Chương 1. Tổng quan về hệ thống IoT IoT viết tắt của “Internet of Things” là một định nghĩa cho một hệ thống mà ở đó các mỗi thành phan trong hệ thống có thé kết nỗi, giao tiếp và truyền tải thông tin với nhau để từ đó cùng giải quyết những yêu cầu về mặt vận hành của hệ thống tương ứng với những yêu cầu và mục đích được thiết kế. Được định nghĩ lần đầu bởi Kevin Ashton khi ông có ý tưởng nhúng RFID vào các sản pham dé giúp cho việc quản lý và phân tích chuỗi cũng ứng được diễn ra thuận lợi và dễ dàng hơn. Khác vơi internet mà con người đã sử dung quá thông dụng ngày nay, bản thân “internet” trong IoT chỉ đến khả năng kết nối và giao tiếp dưới bất kỳ hình thức, công nghệ nào chứ không chỉ đích danh mạng internet toàn cầu.
Đến nay, trải qua hơn hai thập kỷ phát triển thì IoT càng ngày càng chứng minh được tầm quan trọng và hiệu quả của nó khi gần như moi lĩnh vực đều có dấu vết của ứng dụng IoT, có thé kế đến như y tế, anh ninh, bảo mật,. và giờ đây nó đang dan trở nên phô biến hơn với đời sống con người khi được ứng dụng vào hệ thống nhà thông minh, giúp cho cuộc sống con người trở nên thuận tiện và dễ dàng hơn. loT được ứng dung trong rất nhiều lĩnh vực, tuy nhiên trong giới han dé tài nghiên cứu này thì sẽ tập trung hướng nghiên cứu vào hệ thống IoT có tính tùy biến cao tức không bị giới hạn bởi cả về số lượng, thành phần và cấu trúc, và dựa vào hệ thống IoT xây dựng một mô hình máy học giúp tìm ra được những quy tắc, những đặc điểm trong vận hành của hệ thống. Vì van hạn chế thoi gian nên bộ đữ liệu sẽ được sử dụng từ nguồn có sẵn thay vì phải xây dựng bộ dữ liệu mới từ đầu.
Chính vì vậy nên quyết định sử dụng smart home như là một phương án đề phát triển hệ thống vì nó đáp ứng được yêu cầu được đặt ra đó là hệ thống phải có tính linh hoạt sỐ lượng, thành phần và cau trúc. Smart home cũng có tính ứng dụng cao, bộ dữ liệu dé dàng tiếp cận, trực quan và dễ đánh giá. Vì vậy trong phần nghiên cứu và phát triển về IoT thì tập trung vào các thiết bị loT ứng dụng trong smart home và trong tương lai có thé sẽ tiến hành nghiên cứu trên một số hệ thống IoT khác. Smart home Khái niệm ban đầu của smart home khá là đơn giản, lần đầu xuất hiện về khái niệm này là khoảng năm 1975 khi đó thiết bị được tích hợp sóng vô tuyến và được điều khiển thông quá một bộ remote cầm tay, đến những năm 2000 , 2010 hệ thống được tích hợp khả năng điều khiển và giám sát từ xa với ưu thế về đường truyền internet đã trở nên phô biến.
Đến nay khái niệm về smart home đã thay đối đi rất nhiều, ngoài việc vẫn mang trong mình tính tiện lợi khi có thể giám sát và quản lý từ xa nhưng giờ 13 đây yêu cầu của người dùng đã khắt khe hơn nhất là khi đã đạt được những bước tiến vượt bậc về trí tuệ nhân tạo. Khi giờ đây smart home được nghĩa như là một người quản gia thực thụ, có thé chủ động lên kế hoạch, lịch trình không chỉ hỗ trợ khi được yêu cầu mà còn phải chủ động tham gia quản lý, giám sát, giúp cải thiện chất lượng song của người dùng. Tinh hình thực tế Với ý niệm là sử dụng công nghệ đề thay thế quản gia trong gia đình thì có thể nói, đến hiện tại vẫn chưa thực sự có mô hình hay giải pháp nào có thể thực sự đáp ứng đúng được với khái niệm và một trợ lý ảo thực thụ. Có rất nhiều giải pháp được đưa ra như là hệ thống kiểm soát nhiệt độ phòng dựa vào nhiệt độ, thời tiết, điều chỉnh hệ thống chiếu sáng dựa vào môi trường,.
đa phần nó sẽ chỉ đáp ứng được những thiết bị cụ thé, và đáp ứng những yêu chung chứ chưa thực sự đúng với từng cá nhân với các cá tính riêng biệt 1. Nguyên nhân của van đề trên là gì Có rất nhiều yếu tố cau thành va ảnh hưởng đến sự phát triển của smart home nói riêng cũng như các mô hình tác động trực tiếp với con người nói chung như các hệ thống xe tự lái, tự hành,. vốn đang mang vai trò hỗ trợ là chính chứ chưa thể thay thế con người hoàn toàn. Một trong những nguyên nhân lớn nhất phải nói đến là vẫn đề về công nghệ, và tất nhiên van dé về công nghệ không thé xử lý trong nay mai được; Tuy nhiên đây không phải là nguyên nhân mà bản thân cho là quan trọng nhất và cũng không phải là thứ mà đề tài này muốn hướng tới.
