4.1. Mô hình hệ thống
Trong mô hình triển khai này, nhóm triển khai hệ thống với 3 tầng bao gồm: Cloud, Edge, và Device. Với mô hình 3 tầng giúp cho việc quản lý và phân chia công việc được dé dang hơn cũng như việc giảm tải cho các tầng thấp hơn một cách đảm
bảo an toàn hơn.
Với những tinh năng bảo mật tốt của IoTex Blockchain mang đến đi kèm với đó
là các cơ chế mã hóa đữ liệu và cơ chế đồng thuận dé xác thực dữ liệu một cách minh bạch va chặt chẽ. Sử dung Blockchain fullnode tại tầng Cloud và triển khai Blockchain light node tại các thiết bị cận biên tai tang Edge cho phép nhóm tạo ra một cơ sở đữ liệu phân tán và bảo mật. Mỗi thao tác tái cau hình được ghi lại và xác nhận bởi các nút mạng trên Blockchain, không thê bị thay đổi hay xóa bỏ một cách trái phép. Điều này giúp tăng tính toàn vẹn và tin cậy cho quá trình quản lý tái cấu hình. IoTex Blockchain cũng cung cấp khả năng theo dõi và tra cứu lich sử các thao tác tái cau hình trước đó. Bang cách truy xuất vào Blockchain, người dùng và quản trị viên có thể xem được tất cả các thay đổi đã được thực hiện trên hệ thống và xác
minh tính chính xác của chúng.
Sending Image
fd a new inne Hash the i hashed to BC
Cloud user ———Ê*”'432**'"292 __, New image ———“""""5°, Image Hashed —~—~"""__, forex Blockchain
18
Hơn nữa, việc sử dụng Blockchain trong lĩnh vực lưu trữ và quản lý thao tác tái
cấu hình cũng giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào một bên thứ ba trung gian. Thay vì tin tưởng vào một tô chức trung gian đẻ duy trì và bảo vệ dữ liệu, Blockchain cho phép IoTex và người dùng giữ quyền kiểm soát độc lập và bảo mật dữ liệu của mình.
Việc xây dựng nút (node) IoTeX Blockchain tại tang Cloud trong mô hình triển khai với 2 node được sử dụng trên hai máy ảo VPS trên nền tảng OpenStack là một
bước quan trọng trong việc tạo ra một mạng Blockchain đáng tin cậy và bảo mật. Cụ
thể hơn, nhóm đã triển khai 2 máy ảo VPS với câu hình RAM 4GB, bộ nhớ 60GB với hệ điều hành Ubuntu 22.04 giúp đảm bảo các thư viện cũng như các gói hỗ trợ được tốt nhất.
Việc triển khai nút IơTeX Blockchain trên tang Cloud cho phép chúng ta tận dung các lợi ích của việc sử dụng mô hình điện toán đám mây. OpenStack là một nền tảng quản lý hạ tầng điện toán đám mây mở, cung cấp cho chúng ta khả năng tạo và quản
lý các máy ảo (VPS) dễ dàng. Bằng cách sử dụng OpenStack, chúng ta có thể tạo ra các máy ảo VPS và câu hình chúng dé trở thành các node IoTeX Blockchain.
Mô hình triển khai với 2 node trên 2 máy ảo VPS cung cấp một cấu hình mạng phân tán, giúp tăng cường tính bảo mật và khả năng chịu lỗi của mạng Blockchain. Các node này có thể được cấu hình để hoạt động như các node gốc (root node) hoặc các node nhẹ (light node), tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thé của mạng.
Mỗi node IoTeX Blockchain sẽ được cài đặt từ source code dé tham gia vào
mạng. Các node này sẽ thực hiện các chức năng quan trọng như xác nhận giao dịch,
tạo khối mới, và thực hiện các hoạt động bảo mật. Cấu hình của mỗi node sẽ bao gồm các thông số như địa chỉ IP, công kết nối, và khóa riêng tư dé dam bảo tính toàn ven
và bảo mật của mạng.
Khi các node được khởi chạy trên hai máy ảo VPS, chúng sẽ kết nối với nhau thông qua mang đề hình thành một mạng Blockchain phân tán. Việc sử dụng hai node cho phép chúng ta tạo ra một mạng Blockchain có tính sẵn sàng cao, vì khi một node gặp sự cố, node còn lại vẫn có thé tiếp tục hoạt động.
19
Để dam bảo tính ồn định và tin cậy của hệ thống, các node IoTeX Blockchain cần
được theo đõi và quản lý. Các công cụ quản lý và giám sát có thể được triển khai để kiểm tra trạng thái hoạt động, hiệu suất và bảo mật của các node. Khi phát hiện sự có, các biện pháp khắc phục và bảo trì cần được thực hiện để đảm bảo mạng Blockchain hoạt động ổn định và liên tục.
