Mô hình Nhà thông minh được nêu ở đây g ồn 6 phần: Nhà để xe, Cửa ra vào, Sân vườn, Phòng khách và phòng ngủ.
Hình 3. 1. Mê hình nhà thông minh trong mô phỏng
3.1. Bố cục mạng
Dé triển khai mệt ngôi nhà thông minh có thể được giám sát tự động và từ xa từ máy khách 3G/4G, mạng được phân tách hợp lý thành bốn khu vực: mạng gia đình, nhà cung cấp dịch vụ Internet đám mây, mạng nhà cung cấp dịch vụ (SP) và mạng nhà cung cấp 3G/4G. Hình 3.2 minh họa cấu trúc liên kết mạng dự án được triển khai trong trình giả lập IoT đã chọn.
Nguyễn Thành Công — D18VT06 38
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Eth |
Gig0/1 es Cc Fa/0 Giq0/2 _
lắp Cable Modem central Office Server Gig0/0
Gig0/2
with Fa0/2 Fa0/1
ISP Sener %
Fa0
DNS- Server IOE- Sener
Hình 3. 2. Bố cục mạng 3.2. Cấu hình mạng
Chúng ta cẦn thiết lập tất cả các cấu hình cho tất cả các thiết bị để đạt được giao tiếp phù hợp giữa thiết bị gia đình và máy chủ. Và cho phép máy khách 3G/4G truy cập vào nhà.
3.2.1. Cung cấp dịch vụ Internet
Để cung cấp internet cho tất cả các phần, c3 có một đám mây hoạt động như một bộ chuyển tiếp cáp tử cổng Coax7 đến cổng FastEthernet6 Hình 3.3(a). Trong khi đó, hình 3.3(b) hiển thị Tab cấu hình của Cloud.
Nguyễn Thành Công — D18VT06 39
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
— n x Attributes:
Cable Coaxial? * < Ethernet6
Port Port
From Port To Port Coaxial7 Ethomet6
Coax7
Eth6 A Add Remove
Gig0/1
(a). Kết nối đám mây (b). Tab cấu hình của Cloud Hình 3. 3. Cài đặt nhà cung cấp Internet
3.2.2. Nhà cung cấp dịch vụ 3.2.2.1. Router ( ISP) Cấu hình ISP Router H Gán dia chi IP
Assigning hostname and IP address for ISP router
Assigning hostname and IP address for ISP router
Router>enable Router#conf term Router(config)#int g0/0
Router(config-if)#ip address 10.0.0.1 255.255.255.0
Nguyễn Thanh Céng — D18VT06 40
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Router(config-If#no shutdown Router(config-if)#int g0/2
Router(config-if)#ip address 209.165.201.225 255.255.255.224 Router(config-if}#no shutdown
Router(config-if}#int g0/1
Router(config-if)#ip address 209.165.200.225 255.255.255.224 Router(config-if}#no shutdown
Router>enable Router#conf term Router(config)#int g0/0
Router(config-if)#ip address 10.0.0.1 255.255.255.0 Router(config-if}#no shutdown
Router(config-if)#int g0/2
Router(config-if)#ip address 209.165.201.225 255.255.255.224 Router(config-if}#no shutdown
Router(config-if}#int g0/1
Router(config-if)#ip address 209.165.200.225 255.255.255.224 Router(config-if}#no shutdown
Router>enable Router#conf term Router(config)#int g0/0
Router(config-if)#ip address 10.0.0.1 255.255.255.0 Router(config-if}#no shutdown
Router(config-if)#int g0/2
Nguyễn Thanh Céng — D18VT06 41
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Router(config-if)#ip address 209.165.201.225 255.255.255.224 Router(config-if}#no shutdown
Router(config-if}#int g0/1
Router(config-if)#ip address 209.165.200.225 255.255.255.224 Router(config-if}#no shutdown
Router>enable Router#conf term Router(config)#int g0/0
Router(config-if)#ip address 10.0.0.1 255.255.255.0 Router(config-if}#no shutdown
