chương 1. Trong chương này tôi cũng trình bày về các van dé còn tồn tại trong một hệ thống khí canh thông minh áp dụng công nghệ IoT và AI cùng với phương pháp giải quyết các vấn đề đó kèm với kết quả trong nghiên cứu này. Chương 2 tôi trình bày các công nghệ liên quan đến nghiên cứu này kết hợp với các nghiên cứu liên quan khác góp phần vào thành quả của nghiên cứu này. Giải pháp lập lịch phun dinh dưỡng tự động và kiểm tra điều kiện môi trường tối ưu cho khí canh 49 loại cây khác nhau được trình bày trong chương 3.
Trong chương này tôi cũng sẽ đề xuất giải pháp bảo mật và xác thực ở mạng biên cho hệ thống mà tôi đề xuất. Chương 4 sẽ trình bày cách triển khai hệ thống và các giải pháp đã đề xuất trong chương 3 cùng với các kết quả đánh giá. Kết thúc luận văn là kết luận về kết quả nghiên cứu và hướng phát triển được trình bay trong chương 5. CAC NGHIÊN CUU VA CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN Nội dung chương này nói về các công nghệ, thiết bi và các giải thuật được tôi sử dụng trong nghiên cứu này.3 dé làm rõ các khái niệm về Edge Computing, việc áp dụng AI vào một hệ thống IoT và bảo mật hệ thống đó.
Hệ thống IoT thông minh áp dụng AI (AIoTs) IoT hiểu đơn giản là sử dụng công nghệ để kết nối mọi thứ lại với nhau cho phép ta hiểu những gi đang xảy ra với những thứ đó từ xa, thậm chí điều khiển chúng từ xa. Các công nghệ được sử dụng bao gồm kỹ thuật mạng, phần cứng, phần mềm, lưu trữ và xử ly dit liệu. AIoT là hệ thống IoT áp dụng AI để khai thác dữ liệu thu thập được hoặc tự động hóa các tác vụ lặp đi lặp lại, giám sát và điều khiển thay cho con người. Trên thực tế AI thường được triển khai ở hai vị trí: Thứ nhất là tại Backend server dé khai phá các tiềm năng của dữ liệu đã được thu thập và lưu trữ lại; Thứ hai là triển khai ở Edge server hoặc IoT device dé tu động hóa các tác vụ giám sat va điều khiến hệ thống.
Việc triển khai AI ở biên của mạng IoT, có thể giúp giảm băng thông và độ trễ trong khi tăng cường quyên riêng tư và bảo mật do không cần phải gửi mọi thứ về Backend server. Tuy nhiên điều này đòi hỏi các mô hình AI phải nhẹ dé các thiết bi ở biên có tài nguyên hạn chế có thé xử lý. Ngược lại khi triển khai ở Backend server tuy không bị giới hạn về tài nguyên tính toán nhưng lại làm tăng độ trễ tính toán và không đảm bảo quyền riêng tư. Tính toán cận biên (Edge Computing) Edge Computing hay còn gọi là điện toán biên hoặc tính toán cận biên là một mô hình điện toán phân tán đem sức mạnh tính toán và lưu trữ đến gần hơn với nơi phát sinh đữ liệu đáp ứng nhu cầu xử lý với độ trễ thấp, tăng tính riêng tư và tiết kiệm băng thông.
Việc triển khai AI ở biên của mang IoT cũng là một trong nhiều trường hợp triển khai của Edge Computing. Bảo mật hệ thống IoT Hệ thống IoT có thể hiểu là một mạng lưới các thiết bị thực hiện các chức năng khác nhau được kết nối lại với nhau và sau đó kết nối ra Internet dé giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa. Bất cứ dữ liệu nhạy cảm nào truyền qua Internet cũng cần thiết được mã hóa, khi nhận được bat cứ thông tin gì cũng cần được xác thực. Do đó bảo mật hệ thống IoT là bảo vệ các dữ liệu nhạy cảm được truyền di và xác thực những thông tin nhận được trong hai quá trình thu thập dữ liệu từ xa (Remote sensing) và điêu khiên, giám sát từ xa (remote control).
