Đặt vấn đề về thiết kế phần cứng và phần mềm, sơ đồ nguyên lí, sơ đồ khối, chức năng của từng khối đồng thời nói sơ về thiết lập cho module và kết nối. Chương 4: Kết quả thực hiện. Mạch thi công hoàn chỉnh (hình ảnh), kết quả đạt được. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển.
Chương này dưa ra kết luận đã làm được và hướng phát triển đề tài. Dựa trên những kết quả mà nhóm đã thực hiện, nhóm đưa ra những vấn đề đã hoàn thành và chưa hoàn thành. Những mặt hạn chế của đề tài và hướng phát triển của đề tài trong tương lai. 4 do an CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 INTERNET OF THINGS 2.1 Giới thiệu Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối internet viết tắt là IoTs là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.
IoTs đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet [1]. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Một vật trong IoTs có thể là một người với một trái tim cấy ghép; một động vật ở trang trại với bộ chip sinh học; một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnh báo tài xế khi bánh xe xẹp hoặc bất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào mà có thể gán được một địa chỉ IP và cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua mạng lưới. Cho đến nay, IoTs là những liên kết máy-đến-máy (M2M) trong ngành sản xuất, công nghiệp năng lượng, kỹ nghệ xăng dầu.
Khả năng sản phẩm được tích hợp máy-đến- máy thường được xem như là thông minh [2].2 Mô hình hệ thống IoTs Bất kỳ một hệ thống IOTs nào cũng được xây dựng lên từ sự kết hợp của 4 layer sau [3]: Lớp ứng dụng (Application Layer) Lớp Hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng (Service Support and Application Support Layer) Lớp mạng (Network Layer) Lớp thiết bị (Device Layer) 2.3 Ứng dụng IoTs vào nông nghiệp IoTs hiện nay dường như đang xuất hiện ở tất cả các lĩnh vực của cuộc sống. Cùng với sự phát triển của IoTs, nông nghiệp lại là lĩnh vực tiên phong, đi đầu trong lĩnh vực ứng dụng Internet vào trồng trọt và chăn nuôi [4]. 5 do an Hình 2.1: Ứng dụng IoT vào nông nghiệp Từ trước tới nay nông nghiệp là một trong những lĩnh vực ít được áp dụng công nghệ nhất. Đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển và chậm phát triển, nông nghiệp gần như chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm của những người nông dân về đặc tính của cây trồng, về thời tiết… Chính vì vậy, năng suất và hiệu suất canh tác gần như được để ngỏ, mang tính “may, rủi” [4].
Trong khi đó, trước những thách thức về biến đổi khí hậu, gia tăng dân số nhanh chóng, vấn đề đảm bảo đủ lương thực là một trong những thách thức mang tính toàn cầu. Ngành nông nghiệp phải tìm kiếm những phương thức tốt hơn để gia tăng hiệu quả sản xuất. Cách duy nhất chính là áp dụng công nghệ mới vào hoạt động sản xuất, canh tác [4]. Những lợi ích IoTs mang lại: Tăng sản lượng canh tác Quản lý dịch bệnh hiệu quả.
Không tốn công chăm sóc. Sản phẩm đạt chất lượng cao và đồng bộ. Dễ dàng xử lý những sự cố không mong muốn.2 ZIGBEE ZigBee [5] là một giao thức truyền thông bậc cao được phát triển dựa trên chuẩn truyền thông không dây IEEE 802.4, sử dụng tín hiệu radio cho các mạng cá nhân PAN (personal area network). ZigBee thích hợp với những ứng dụng không đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu quá cao nhưng cần có mức độ bảo mật lớn và thời gian hoạt động dài.
Các mạng ad-hoc 6 do an sử dụng sóng radio tương tự ZigBee đã được thai nghén từ những năm 1998-1999 khi giới khoa học bắt đầu nhận thấy Wi-Fi và Bluetooth không phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên chỉ đến năm 2004, bộ tiêu chuẩn ZigBee mới chính thức được tạo dựng và thông qua bởi tổ chức ZigBee Alliance. Các tính năng Sử dụng đơn giản, giá thành hợp lý, tiết kiệm năng lượng Thiết bị được sản xuất phù hợp cho cả người sử dụng tự lắp đặt hay các nhà tích hợp hệ thống chuyên nghiệp. Tối ưu hóa năng lượng, giảm hao phí điện năng khi sử dụng.
Thiết bị sử dụng tiêu chuẩn mở phù hợp với mọi thiết bị điện - điện tử trên thị trường. Dễ dàng điều khiển Công nghệ không dây làm giảm chi phí và những rắc rối của mạng có dây truyền thống. Sử dụng tần số quốc tế 2.4 GHz dễ dàng lắp đặt và sử dụng. Tính năng điều khiển tự động hoặc bán tự động: Giải thoát sức lao động của con người.
Kết nối Internet cho phép điều khiển từ xa. Tự lắp đặt, tự cài đặt dễ dàng. An toàn Dễ dàng lắp đặt cảm biến không dây để giám sát an ninh ngôi nhà. Nhận thông báo tức thì khi có sự kiện bất thường xảy ra.