Trong quá trình tái cấu hình, người dùng cần xây dựng một Image đề gửi đến các node ở phần Edge Device nhằm thực hiện thao tác tái cấu hình. Đồng thời cùng lúc này, các thông tin về Image quan trọng như ID, thời gian tạo ra Image, và danh tính chủ sở hữu sẽ được ứng dung Dapp do nhóm thiết kế tạo ra dé gửi thông tin đó đến Blockchain Local nhằm mục đích lưu trữ giúp các Edge Node có thé gửi tín hiệu so
sánh Firmware hoặc Image với dữ liệu được cập nhật trong Blockchain. Với việc lưu
trữ thông tin Image vào trong Block giúp bảo mật thông tin ngăn chặn được việc thay
đổi thông tin của Image làm sai lệch việc so sánh của Edge Network. Khi người dùng tạo ra một Image, các thông tin như ID và thời gian tạo ra được kết nối mật thiết với
nó. Thông qua quá trình mã hóa và chữ ký điện tử, Image củng với các thông tin này
được gửi đến Blockchain IoTex. Mỗi giao dịch trên Blockchain được xác minh bởi
các nút mạng, đảm bảo tính toàn vẹn của đữ liệu.
20
4.2. Mô hình dịch vụ triển khai trong hệ thống
a
Cloud Communication
Smart Contract
TCP Socket Service Ethernet
Libelium Wifi Pro
Hình 4.2: Mô hình dich vụ triển khai trên hệ thống Trong phan nay, tôi trình bày về những dich vu sẽ triển khai trong hệ thống.
Tai tang Device, tôi triển khai dịch vụ TCP Client giúp Libelium Smart City Pro Wifi có thé liên kết đến tang Edge bằng TCP socket. Về mặt phần cứng tôi sử dụng một module Libelium Wifi giúp bộ cảm biến có thê giao tiếp với Edge bằng truyền
thông không dây.
Tầng Edge, được xây dựng một bản phối nhẹ hơn của Kubernetes là K3S giúp đảm bảo không bị tắc nghẽn va nâng cao tính sẵn sàng của hệ thống. Tại đây tôi triển
21
khai hai dịch vụ chính: Smart Contract và TCP Socket Service. Với Smart Contract
được triển khai trên Edge giúp việc tương tác với hệ thống Blockchain nhằm lấy mảng băm từ hệ thống dé so sánh trở nên thuận tiện và dé dàng hơn, và cũng dé tương tác với Block và cập nhật ID, Version và thời gian Update Firmware từ Device Node. Về dich vụ TCP Socket Service, được triển khai dé tao ra một TCP Server nhằm giúp cho các Node có thé tương tác với Edge dé dàng hon.
Đến với tầng Cloud, tại đây là nơi nhóm triển khai một hệ thống Blockchain IoTex với 2 Node VPS để tạo ra một môi trường Blockchain liên kết với mạng Testnet của IoTex Blockchain. Tại đây tôi triển khai một hợp đồng thông minh khác dé lưu trữ chuỗi băm do người dùng gửi đến. Và triển khai Web3 dé cung cấp cho người dùng một môi trường kiểm soát và truy xuất một số thông tin về Smart Contract như Gas Price hoặc giá trị IOTX phải chi trả cho mỗi hợp đồng.
4.3. Libelium Smart City Pro
Dé thu thập dữ liệu cảm biến môi trường như: nhiệt độ, độ âm, ánh sáng, tiếng
ồn, NO2, O2,... Nhóm sử dụng bộ cảm biến Libelium Smart City Pro Wifi là một giải pháp tiên tiến trong lĩnh vực các thành phó thông minh. Với khả năng kết nồi Wifi và tích hợp nhiều loại cảm biến khác nhau, bộ cảm biến này mang đến nhiều ưu điểm đáng chú ý.
Ưu điểm:
Với một thiết bị tiên tiến trong lĩnh vực thành phố thông minh, bộ cảm biến Libelium Smart City Pro Wifi có những ưu điểm sau:
- Kết nối không dây: khả năng kết nói Wifi. Điều này cho phép bộ cảm biến truyền
di liệu một cách nhanh chóng va tiện lợi thong qua mạng không dây. Việc sử dụng
giao thức Wifi phô biến giúp tăng tính khả dụng và tương thích với nhiều hệ thống
mạng hiện có.
- Tích hợp nhiều loại cảm biến khác nhau: bao gồm cảm biến nhiệt độ, độ 4m, ánh sáng, ô nhiễm không khí và tiếng ồn. Điều này cho phép nó thu thập và phân
2
tích đữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, giúp đánh giá tình trạng môi trường và thông minh hóa quyết định trong các thành phó.