Router(config-if)#int g0/2
Router(config-if)#ip address 209.165.201.225 255.255.255.224 Router(config-if}#no shutdown
Router(config-if}#int g0/1
Router(config-if)#ip address 209.165.200.225 255.255.255.224 Router(config-if}#no shutdown
Router>enable Router#conf term Router(config)#int g0/0
Router(config-if)#ip address 10.0.0.1 255.255.255.0 Router(config-if)#no shutdown
Router(config-if)#int g0/2
Router(config-if)#ip address 209.165.201.225 255.255.255.224 Router(config-if)#no shutdown
Router(config-if}#int g0/1
Nguyễn Thanh Céng — D18VT06 42
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Router(config-if)#ip address 209.165.200.225 255.255.255.224 Router(config-if)#no shutdown
O Cau hinh DHCP cho thiết bị dị động và IOE Router(config-if)#exit
Router(config)#ip dhcpexcluded-address 209.165.201.225 209.165.201.201.229 Router(dhcp-config)#ip dhcp pool cell
Router(dhcp-config)#network 209.165.201.224 255.255.255.224 Router(dhcp-config)#default-router 209.165.201.225
Router(dhcp-config)#dns-server 10.0.0.254 Router(dhcp-config)#exit
Router(config)#ip dhcp excluded-address 209.165.200.225 209.165.200.229 Router(config)#ip dhcp pool WAN
Router(dhcp-config)#network 209.165.200.224 255.255.255.224 Router(dhcp-config)#default-router 209.165.200.225
Router(dhcp-config)#dns-server 10.0.0.254
3.2.2.2. Switch
Switch sé tự cấu hình.
Nguyễn Thành Công - DISVT06 43
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
3.2.2.3. DNS Server
— © DNS- Server - x
® ONS- Server n x
Physical Cong _ Sarices — Desktop Progamming @ctibutss Physical pn Ee Carig Sewras Deskap Progðammang Attrbmles [services ` SERVICES pus
GIOBAL FastEthernetU' HTTP
DNS Senco @ on 2 oF Agonthn Settngs | |) i, 196 lí Mbrs [V] Ate vn Resource Recores
INTERFACE ax Hat Duple apie [2] Auto Name Type ARecond + Fastethemeto MAC Andress 0910 1!19 BAEE es
STROS A0disss
aban a
A Add Save Ramove
| ERATE No. Name Tyre Detail Subnet Mask = L Fre DT q 'www sgủy jav ARac ARecord 100263 2g)
TT ơ \M Maragament
( Autonatie Radws EAP Pv6 Addess J
Link Local Aduiess |Peeo, 210.11Pr FETS BABE
DNS Cache
Ute DOM
(a). Cau hinh mang DNS (b). Tén mi &
Hinh 3. 4. Cau hinh DNS 3.2.2.4. Dich vu IoT ( IoE)
B I0E- Server = oO x Physical Config Senices Desktop Programming Attributes
GIOBAL [ EestEharnetl
Setti = na Port Status Da
Algorithm Settings | | [on an 100 Mbps () 10 Mbps [4] Auto
INTERFACE Duplex Hi plex (®@) Full Duplex [7] Auto
FastEthernetÐ | | hac address foo esses? | IP Configuration
© DHCP
@ Static
Pvt Address 10.0.0.253 Subnet Mask [256.255.255.0 IPX6 Configuration
@ Static IPG Address
Link Local Address’ FESO: 210-11FF FEES.9837
L]1p
Hình 3. 5. Cấu hình dịch vụ IoE 3.2.2.5. Mạng nhà cung cấp 3G/4G
3.2.2.5.1. Máy chủ trung tâm CO (Central Office Server)
Nguyễn Thanh Céng — D18VT06 44
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Nó có hai giao diện: đường trục (backbone) để kết nối nhà cung cấp với mạng WAN va giao diện đồng trục để kết nối máy chủ voi Cell Tower.
[1 Giao diện Backbone: giao diện này được kết nối với nhà cung cấp internet. Vì vậy, nó sẽ nhận được một địa chỉ đệng khi chúng ta kích hoạt giao thức DHCP như trong Hình 3.6.