AES hệ thống không dây được mã hóa đặc biệt, đảm bảo chỉ duy nhất chủ nhà có khả năng điều khiển hệ thống Liên kết hoạt động Tích hợp điều khiển và giám sát các phân hệ điện của ngôi nhà cũng như các hệ an ninh, kiểm soát truy nhập… Vì các ứng dụng đều được xây dựng ở dạng module do đó người sử dụng chỉ phải mua những thiết bị mà mình cần. Có thể kết hợp sử dụng nhiều dòng sản phẩm mà không cần quan tâm tới nhà sản xuất có thể làm việc với mạng ZigBee khác.2: So sánh các kỹ thuật không dây 7 do an Hình 2.3: So sánh phạm vi hoạt động của ZigBee Ứng dụng Tần số chung toàn cầu 2.4 GHz Pin sử dụng có tuổi thọ lớn Khoảng cách không dây 70m trong nhà, 400m ngoài nhà Việc kết nối mạng linh hoạt đảm bảo đáp ứng mọi quy mô của ngôi nhà Khả năng mở rộng tới hàng ngàn thiết bị Tích hợp khả năng điều khiển và giám sát trạng thái hoạt động của các hệ chiếu sáng, an ninh, rèm cửa, bơm nước, bình nóng lạnh, điều hòa. Kiến trúc mạng ZigBee Chia làm 3 phần chính Ứng dụng ZigBee stack Radio Và được chia thành các lớp, mỗi lớp không biết gì về lớp trên nó. Lớp trên được xem như một “master” mà gửi yêu cầu cho “slave” bên dưới làm.
8 do an Hình 2.4: Kiến trúc của mạng ZigBee Giữa các lớp là “Service Access Points” (SAPs). SAPs cung cấp API tách biệt bên trong lớp khỏi các lớp trên và bên dưới. Giống như đặc tả IEEE 802.4, ZigBee dùng 2 SAPs cho mỗi lớp, một cho dữ liệu và một cho sự quản lý. Ví dụ, tất cả các sự truyền thông dữ liệu đến và từ lớp network đi qua “Network Layer Data Entity Service Access Point” (NLDE-SAP).
Các yêu cầu trong đặc tả ZigBee giống như APSDE-DATA. Một yêu cầu gửi dữ liệu ra radio nhưng chỉ được khởi tạo ở lớp APS. Hai lớp thấp nhất, MAC và PHY được định nghĩa bởi đặc tả IEEE 802. Lớp PHY đơn giản dịch các packet thành các over-the-air bits và ngược lại.
Lớp MAC cung cấp khái niệm của một network, gồm một PAN ID, và kết nối thông qua các beacon requests và responses. Nó cũng cung cấp các per-hop acknowledgment và một vài lệnh cho việc tham gia và tạo một mạng. Lớp MAC không có multi-hop hay mesh. Lớp NWK có trách nhiệm cho hình thành mạng mesh, gồm broadcasting các packets qua mạng, xác định các đường đi cho các unicasting packets, và đảm bảo 9 do an các packets được gửi một cách tin cậy từ một node đến node khác.
Lớp network cũng có một tập các lệnh cho mục đích bảo mật, gồm bảo mật tham gia và tái tham gia mạng. Tất cả các mạng ZigBee được bảo mật ở lớp NWK, và toàn bộ payload của NWK frame được mã hóa. Lớp APS có trách nhiệm cho ứng dụng. Nó hoạt động như một bộ lọc cho ứng dụng chạy phía trên nó các endpoints đơn giản là logic trong các ứng dụng này.
Nó hiểu những gì các clusters và endpoints đưa ra, và kiểm tra xem endpoint là một thành viên của Application Profile và group trước khi gửi message lên trên. Lớp APS cũng lọc các message trùng mà hoàn toàn được gửi lên bởi lớp NWK. Lớp APS giữ một bảng local binding, một bảng chỉ các node hoặc các group trong network mà node muốn giao tiếp đến. Lớp ZDO (bao gồm ZigBee Device Profile, ZDP) có trách nhiệm cho quản lý cục bộ và over-the-air của network.
Nó cung cấp các dịch vụ để khám phá các nodes khác và các dịch vụ trong network, và có trách nhiệm trực tiếp cho trạng thái hiện tại của node trên network. Application Framework chứa ZigBee Cluster Library và cung cấp một framework mà các ứng dụng chạy bên trong. Các endpoints là cơ chế được sử dụng tách biệt một ứng dụng khỏi các ứng dụng khác. Các dịch vụ bảo mật được dùng bởi nhiều lớp, và có thể được dùng bởi các lớp ZDO, APS, or NWK, do đó nó nằm ở cạnh.
Tại lớp MAC, được gọi là một PAN information Base (PIB). Tại lớp network được gọi là Network Information Base (NIB), và tất nhiên AIB cho lớp APS. Tất cả “information base” nghĩa là các cài đặt của lớp đó. Thành phần mạng Một mạng kiểu ZigBee gồm có 3 loại thiết bị : * ZC (ZigBee Coordinator) : đây là thiết bị gốc có khả năng quyết định kết cấu mạng, quy định cách đánh địa chỉ và lưu giữ bảng địa chỉ.
Mỗi mạng chỉ có duy nhất một Coordinator và nó cũng là thành phần duy nhất có thể truyền thông với các mạng khác. * ZR (ZigBee Router) : có các chức năng định tuyến trung gian truyền dữ liệu, phát hiện và lập bản đồ các nút xung quanh, theo dõi, điều khiển, thu thập dữ liệu như nút bình thường. Các router thường ở trạng thái hoạt động (active mode) để truyền thông với các thành phần khác của mạng. * ZED (ZigBee End Devide) : các nút này chỉ truyền thông với Coordinator hoặc Router ở gần nó, chúng được coi như điểm cuối của mạng và chỉ có nhiệm vụ hoạt động/đọc thông tin từ các thành phần vật lý.
ZED có kết cấu đơn giản và 10 do an thường ở trạng thái nghỉ (sleep mode) để tiết kiệm năng lượng.