- Độ chính xác: bộ cảm biến Libelium Smart City Pro Wifi có khả năng đo lường chính xác và đáng tin cậy. Các cảm biến được thiết kế để cung cấp đữ liệu chính xác về các yếu t6 môi trường quan trọng như nhiệt độ, độ âm va 6 nhiễm không khí. Điều này giúp người dùng có thông tin chính xác dé đưa ra quyết định và giải quyết các vấn đề liên quan đến môi trường sống.
- Khả năng mở rộng: bộ cảm biến này cung cấp tính linh hoạt cao trong việc triển khai và mở rộng. Người dùng có thê tùy chỉnh cấu hình và lựa chọn các cảm biến phù hợp với nhu cầu cụ thể của họ. Hơn nữa, bộ cảm biến Libelium Smart City
Pro Wifi được tích hợp sẵn với giao thức mở, cho phép người dùng dé dàng tích
hợp và phát triển ứng dụng theo ý muốn.
Nhược điểm:
Tuy nhiên, như bất kỳ công nghệ nào khác, bộ cảm biến Libelium Smart City Pro
Wifi cũng có một sô nhược điêm cân lưu ý.
- Chi phí: giá thành của bộ cảm biến này có thé cao hơn so với một số giải pháp cảm biến thông thường. Do tính năng tích hợp và khả năng đo lường chính xác, điều này có thé tạo ra một mức dau tư ban đầu lớn cho việc triển khai.
- Kết nối chưa đa dạng: sự phụ thuộc vào kết nỗi Wifi có thé là một hạn chế. Mặc
dù Wifi phổ biến, nhưng không phải lúc nào cũng có sẵn mạng Wifi ổn định va khả dụng trong mọi vị trí. Điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng truyền tải đữ liệu và độ tin cậy của bộ cảm biến.
- Khó khăn trong việc quản lý: việc quản lý và phân tích dữ liệu từ nhiều loại cảm biến cũng có thể đòi hỏi sự phức tạp. Với nhiều loại đữ liệu khác nhau, việc xử lý
và phân tích chúng có thê trở nên phức tạp và đòi hỏi nguồn lực và kiến thức phù
hợp.
> Bộ cảm biến Libelium Smart City Pro Wifi mang đến nhiều ưu điểm như kết nối
Wifi, tích hợp nhiều loại cảm biến, độ chính xác cao và tính linh hoạt trong triển
23
khai. Tuy nhiên, nhược điểm của nó bao gồm giá thành cao, phụ thuộc vào kết nối Wifi và khó khăn trong việc quản lý dữ liệu. Những ưu điểm và nhược điểm này cần được xem xét kỹ lưỡng khi đánh giá và triển khai bộ cảm biến Libelium Smart City Pro Wifi trong các dự án thành phố thông minh.
Thông số kỹ thuật:
- Kết nối mạng:
e Wifi: Chuẩn 802.11 b/g/n (2.4 GHz)
e _ Hỗ tro WEP, WPA, WPA2
- Cam biến tích hợp:
e Cảm biến nhiệt độ: Do từ -40°C đến +85°C với độ chính xác +0.5°C
e Cảm biến độ âm: Do từ 0% đến 100% RH với độ chính xác +3%
e Cảm biến ánh sáng: Do từ 3 lux đến 220.000 lux với độ chính xác +15%
24
e Cảm biến ô nhiễm không khí: Do các chất gây ô nhiễm như CO, CO2, NO2,
O3, SO2, H2S với độ chính xác thích hợp
e Cảm biến tiếng ồn: Do từ 30 dB đến 110 dB với độ chính xác +1 dB
- Nguồn điện:
e Pin lithium CR2450 3V (thời gian sử dụng 2 năm)
- Bộ xử lý:
e Vi xử lý 8-bit
© Tốc độ xử lý: 16 MHz
-Bộ nhớ:
e Flash: 512 KB
e RAM:4KB
- Giao tiếp:
e 1céng UART
e 1 céng I2C
e 1 céng SPI
e 4 céng analog
e 4 céng số
- Kích thước: 53.3 mm x 25.4 mm x 9 mm
e Hé điều hành: Libelium's Waspmote OS
® Hỗ trợ phần mềm: Development Environment - Arduino IDE, Libelium
IDE, API Libelium Smart City Platform
25
4.4. Waspmote Wifi Pro
Hình 4.4: Mạch Waspmote và các module mở rộng”
Về việc thu thập dữ liệu cảm biến từ bộ cảm biến trên và gửi đữ liệu đến tầng Edge Network, nhóm sử dụng Waspmote wifi pro là một mạch cảm biến IoT đa năng
và linh hoạt được phát triên bởi công ty Libelium. Với khả năng tích hợp nhiều cảm biến và giao điện kết nối đa dang, Waspmote đã trở thành một giải pháp quan trong
cho việc xây dựng các ứng dung IoT.