Backbone Settings ^
IP Configuration
@ DHCP
©) Static IPv4 Address Subnet Mask Default Gateway DNS Server
IPv6 Configuration
©) Automatic
@) Static
IPv6 Address Vj
Link Local Address: FE80::2E0:8FFF:FE70:A601 Default Gateway
main oe...
Hình 3. 6. Cấu hình DCHP cho Backbone
H Giao diện Cell Tower: máy chủ CO cũng hoạt động như một máy chủ DHCP cho tất cả các thiết bị được kết nối với Cell Tower. Cấu hình trên hình 3⁄7 cho phép máy chủ CO cấp địa chỉ từ 172.16.1.2 đến 172.16.1.254.
Nguyễn Thành Công - DISVT06 45
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Tower Interface
IP Configuration
IPv4 Address 172 _16.1.1
Subnet Mask 255 255 255.0
IPv6 Configuration
IPv6 Address |
Link Local Address: FE80::20B:BEFF:FE1D:63D9
Hình 3. 7. Cấu hình giao diệp tháp di động (Cell Tower)
3.2.2.5.2. Modem
Khi cáp Ethernet và cáp đềng trục được kết nối, modem sẽ bắt đầu hoạt động mà không c3n bất kỳ cấu hình bổ sung nào.
3.2.2.5.3. Máy khách 3G/4G
3G/4G Cell1
Port Status On
Provider Name KONG |
IP Configuration
IPv4 Address 172.16.1.101
Subnet Mask 255.255.255.0
DHCP Refresh
IPx6 Configuration
IPv6 Address /
Link Local Address: FE80-:290:2BFF:FEDC:BBBD
Dhcpv6 Refresh
Hình 3. 8. Cấu hình máy khách 3G/4G
Nguyễn Thành Công - DISVT06 46
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
3.3. Nhà thông minh 3.3.1. Home Gateway
Home Gateway g âm 3 giao diện: LAN, Internet và kết nối không dây.
O Giao diện Internet: Giao diện Internet: là giao điện kết nối nhà với internet thông qua Modem. Vì giao diện này được kết nối với nhà cung cấp Internet.
Internet Settings
IP Configuration
@ DHCP
©) Static IPv4 Address Subnet Mask Default Gateway DNS Server
Hinh 3. 9. Giao dién Internet
O LAN: Trong dan nay, cdc thiết bị có giao diện không dây và mạng gia đình là mạng WLAN. Chúng ta phải tạo một mạng LAN có địa chỉ IP và subnet mask.
Chúng tôi đã chọn “192.168.25.0/24” làm mạng WLAN. Nó có thể hỗ trợ 253 thiết bi. Home Gateway theo mặc định là máy chủ DHCP.
LAN Settings
IP Configuration
IPx4 Address 192.168.25.1 Subnet Mask 255.255.255.0
Hình 3. 10. Cấu hình mạng LAN
Nguyễn Thành Công - DISVT06 47
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
H1 Giao diện không day: tw tab cấu hình giao diện không dây được hiển thị trong hình 3.11, có thể đặt SSID và mật khẩu cá nhân. SSID của Home Gateway được đặt thành “SmartHome”. Nó sẽ được sử dụng cho tất cả các thiết bị.
Wireless Settings
SSID SmartHome
2.4 GHz Channel 6 - 2.437GHz v
(Coverage Range (feet) 820,21 =
Authentication
-) Disabled WEP WEP Key
_) WPA-PSK (@) WPA2-PSK PSK Pass Phrase 1234qwer _) WPA ©) WPA2
RADIUS Server Settings IP Address Shared Secret
Encryption Type AES
Hình 3. 11. Cau hinh kết nối không dây (Remofr Access) 3.3.2. Cấu hình thiết bị IoT
3.3.2.1. Giao diện không dây
Theo mac dinh, cac thiét bi IoT trong Cisco Packet Tracer có Ethernet NIC, c Ân có cáp để kết nối với cổng nhà, vì vậy chúng tôi c3n thay đổi NIC cho tất cả các thiết bị để cho phép chúng kết nối không dây.
