ĐẶT VẤN ĐỀ 1. TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong quá trình phát triển của con người, những cuộc cách mạng về công nghệ đóng một vai trò rất quan trọng, chúng làm thay đổi từng ngày từng giờ cuộc sống của chúng ta, theo hướng hiện đại hơn. Dân số càng tăng, nhu cầu cũng tăng theo, các dịch vụ, các tiện ích từ đó cũng được hình thành và phát triển theo. Đặc biệt là áp dụng các công nghệ của các ngành điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông vào trong thực tiễn cuộc sống con người.
Công nghệ IoT được tích hợp từ các kỹ thuật điện tử, tin học và viễn thông tiên tiến vào trong mục đích nghiên cứu, giải trí, sản xuất, kinh doanh, v., phạm vi này ngày càng được mở rộng, để tạo ra các ứng dụng đáp ứng cho các nhu cầu trên các lĩnh vực khác nhau. Hiện nay, mặc dù khái niệm IoT đã trở nên khá quen thuộc và được ứng dụng khá nhiều trong các lĩnh vực của đời sống con người, đặc biệt ở các nước phát triển có nền khoa học công nghệ tiên tiến. Tuy nhiên, những công nghệ này chưa được áp dụng một cách rộng rãi ở nước ta, do những điều kiện về kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu sử dụng. Song nó vẫn hứa hẹn là một đích đến tiêu biểu cho các nhà nghiên cứu, cho những mục đích phát triển đầy tiềm năng.
Được sự định hướng và chỉ dẫn của Tiến sĩ Huỳnh Phước Hải, em đã chọn đề tài khóa luận “Xây dựng hệ thống giám sát môi trường tại phòng máy chủ”. Trên cơ sở tìm hiểu về IoT, khóa luận còn thực hiện một thực nghiệm cho mạng cảm biến để giám sát các thông số môi trường tiêu biểu (nhiệt độ, độ ẩm, không khí) đối với việc theo dõi và bảo trì phòng máy chủ. Phòng máy chủ/Server Room chính là Trung tâm xử lý và lưu trữ dữ liệu của mỗi tổ chức doanh nghiệp. Do đó, việc Quản lý giám sát phòng máy chủ/Server Room nhằm đảm bảo các điều kiện hoạt động liên tục cho hệ thống công nghệ thông tin, cung cấp điều kiện tiêu chuẩn về môi trường như: hệ thống thông gió, làm mát, hệ thống chống ẩm, đảm bảo duy trì hoạt động ổn định của trung tâm dữ liệu và nâng cao tuổi thọ các thiết bị phần cứng là nhu cầu bắt buộc không thể thiếu đối với mỗi tổ chức, doanh nghiệp.
Là cơ sở để các hoạt động sản xuất kinh doanh của tổ chức doanh nghiệp được diễn ra bình thường, liên tục. Với tầm quan trọng đó mà vấn đề an toàn cho phòng máy chủ cần được đưa lên hàng đầu, và giải pháp tiêu biểu nhất chính là lắp đặt hệ thống giám sát môi trường cho phòng máy chủ, nhằm giúp việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm, 1 không khí,.trong phòng tốt hơn, giúp giải quyết các rủi ro hoặc vấn đề phát sinh kịp thời và an toàn. Từ đó, duy trì tuổi thọ của phần cứng ở mức tối đa và hoạt động hết công suất. PHẠM VI - Hỗ trợ theo dõi chất lượng môi trường tại phòng máy chủ.
- Hỗ trợ thống kê dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí. - Hỗ trợ cảnh báo bằng còi và email khi chất lượng môi trường phòng không đạt chuẩn. - Hỗ trợ điều chỉnh tham số cảm biến. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đề tài tập trung nghiên cứu dựa trên cơ sở là công nghệ IoT để tạo ra một nền tảng, ứng dụng giúp giám sát, cảnh báo và vận hành tốt hệ thống phòng máy chủ.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tài liệu về các module cảm biến, Raspberry Pi và các ứng dụng của chúng. Phương pháp thực nghiệm: phân tích, thiết kế, xây dựng, phát triển và kiểm thử phần mềm. 2 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Định nghĩa Thiết bị (device): Đối với Internet Of Things, đây là một phần của cả hệ thống với chức năng bắt buộc là truyền thông và chức năng không bắt buộc là: cảm biến, thực thi, thu thập dữ liệu, lưu trữ và xử lý dữ liệu.
Internet Of Things: Là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, mang đến những dịch vụ tiên tiến bằng cách kết nối các “Things” (cả physical lẫn virtual) dựa trên sự tồn tại của thông tin, dựa trên khả năng tương tác của các thông tin đó, và dựa trên các công nghệ truyền thông. Things: Đối với Internet Of Things, “Things” là một đối tượng của thế giới vật chất (physical things) hay thế giới thông tin ảo (virtual things). “Things” có khả năng được nhận diện, và “Things” có thể được tích hợp vào trong mạng lưới thông tin liên lạc. Khái niệm IoT IoT là mạng kết nối các đồ vật và thiết bị thông qua cảm biến, phần mềm và các công nghệ khác, cho phép các đồ vật và thiết bị thu thập và trao đổi dữ liệu với nhau.
IoT lan tỏa lợi ích của mạng internet tới mọi đồ vật được kết nối, chứ không chỉ dừng lại ở phạm vi một chiếc máy tính. Khi một đồ vật được kết nối với internet, nó sẽ trở nên thông minh hơn nhờ khả năng gửi và/hoặc nhận thông tin và tự động hoạt động dựa trên các thông tin đó. Các thiết bị IoT có thể là đồ vật được gắn thêm cảm biến để thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh (giống như các giác quan), các máy tính/bộ điều khiển tiếp nhận dữ liệu và ra lệnh cho các thiết bị khác, hoặc cũng có thể là các đồ vật được tích hợp cả hai tính năng trên. IoT có thể được coi là một tầm nhìn sâu rộng của công nghệ và cuộc sống.