Mỗi hệ thống IoT khác nhau sẽ có một yêu cầu về bảo mật khác nhau, do đó sẽ không có một tiêu chuân chung cho tat cả các hệ thống. Hệ thống khí canh thông minh mà tôi đề xuất trong nghiên cứu này cần được bảo vệ khỏi các cuộc tấn công giả mại dữ liệu cảm biến và lệnh điều khiển. Không những thế, các dữ liệu gửi qua Internet cũng cần được mã hóa. Sự đa dạng về các loại thiết bị với tài nguyên tính toán khác nhau và các công nghệ mang, giao thức mạng khác nhau luôn là những thách thức lớn khi áp dụng các giải pháp bảo mật.
Các nền tảng, thiết bị hỗ trợ xây dựng và triển khai các hệ thống IoT thông minh 2. Arduino Arduino là một nền tảng mã nguồn mở, trong các tài liệu Tiếng Anh Arduino được gọi là một open-source electronics platform. Arduino cung cấp phần cứng có thê lập trình là các board mạch và bộ công cụ phát triển Arduino IDE đi kèm với ngôn ngữ cùng tên dựa trên C++. Arduino ra đời tại Viện Thiết kế Tương tác Ivrea như một công dùng để làm thử nghiệm nhanh, nhằm phục vụ sinh viên không có nền tảng về điện tử và lập trình.
Ngay khi nó lan rộng đến cộng đồng rộng hơn, board Arduino đã thay đôi dé thích ứng với những nhu cầu và thách thức mới, khác biệt khỏi các board 8-bit đơn giản, dé tạo ra các sản phâm dành cho ứng dụng IoT, thiết bị đeo, in 3D và môi trường nhúng. Suốt những năm qua, Arduino đã trở thành "bộ não" của 10 hàng nghìn dự án, từ các đồ vật hàng ngày đến các thiết bị khoa học phức tạp. Một cộng đồng toàn cầu của những người như (sinh viên, nghiên cứu sinh, lập trình viên và chuyên gia) đã tập hợp quanh nền tảng mã nguồn mở nay dé đóng góp cho sự phát triển của nó. Chúng ta có thé dễ dàng tìm mua các board mach Arduino được bán ở các cửa hàng điện tử và các trang thương mại điện tử.
Một số loại board Arduino phổ biến nhất mà người dùng thường sử dụng: e_ Arduino Uno: Đây là board Arduino co bản nhất và phổ biến nhất. Nó được trang bị vi điều khiển ATmega328P và có đủ số lượng chân I/O (input/output) đề kết nối và điều khiến các linh kiện và cảm biến khác nhau. e Arduino Mega: Đây là phiên bản mở rộng của Arduino Uno với nhiều chan I/O hơn và bộ nhớ lưu trữ lớn hon. Board này thích hợp cho các dự án cần nhiều chân kết nối và yêu cầu sự mở rộng.
e Arduino Nano: Được thiết kế nhỏ gọn, Arduino Nano là một board phổ biến cho các dự án có không gian hạn chế. Nó cung cấp các chức năng tương tự như Arduino Uno, nhưng có kích thước nhỏ gọn hon. e Arduino Leonardo: Board này có tích hợp sẵn công nghệ HID (Human Interface Device), cho phép nó hoạt động như một bàn phím hoặc chuột. Điều này rất hữu ích cho các ứng dụng tương tác với máy tính.
e Arduino Due: Đây là board Arduino mạnh mẽ hon, sử dụng vi diéu khién ARM Cortex-M3 32-bit. Với tốc độ xử lý cao hơn và bộ nhớ lớn hơn, Arduino Due thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu xử lý dữ liệu nhanh va phúc tạp. Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dung board mạch Vietduno Uno (Arduino Uno Compatible sử dụng cổng USB-B được nghiên cứu và sản xuất bởi MakerLab.vn dựa trên nguyên mẫu là mạch Arduino Uno với các ưu điểm vượt trội: 11 e_ Thiết kế tương thích hoàn toàn về hình dạng, chuẩn chân tín hiệu và cách sử dụng với Arduino Uno. e_ Sử dụng mạch nguồn xung giảm áp với ưu điểm là hiệu suất chuyển đổi cao, toa nhiệt thấp, tiết kiệm năng lượng, dải điện áp đầu vào cấp cho mạch rộng từ 6~24VDC với dòng đầu ra lớn: 5VDC/Max 1500mA, 3.3VDC / Max 700mA.