Quy trình thêm một NIC không dây:
1- Mở danh sách TAB nâng cao của máy (xem hình 3. 14).
2- Chuyển đến tab “Cấu hình 1/0”
3- Bất kỳ thiết bị nào cũng có thể hỗ trợ hai NIC. Đối với Bộ đi `âi hợp mạng, chọn
“PT-IOT-NM-1W”.
Nguyễn Thanh Céng — D18VT06 48
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
® Căm biến chuyến động = = x Speciteators —`` 9 Coro Physical Config Thing Editce Progamming —_Atebutes
ET74OT-NRA-VWV None c
© 0 I Buitsn
| Sow
Usage @ Smart Deve Component
E1 Advanced
Hình 3. 12. I/O config
3.3.2.2. Dang ký máy chủ
Để đăng ký một thiết bị trong máy chủ, c3n có địa chỉ của máy chủ, tên người dùng tài khoản và mật khẩu. Tất cả các thiết bị phải sử dụng cùng một thông tin đăng nhập IoT, chủ nhà cũng sử dụng thông tin xác thực tương tự để chuyển xác thực khi kết nối thông qua trình duyệt với Máy cht IoT.
loT Server
© None
© Home Gateway
@ Remote Server
SewerAddress |10.0.0.253 |
User Name admin |
Password admin |
Refresh
Hình 3. 13. Kết nối với HomeGateway
Nguyễn Thành Công - DISVT06 49
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Như đã nói, để theo dõi ngôi nhà này, có hai cách: tử máy tính xách tay trong nhà để theo dõi cục bộ, hoặc từ máy khách 3G/4G bên ngoài, hoặc ở xa nhà. Cả hai phương pháp đâu có cùng thẩm quy n và cùng giao điện người dùng cho tất cả các ph 3n sắp tới.
Nếu chủ nhà sử dụng trình duyệt máy tính xách tay để truy cập máy chủ IoT, sau khi người dùng được kết nối với “iot.vn”, họ có thể hình dung trạng thái của các thiết bị IoT da dang ky trong may chi IoT. Hình 3.14 cho thấy một số thiết bị sẽ được thảo luận
sau.
_ơ a x
Physical Confg DerSu> Progamming Atsibutes
ằ ấ kho tức nước rong mee (TTOROOKNT. les Used Morals) `
, ằ @ vans ermsscanne an Sent
, + @ cémoisn chuyản địng CT73010109X Mater Dee
+e ằ Wcmuie ts ara
ằ Ocnss ằ Wake enn cit prtosione ctrnozg
<> ằ @ cen pcos oe ' -
„ ®o, ost 2pplana
Ls: z ơ sence ind
ed ằ Cự 24 onộna sai Pros O2EV :
Ov F p Sy ee tưna
+ @car + @ cia <8 aren , , + Won ằ @ciad aaa ern z °
› ®ir cơn C1 top
Hinh 3. 14. Trang thai thiét bj IOT da dang ky trong may chu
Tab nay (hinh 3.14) cho phép chủ sở hữu giám sát một số thiết bị, cho dù chúng có hoạt động hay không và xem một số thiết bị cung cấp thông tin hữu ích. Cũng từ tab này, chủ sở hữu có thể tương tác trực tiếp với thiết bị, nếu thiết bị có thuộc tính sử dụng trực tiếp.
Nguyễn Thành Công — D18VT06 50
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
3.3.3. Tương tác giữa các thiết bị 3.3.3.1. Nhà để xe
Hình 3. 15. Mô hình nhà để xe thông minh trong mô phỏng
Đối với hệ thống được hiển thị trong hình 3.15, đăng ký đầu đọc thẻ RFID. Để quản lý bảo mật của nhà để xe bằng RFID, chúng tôi cn đặt một số đi âi kiện trong máy chủ IoT. Do đó, hai thẻ được sử dụng: một thẻ có ID được ủy quy và thẻ còn lại có ID trái phép. Ở đây cài ID của thẻ là 225.