Từ quan điểm của tiêu chuẩn kỹ thuật, IoT có thể được xem như là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, tạo điều kiện cho các dịch vụ tiên tiến thông qua sự liên kết các “Things”. IoT dự kiến sẽ tích hợp rất nhiều 3 công nghệ mới, chẳng hạn như các công nghệ thông tin machine-to-machine, mạng tự trị, khai thác dữ liệu và ra quyết định, bảo vệ sự an ninh và sự riêng tư, điện toán đám mây. Như hình dưới, một hệ thống thông tin trước đây đã mang đến 2 chiều – “Any TIME” và “Any PLACE” communication. Giờ IoT đã tạo thêm một chiều mới trong hệ thống thông tin đó là “Any THING” Communication (Kết nối mọi vật).
IoT kết nối vạn vật Trong hệ thống IoT, “Things” là đối tượng của thế giới vật chất (Physical) hoặc các thông tin (Virtual). “Things” có khả năng nhận diện và có thể tích hợp vào mạng thông tin. “Things” có liên quan đến thông tin, có thể là tĩnh hay động. “Physical Things” tồn tại trong thế giới vật lý và có khả năng được cảm nhận, được kích thích và kết nối.
Ví dụ về “Physical Things” bao gồm các môi trường xung quanh, robot công nghiệp, hàng hóa, hay thiết bị điện… “Virtual Things” tồn tại trong thế giới thông tin và có khả năng được lưu trữ, xử lý, hay truy cập. Ví dụ về “Virtual Things” bao gồm các nội dung đa phương tiện và các phần mềm ứng dụng… 2. IoT từ góc nhìn kỹ thuật Như đề cập ở 2.1, “Things” trong IoT có thể là đối tượng vật lý (Physical) hoặc là đối tượng thông tin (hay còn gọi là đối tượng ảo – Virtual). Hai loại đối tượng này có thể ánh xạ (mapping) qua lại lẫn nhau.
Một đối tượng vật lý có thể được trình bày hay đại diện bởi một đối tượng thông tin, tuy nhiên một đối tượng thông tin có thể tồn tại mà không nhất thiết phải được ánh xạ từ một đối tượng vật lý nào. Hệ thống IoT từ góc nhìn kỹ thuật Trong hình 1, một “device” là một phần của hệ thống IoT. Chức năng bắt buộc của một device là giao tiếp, và chức năng không bắt buộc là cảm biến, thực thi, thu thập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu và xử lý dữ liệu. Các thiết bị thu thập các loại thông tin khác nhau và cung cấp các thông tin đó cho các network khác nơi mà thông tin được tiếp tục xử lý.
Một số thiết bị cũng thực hiện các hoạt động dựa trên thông tin nhận được từ network. Truyền thông thiết bị - thiết bị: Có 3 cách các devices giao tiếp lẫn nhau. (a) Các devices giao tiếp thông qua các mạng lưới thông tin liên lạc gọi là gateway, (b) các devices giao tiếp qua mạng lưới thông tin liên lạc mà không có một gateway, hoặc (c) các device liên lạc trực tiếp với nhau qua mạng nội bộ. Trong hình 1, mặc dù ta thấy chỉ có sự tương tác diễn ra ở Physical Things (các thiết bị giao tiếp với nhau).
Thực ra vẫn còn hai sự tương tác khác đồng thời diễn ra. Đó là tương tác Virtual Things (trao đổi thông tin giữa các virtual things), và tương tác giữa Physical Things và Virtual Things. Các ứng dụng IoT rất đa dạng, ví dụ, “hệ thống giao thông thông minh”, “Lưới điện thông minh”, “sức khỏe điện tử”, hoặc “nhà thông minh”. Các ứng dụng có thể được dựa trên một nền tảng riêng biệt,cũng có thể được xây dựng dựa trên dịch vụ chung, chẳng hạn như chứng thực, quản lý thiết bị, tính phí, thanh toán… Các “Communication networks” chuyển dữ liệu được thu thập từ devices đến các ứng dụng và device khác, và ngược lại, các network này cũng chuyển các mệnh lệnh thực thi từ ứng dụng đến các device.
Vai trò của communication network là truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả và tin cậy. Các loại thiết bị khác nhau và mối quan hệ Yêu cầu tối thiểu của các “device” trong IoT là khả năng giao tiếp. Thiết bị sẽ được phân loại vào các dạng như thiết bị mang thông tin, thiết bị thu thập dữ liệu, thiết bị cảm ứng (sensor), thiết bị thực thi: - Thiết bị mang dữ liệu (Data carrierring device): Một thiết bị mang thông tin được gắn vào một Physical Thing để gián tiếp kết nối các Physical Things với các mạng lưới thông tin liên lạc. - Thiết bị thu thập dữ liệu (Data capturing device): Một device thu thập dữ liệu có thể được đọc và ghi, đồng thời có khả năng tương tác với Physical Things.
Sự tương tác có thể xảy ra một cách gián tiếp thông qua device mang dữ liệu, hoặc trực tiếp thông qua dữ liệu gắn liền với Physical Things. Trong trường hợp đầu tiên, các device thu thập dữ liệu sẽ đọc thông tin từ một device mang tin và có ghi thông tin từ các network và các device mang dữ liệu. - Thiết bị cảm ứng và thiết bị thực thi (sensing device and actuation device): Một device cảm nhận và device thực thi có thể phát hiện hoặc đo lường thông tin liên quan đến môi trường xung quanh và chuyển đổi nó sang tín hiệu dạng số.