e Bồ sung thêm các chân cấp nguồn POWER+ 5VDC giúp dễ dàng cấp nguồn cho nhiều thiết bị khác nhau. e Sử dung IC chuyên đổi USB-UART CH340 được nhập khẩu chính hãng cho độ ồn định và độ bền cao. e_ Chức năng cách ly nguồn cổng USB tự động khi cấp nguồn ngoài từ chân Vin hoặc giắc DC giúp bảo vệ công USB máy tính của bạn an toản hơn. =L13 f#=PHH3 i Version Hinh 2.1: Vietduno Uno USB-B Hình 2.1 là hình ảnh thực tế board Vietduno Uno USB-B, bảng 2.1 là thông số kỹ thuật của board được cung cấp bởi nhà sản xuất.
12 Vi điều khiển ATmega328P-PU Dién ap hoat dong SVDC Điện áp dau vào VIN 6~24VDC Digital /O 14 chân (với 6 chân có chức nang PWM) PWM Digital ƯO 6 chân (D3, D5, D6, D9, D10, D11) Analog Input 6 chan (A0~A5) Dòng DC đầu ra các chân I/O Max 20mA Dòng DC đầu ra chân 3V3 Max 700mA Dòng DC đầu ra chân 5V Max 1500mA Flash Memory 32KB với 0.5 KB sử dung cho bootloader SRAM 2KB EEPROM 1KB Clock Speed 16MHz LED_BUILTIN D13 IC nap chương trình va giao tiép UART ¬ CH340 Cổng giao tiếp máy tính USB-B hoặc USB-C Kích thước 68.1:Théng số kỹ thuật Vietduno Uno 2. Raspberry Pi Raspberry Pi là một máy tính nhúng nhỏ (Embedded Computer) thường được cài hệ điều hành Linux thông qua thẻ nhớ SD. Với sức mạnh xử lý tương đương một chiếc Laptop giá rẻ, Raspberry Pi có thé chạy nhiều ứng dụng khác nhau như một chiếc máy tinh thông thường. Trong các ứng dụng IoT, Raspberry Pi có thé đóng vai trò là loT device nhờ vào các chân GPIO tích hợp san, hoặc đóng vai trò là một Gateway dé nhận dir liệu từ các Node sensor và gửi về Backend server.
Nó cũng có thê được cài đặt để chạy như một Edge server giá rẻ trong các hệ thống IoT thương mại. Một số phiên bản Raspberry Pi phổ biến như: e Raspberry Pi 4 Model B: Đây là phiên bản mới nhất và mạnh mẽ nhất của Raspberry PI. Trang bị bộ vi xử lý Broadcom BCM2711 ARM Cortex- A72 64-bit và có thể có RAM từ 2GB đến 8GB. Raspberry Pi 4 cung cấp 13 nhiều công kết nối, bao gồm công USB 3.0, công Micro HDMI, tích hợp công Gigabit Ethernet, Wi-Fi và Bluetooth.
e Raspberry Pi 3 Model B+: Day là phiên trang bị bộ vi xử ly Broadcom BCM2837B0 ARM Cortex-A53 64-bit va RAM 1GB, vẫn được sử dung rộng rãi. Raspberry Pi 3 B+ cung cấp các công kết nói, bao gồm công USB 2.0, công HDMI, hỗ trợ mang Wi-Fi và Bluetooth. e Raspberry Pi Zero W: Đây là phiên bản nhỏ gon và giá rẻ của Raspberry Pi trang bị bộ vi xử lý Broadcom BCM2835 ARMII và RAM 512MB. Raspberry Pi Zero W có kích thước rất nhỏ, có tích hop Wi-Fi, Bluetooth và chỉ có một công micro-USB và công camera CSI.
e Raspberry Pi 400: Day là một phiên bản đặc biệt cua Raspberry Pi được tích hợp trực tiếp vào một ban phim.