Properties:
Property Value
1 CardlD 225
2 PROGRAMMING_EDITING_DIR
Hình 3. 16. ID thẻ ra vào
Nguyễn Thành Công — D18VT06 51
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Thuật toán an ninh nhà để xe theo 3 bước sau (các hành động của thuật toán này cũng được tóm tất trong Bảng 3. I)
- Đi đọc RFID hoạt động nếu thẻ đủ gn nó.
- Nếu thẻ ID được ủy quy được đọc, vi đi âi khiển MCU2 sẽ gửi tín hiệu “hợp lệ” đến máy chủ; nếu không, nó sẽ gửi tín hiệu "Không hợp lệ".
- Nếu máy chủ nhận được tín hiệu “hợp lệ”, nó sẽ mở nhà để xe trong 30 giây và đóng lại.
Nếu không, nhà để xe vẫn đóng cửa.
Tên chức năng Đi lâi kiện Hành động
ĐẦi đọc thẻ ĐẦầi đọc thé Status is Valid Set Gara On to true
Khóa cửa gara Match any: Set Gara On to false
ĐẦầi đọc thé Status is Invalid Di doc thé Status is Waiting
Mở gara ĐẦầi đọc thẻ Card ID = 225 Set Di doc thé Status to Valid
Bảng 3. 1. Hoạt động của hệ thống an ninh nhà để xe.
3.3.3.2. Cửa ra vào
Hình 3. 17. Mê hình an ninh cửa ra vào trong mô phỏng
Nguyễn Thành Công — D18VT06 52
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
An ninh cửa ra vào g ồn có đầu đọc thẻ REID giống với an ninh nhà để xe. Ở đây chúng ta sẽ thiết kế thêm cảm biến chuyển động, chuông báo sẽ kêu lên khi cảm biến phát hiện ra chuyển động trong tần quét.
Và thêm 1 camera an ninh, bạn có thể theo dõi và bật tắt từ xa.
Tên chức năng Đi lâi kiện Hành động
ĐẦi đọc thẻ ĐẦầi đọc thé Status is Valid Set Cura ra vao On to true
Khóa cửa Match any: Set Cửa ra vào Ôn to false
ĐẦầi đọc thé Status is Invalid Du doc thé Status is Waiting
Mở cửa Có người Mở gara Cảm biến chuyển động Ôn is truc Mở gara Set Chuông báo 2 Ôn to
true
Không có ngươi | Cảm biến chuyển déng On is false Set Chuông báo 2 Ôn to false
Bảng 3. 2. Hoạt động của hệ thống an ninh nhà để xe.
3.3.3.3. Vườn
Hình 3. 18. Mô hình tưới nước tự động trong vườn trong mô phỏng
Nguyễn Thành Công — D18VT06 5
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Cả thiết bị theo đối mực nước và vòi phun nước đền được phép đăng ký trong máy chủ IoT. Vòi phun cỏ làm tăng mực nước mỗi khi nó BẬT. Bộ theo dõi mực nước lấy mực nước của môi trưởng va in nó theo đơn vị “inch”. Cần thêm một số đi êi kiện trong máy chủ IoT và được tóm tắt trong Bảng 3.3 để tự động hóa phn này.
Di @ kién du tién TAT voi phun nước nếu mức nước được đo bằng màn hình mực nước vượt quá 1 inch. Đi`âi kiện thứ hai BẬT vòi phun nước nếu mực nước thấp hơn 1 inch. Tất nhiên, khu vườn sẽ không được tưới nước cả ngày, vì vậy, các đi`âi kiện có thể bị vô hiệu hóa bất cứ khi nào chúng ta muốn. Và chúng ta có thể thực hiện tưới thủ công từ tài khoản máy chủ IoT như trong Hình 3.19.
