có s c i thiạ ự ả ện đáng kể khi v n gi ẫ ữ được t l m t gói th p và kho ng ệ ấ ấ ả cách truy n nh n xa nhề ậ ất đã lên tới 9km, tương đương với LoRa M2B.
V i lớ ần đo lại này, ta có th ể thấy ưu điểm vượt tr i c a 1 s n phộ ủ ả ẩm đã thương mại hoá như LoRa Multitech và sản phẩm còn đang trong quá trình thử nghiệm như LoRa M2B.
4.3.4.2 Kiểm tra mất gói bản tin 4.3.4.2.1 Điều ki n thệ ực nghiệm
- Đối tượng dùng để test: Lora M2B - Thời tiết không mưa, trời nắng
4.3.4.2.2 Thiết lập tham s ố
- Tốc độ truy n d u: 5,47 kbps ề ữ liệ - Công suất phát: 19dBm
- T n s phát: 920 Mhz ầ ố 4.3.4.2.3 Cách th c ti n hành ứ ế
Bước 1: Đặt Gateway l i tạ ầng 11 thư viện T Quang Bạ ửu Đạ ọi h c Bách Khoa Hà N i. ộ Bước 2: Cho node Lora M2B di chuy n trên xe máy v i v n t c 20 km, trong quá trình ể ớ ậ ố đó Lora vẫn liên t c truy n b n tin. ụ ề ả
Bước 3: Tiến hành đếm s b n tin nhố ả ận được, so sánh v i t ng s b n tin gớ ổ ố ả ửi đi để tính t ng s b n tin b m ổ ố ả ị ất.
Bước 4: Để đánh giá số ợ lư ng m t gói tin, nhóm l y k t qu ấ ấ ế ả thu đượ ại hai điểm đó là c t tại khu vực Xã Đàn và khu vực hồ Đền L . ừ
Hình 4.8: Khu vực chọn để tính toán s gói tin b m t ố ị ấ
4.8 là các khu v c nhóm l a ch tính toán gói tin b m t. Hai khu v
Hình ự ự ọn để ị ấ ực
này được đánh dẩu như trên bản đồ. Lý do mà nhóm ch n ai khu vọ ực này để ử x lí k t ế qu cho mả ất gói tin đó là do 2 khu vực này g n vầ ới điểm đặt Gateway- Bách Khoa, tuy nhiên tín hiệu thu được từ hai khu v c này khá ít. Khu vự ực Xã Đàn thì thì bị chắn b i 2 ở
bức tường ngay sau Gateway, còn khu v c h ự ồ Đền L có nhiừ ều chung cư che chắn, ch n ọ hai điểm này giúp kiểm tra độ ấ m t gói c a Lora M2B khi b c n tr . Riêng t i khu v c ủ ị ả ở ạ ự h ồ Đề ừn l thì nhóm th nghi m vử ệ ới hai lần phát.
4.3.4.2.4 K ết quả
Kết quả test mất gói tin được thể ệ hi n trong b ng 4.3: ả
B ng 4.3: B ng kả ả ết thử nghiệm mất gói tin ngày 30/4/2017 STT Địa đi m ể Thời gian
bắ ầt đ u g i ử Thời gian kết th c gửú i T ng s ổ ố gói gửi đi S gói ố nh n ậ được S gói ố m t ấ 1 Đền L ừ 14:58:43 15:44:06 273 137 136 2 Đền L ừ 16:35:00 16:41:24 39 10 29 3 Xã Đàn 16:51:00 16:59:03 50 15 35 l u tiên, khu v c h n L m b u tính là 14 gi 58 phút
Ở ần test đầ ự ồ Đề ừ thời điể ắt đầ ờ
43, th i gian k t thúc là 15 gi 44 phút 06. Trong kho ng thờ ế ờ ả ời gian đó tổng s gói tin gố ửi đi là 273 gói, nhưng ch nhận đượ ạc t i Gateway có 137 gói tức là đã mất 136 gói. Ti p ế theo v n ẫ ở khu v c này gửi đi 39 gói tin thì nhậự n v ề được 10 gói tin mất đi tới 29 gói tin. Và cu i cùng là test t i khu vố ạ ực Xã Đàn, nhóm cho gửi đi tấ ả là 50 gói tin nhưng cht c thu v ề được 15 gói tin, m t t i t n 35 gói tin. Do ph i di chuy n nhi u, th c hi n nhi u ấ ớ ậ ả ể ề ự ệ ề