Ưu điểm:
- Tính đa dụng và linh hoạt: Mạch này có khả năng tích hợp nhiều cảm biến khác
nhau như cảm biên nhiệt độ, độ âm, ánh sáng, ô nhiễm không khí, chât lượng nước
® https://www.libelium.com/iot-products/waspmote/
26
và nhiều loại cảm biến khác. Điều này cho phép người dùng đo lường và giám sát nhiều thông số khác nhau trong một ứng dụng IoT duy nhất.
- Khả năng kết nối linh hoạt: Waspmote cung cấp giao diện kết nối đa dạng và linh hoạt. Mạch này hỗ trợ nhiều giao thức kết nối như Wifi, Bluetooth, Zigbee, LoRa va GPRS. Điều nay cho phép Waspmote có khả năng kết nối va truyền dữ liệu qua nhiều mạng và giao thức khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp vào hệ thống mạng hiện có hoặc triển khai ứng dụng IoT tùy chỉnh.
- Tiêu hao năng lượng: Waspmote có khả năng tiết kiệm năng lượng. Mạch này được thiết kế đề hoạt động với nguồn năng lượng pin có thê thay thế và tái sử dụng. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và kéo dài thời gian hoạt động của ứng dụng IoT, đặc biệt là trong các ứng dung di động hoặc khó tiếp cận nguồn điện.
Nhược điểm:
Ngoài các ưu điêm trên, Waspmote cũng có một sô nhược điêm cân được xem xét.
- Khó tiếp cận: việc cau hình và lập trình Waspmote có thể phức tạp đối với người
dùng không có kinh nghiệm trong lĩnh vực IoT va lập trình nhúng. Việc học cú
pháp và cấu trúc của ngôn ngữ lập trình Waspmote có thé đòi hỏi thời gian và nỗ lực đáng kể.
- Tài liệu tham khảo: Waspmote có một hạn chế về tài liệu và cộng đồng hỗ trợ so với một số nền tảng IoT pho biến khác. Điều này có thé làm cho việc tìm kiếm thông tin và giải quyết các vẫn đề kỹ thuật trở nên khó khăn hơn. Tuy nhiên, công
ty Libelium vẫn cung cấp tài liệu hướng dẫn và tài liệu tham khảo để hỗ trợ người
dùng trong việc sử dụng Waspmote.
> Waspmote là một mach cảm biến IoT đa dụng và linh hoạt, với khả năng tích
hợp nhiều cảm biến và giao diện kết nối đa dạng. Mạch nay mang đến ưu điểm
về tính đa dụng, linh hoạt và tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, việc cấu hình
và lập trình Waspmote có thé phức tạp và có hạn chế về tài liệu và cộng đồng
27
hỗ trợ. Điều này cần được xem xét khi đánh giá và triển khai Waspmote trong
các ứng dụng IoT.
Thông số kỹ thuật:
- Microcontroller: ATmegal281
- Frequency: 14.7456 MHz
- SRAM: 8KB
- EEPROM: 4KB
- FLASH: 128KB
- SD Card: 2GB
- Weight: 20gr
- Dimensions: 73.5 x 51 x 13 mm
- Temperature Range: [-10°C, +65°C]
- Clock: RTC (32KHz)
Wifi module:
- Protocols: 802.1 1b/g - 2.4GHz
- TX Power: 0dBm - 12dBm (variable by software)
- RX Sensitivity: -83dBm
- Antenna connector: RPSMA
- Antenna: 2dBi/5dBi antenna options
- Security: WEP, WPA, WPA2
- Topologies: AP and Adhoc
- 802.11 roaming capabilities
7 https://www.libelium.com/wp-content/uploads/2013/02/waspmote-datasheet_eng.pdf
28
4.5. Mô hình triển khai hệ thống K3S
Edge Device
Worker1
Master | T TƯ TT Pod
mm | nc ae
t _,, Tunnel i {| Socket}
Tunnel Proxy | | Proxy | ¡ Service ¢ ]
"——.ˆ ` ị mm i “ Pod
h Node Port :
—— 1 _—_— Worker1 a | a
rs i Pod
¡TCP Socket Service : Tư 5“ bó a
pee ae | L | TGP i
"ơ CoN | Tunnel | | Socket | : Pod | | Pod } | Proxy } | Service (|
Seven beeen ! fi | TM Pod
Dé tăng thêm tính ồn định cũng như khả năng xử lý dữ liệu của hệ thống, nhóm
đã triển khai công nghệ K3S trên 3 máy tính nhúng Raspberry pi 3B+ với 1 master