Một trong những nguyên nhân mà với góc nhìn chủ quan dẫn đến khóa có mô hình nào hiệu quả cho hệ thống Smart home là vì không có một thước đo phương pháp đo cụ thê nào cho việc đánh giá độ hiệu quả. Không giống với hệ thống hỗ trợ hay tự lái trên xe ô tô khi mà việc tham gia giao thông bản thân nó đã có những luật lệ, chỉ dẫn cần phải tuân thủ, và những trang bị, thành phần trên xe ô tô cũng có sự thống nhất và có ít sự thay đổi cả về số lượng và tính năng. Hệ thống smart home thì không như vậy, không có một khuôn mẫu nào cho việc xây dựng như thé nào là tốt và như thé nào là phù hợp cả bởi lẽ mỗi căn nhà bản thân nó đã không có thiết kế chung nào cả, cũng chắng có quy tắc nào trong việc những thiết bị nào được sử dụng, số lượng cũng như bố trí, tất cả là do cá tính, thói quen và lối sống của mỗi người dùng. Có thể nói một cách phiến diện rằng khó có một mô hình chung tổng quát nào mà có thê đáp ứng được yêu cầu cho tất cả mọi người như vậy.
14 Bản thân bài nghiên cứu này cũng tương tự và được lập ra không phải là dé giải quyết hay đưa những đề xuất có thé xử lý được triệt dé van dé này, mà chỉ đơn giản là đưa ra cũng như xem xét một số phát hiện và nghiên cứu của bản thân với hi vọng chung một tay, góp sức cho phát triển của công nghệ và ứng dụng của chúng trong cuộc sông 1. Đề tài nghiên cứu Qua những gi đã trình bày thì bản thân xin được tóm gọn và giới thiệu về chủ đề mục tiêu nghiên cứu của bài luận này. Về mục tiêu, mục tiêu của đề tài này là hướng đến việc xây dựng một hệ thống IoT ứng dụng trong gia đình mà có thé tạm gọi là smart home mặc dù không thé đáp ứng đúng được những yêu cầu hiện nay về thứ gọi là “smart home”. Hệ thống sẽ chỉ tập trung vào 3 khía cạnh của IoT đó là: khả năng giao tiếp, khả năng phối hợp của hệ thống và tính thời gian thực; trong đó tính thời gian thực là ưu tiên hàng đầu và là cơ sở nền tảng cho việc phát triển hệ thống về sau.
Một mô hình máy học được xây dựng dựa trên những phát hiện và đề xuất của bản thân trong việc nhận diện hành vi và hỗ trợ điều khiến các thiết bị trong hệ thống. Với tiêu chí thiết kế là nhỏ gọn, đáp ứng nhanh và có thê ứng dụng và nhúng vào hệ thống. Nói qua về kết quả của công trình nghiên cứu thì có thể nói là cơ bản đã đáp ứng được những tiêu chí kê trên được đặt ra ban đầu cho việc thiết kế hệ thống. Về hệ thống IoT thì hệ thống được xây dựng trên nền tảng công nghệ giao tiếp Bluetooth Mesh 4.2, có khả năng mở rộng, tái câu trúc hệ thống khi cho phép thêm, xóa, sửa các thiết bị trong hệ thống, web base cloud database dé lưu trữ thông tin hệ thống, một Gateway đóng vai trò là xử lý trung tâm cho hệ thống, 2 node đại diện cho 2 thiết bị trong hệ thống là một cảm biến đóng mở cửa và một thiết bị đèn, ứng dụng điện thoại trực quan dễ dàng sử dụng để giám sát cũng như quản lý hệ thống từ xa.
Trong môi trường đường truyền kết nối mạng ôn định và các node trong hệ thống phần cứng nằm trong vùng hoạt động lý tưởng, hệ thống có thời gian đáp ứng với những yêu cau, tín hiệu điều khiển từ ứng dụng điện thoại là 2 giây dé điều khiển một thiết bị trong hệ thống (thiết bị đèn). Một mô hình máy học sử dụng kỹ thuật data mining giúp phân loại, gan nhãn cũng như dự đoán hành vi của người dùng trong tương lai gần với thời gian phản hồi nhanh khi sử dụng những mô hình máy học không quá như K-Mean, Association rule,. có tiềm năng trong việc nhúng vào hệ thống IoT. Cơ sở lý thuyết Trong chương này nội dụng sẽ tập trung vào phân tích một số bài viết nghiên cứu tiêu biểu về cùng lĩnh vực HAR.
Phân tích hướng tiếp cận van đề của tác giả, hướng nghiên cứu và kết quả của mỗi bài viết, từ đó đưa ra nhận định về ưu nhược điểm của mỗi bài nghiên cứu và đồng thời đề xuất một hướng tiếp cận, phương pháp nghiên cứu mới, đề cập và phân tích một số lý thuyết liên quan được sử dụng trong đề tài nghiên cứu của khóa luận. Một so nghiên cứu có cùng đề tài vé nhận diện hành vi người dùng 2. Bài viết “Human Activity Recognition from Wireless Sensor Network Data: Benchmark and Software”[1] 2. Hướng tiếp cận của bài nghiên cứu Tác giả của bài viết tiếp cận đến bài toán HAR (Human Activity Recognition) trong môi trường sinh hoạt trong nhà, căn hộ, nói chung là trong không gian sống và sinh hoạt hằng ngày của một người duy nhất.
Tác giả cho rằng mỗi hành động của con người trong quá trình sinh hoạt đều ánh xạ, liên quan đến một nhóm các dụng cụ, thiết bị cụ thể, ví dụ như khi ăn uống thì sẽ sử dụng tủ lạnh, ngăn đông, tủ chén đĩa,. Và bằng cách thu thập dữ liệu về thời gian sử dụng, tương tác của người dùng với của các dụng cụ, đồ vật, thiết bị trong nhà theo thời gian thực cùng với dữ liệu về gán nhãn các công việc cụ thê được diễn ra trong các hoảng thời gian, và kết hợp với các mô hình toán học hiện đại, tác giả muốn tìm ra được đặc trưng của mỗi hành động thông quá các thiết bi.