Tên chức năng Đi lâi kiện Hành động
Tưới nước Đo mức nước trong vườn Water Level] Set Voi tuoi 1 Status to
<1.0in true
Set Voi tuoi 2 Status to true
Không tưới Đo mức nước trong vườn Water Level| Set Vòi tưới 1 Sfatus to
>= 1.0in false
Set Voi tuoi 2 Status to false
Bảng 3. 3. Các đi `âi kiện để vòi nước tự động tưới vườn.
y. Vòi tưới 1(PTT081099K4-) Lawn Sprinkler
Status |
Hình 3. 19. Bật tất vòi nước tử xa
Nguyễn Thành Công - DISVT06 54
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
3.3.3.4. Nhà bếp
4, ss
iw \
Vòi chữa cháy3 — `
Vy, \
bao 3 |
⁄⁄ |
4, (77) |
“Ny a6 Ị
Đun nước
Quạt thông gió 1
Hình 3. 20. Mô hình nhà bếp trong mô phỏng Hệ thống thoát khói
Ở phẦn này, sẽ có 3 thiết bị được đăng ký với máy chủ gần Cảm biến khói, quạt thông gió và cửa sổ. Cảm biến khói sẽ chịu trách nhiệm đo mức khói ở trong bếp để tránh ngạt thở. Khi mức độ đo được lớn hơn 0.3, cảm biến sẽ báo v`êtrung tâm và cửa sổ sẽ tự động mở ra, quạt thông gió sẽ được bật lên để tránh bị ngạt thở. Khi mức khói < 0.3, quạt sẽ không quay và cửa sổ đóng lại. Tất nhiên bạn vẫn có thể mở cửa sổ hay bật quạt mà không c3 tuân thủ những đi 'âi kiện trên.
Tên chức năng Đi lâi kiện Hành động
Có khói Cảm biến khói Level >= 0.3 Set Quạt thông gió | Status to High
Set Ctra s6 On to true Không khói Match all: Set Quạt thông gió | Status
Nguyễn Thành Công — D18VT06 55
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Cảm biến khói Level < 0.3 to Off
Cửa sổ On is true Set Cửa sổ On to false
Quạt thông gió | Status is High
Bang 3. 4. Di-& kién để thông gió cho nhà bếp
Và còn 1 thiết bị nữa được đăng ký với máy chủ đó là máy pha cà phê, và tất nhiên chúng ta có thể chuẩn bị café tử xa như trong Hình 3.21.
v Đun nước (PTT0810Q46T-) Appliance
on =
Hình 3. 21. Máy pha cà phê tự động 3.3.3.5. Phòng khách
Hình 3. 22. Mô hình phòng khách trong mô phỏng
Nguyễn Thành Công — D18VT06 56
Đán tốt nghiệp dai học CHƯƠNG 3
Ở phẦn này sẽ gần 4 thiết bị được kết nối với máy chủ: Máy chơi nhạc, Bộ đi`âi chỉnh nhiệt độ, Cửa sổ phòng khách và đèn. Phòng khách cũng sẽ có hệ thống chữa cháy mà chúng ta sẽ thảo luận ở ph % sau.
Bộ đi âi chỉnh nhiệt độ sẽ tự động bật lò sưởi khi nhiệt độ thấp và làm lạnh khi nóng. Tuy nhiên, bạn cũng có thể tự động đi li chỉnh theo ý muốn.
Những thiết bị này có thể bật tự động tử xa mà không c3 thông qua bất kỳ thuật toán hay đi ân kiện nào.
3.3.3.6. Phòng ngủ
Hình 3. 23. Mô hình phòng ngủ trong mô phỏng
Ở phẦn này sẽ có 5 thiết bị được kết nối với máy chủ: Cửa sổ, đèn ngủ, đi êi hòa, máy đo độ ẩm trong không khí và máy phun hơi nước.
Tất cả đ'êi có thể đi ân chỉnh được từ xa. Khi máy đo hơi ẩm đo được đệ ẩm trong không khí nhỏ hơn 50%, máy phun hơi nước sẽ tự động bật cho đến khi độ ẩm vượt quá 75%.
Nguyễn Thành Công — D18VT06 57