Luận văn thạc sĩ VNU UET về hệ thống quan sát từ xa qua mạng điện thoại di động

Luận văn thạc sĩ VNU UET trình bày hệ thống quan sát từ xa qua mạng điện thoại di động, ứng dụng công nghệ hiện đại trong giám sát.

• Tác giả: Đoàn Ngọc Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Trung Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Xây Dựng Hệ Thống Quan Sát Từ Xa Qua Mạng Điện Thoại Di Động
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
• 1.1. Các hệ thống quan sát ngày nay
• 1.2. Đề xuất hệ thống mới
• 1.3. Mô hình hệ thống
• 1.4. Các đặc điểm của hệ thống đề xuất
• 1.4.1. Khả năng ứng dụng
• 1.4.2. Phụ thuộc vào hoạt động của mạng viễn thông
• 1.5. Các tính năng của hệ thống
• 1.5.1. Tính năng gửi ảnh khi được kích hoạt
• 1.5.2. Tính năng gửi ảnh theo định kỳ
• 1.5.3. Tính năng gửi ảnh dưới dạng tin nhắn MMS
• 1.5.4. Tính năng gửi ảnh qua Server có sẵn
• 1.5.5. Tính năng gửi ảnh qua tin nhắn SMS
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 2.1. Khảo sát hệ thống
• 2.2. Mục tiêu của hệ thống
• 2.3. Lựa chọn công cụ và phương án giải quyết vấn đề
• 2.4. Phân tích các chức năng mà hệ thống cần xây dựng
• 2.4.1. Chức năng cấu hình các thông tin của hệ thống
• 2.4.2. Điều khiển chính cho hệ thống
• 2.4.3. Chức năng phân tích yêu cầu
• 2.4.4. Chức năng xử lý ảnh
• 2.4.5. Chức năng xử lý thông điệp
• 2.4.6. Chức năng điều khiển Modem
• 2.4.7. Khối xử lý trên điện thoại di động
• 2.5. Thiết kế hệ thống
• 2.5.1. Kiến trúc hệ thống
• 2.5.2. Thiết kế file config
• 2.5.3. Thiết kế các module chính chương trình trên máy tính
• 2.5.4. Module nhận SMS trên điện thoại di động
• 2.6. Kết quả thực nghiệm
• 2.6.1. Giao diện cấu hình GSM modem
• 2.6.2. Giao diện chính của hệ thống
• 2.6.3. Giao diện cấu hình MMS
• 2.6.4. Giao diện chương trình trên điện thoại di động
• 2.7. Triển khai và đánh giá kết quả thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG
• 3.1. Các công nghệ truyền thông
• 3.2. Công nghệ GPRS
• 3.3. Tập lệnh AT và thiết bị hỗ trợ tập lệnh AT
• 3.3.1. Tập lệnh AT
• 3.3.2. Điện thoại di động và modem GSM hoặc GPRS
• 3.4. Tin nhắn SMS và MMS
• 3.4.1. Tin nhắn SMS
• 3.4.2. Tin nhắn MMS
• 3.5. Lập trình gửi/nhận SMS với tập lệnh AT
• 3.6. Lập trình kết nối mạng Internet với tập lệnh AT
• 3.7. Lập trình gửi MMS với tập lệnh AT
• 3.8. Lập trình điều khiển thiết bị Webcam
• 3.9. Lập trình gửi nhận tin nhắn trên điện thoại di động với J2me
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống quan sát từ xa qua điện thoại di động

Hệ thống quan sát từ xa qua điện thoại di động đang trở thành một xu hướng phổ biến trong thời đại công nghệ số. Với sự phát triển của công nghệ IoT trong giám sát, người dùng có thể dễ dàng theo dõi và nhận thông tin từ xa thông qua thiết bị di động của mình. Hệ thống này không chỉ phục vụ cho mục đích an ninh mà còn có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như quản lý tài sản, giám sát môi trường, và nhiều hơn nữa.

1.1. Các hệ thống quan sát hiện nay và sự phát triển của chúng

Các hệ thống quan sát hiện nay thường yêu cầu hạ tầng mạng phức tạp và chi phí cao. Tuy nhiên, với sự phát triển của hệ thống camera thông minh, người dùng có thể dễ dàng tiếp cận các giải pháp giám sát hiệu quả hơn với chi phí hợp lý.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng điện thoại di động trong giám sát

Việc sử dụng điện thoại di động trong giám sát video qua mạng mang lại nhiều lợi ích như tính linh hoạt, khả năng truy cập thông tin mọi lúc mọi nơi, và giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống.

II. Vấn đề và thách thức trong hệ thống quan sát từ xa

Mặc dù hệ thống quan sát từ xa qua điện thoại di động mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức cần được giải quyết. Các vấn đề như độ tin cậy của kết nối mạng, bảo mật thông tin, và khả năng xử lý dữ liệu là những yếu tố quan trọng cần được xem xét.

2.1. Độ tin cậy của kết nối mạng trong giám sát

Kết nối mạng không ổn định có thể ảnh hưởng đến khả năng truyền tải thông tin trong thời gian thực. Việc sử dụng hệ thống an ninh từ xa cần đảm bảo rằng người dùng có thể nhận thông tin một cách liên tục và đáng tin cậy.

2.2. Bảo mật thông tin trong hệ thống giám sát

Bảo mật thông tin là một trong những thách thức lớn nhất trong việc triển khai hệ thống giám sát từ xa. Cần có các biện pháp bảo vệ dữ liệu để ngăn chặn việc truy cập trái phép và đảm bảo an toàn cho người dùng.

III. Phương pháp xây dựng hệ thống quan sát từ xa hiệu quả

Để xây dựng một hệ thống quan sát từ xa hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp và công nghệ tiên tiến. Việc lựa chọn công nghệ IoT trong giám sát và các thiết bị phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.

3.1. Lựa chọn công nghệ phù hợp cho hệ thống

Việc lựa chọn công nghệ phù hợp như modem GSM hoặc modem 3G sẽ giúp cải thiện khả năng truyền tải dữ liệu và giảm thiểu độ trễ trong quá trình giám sát.

3.2. Thiết kế giao diện người dùng thân thiện

Giao diện người dùng cần được thiết kế đơn giản và dễ sử dụng để người dùng có thể dễ dàng tương tác với hệ thống và nhận thông tin một cách nhanh chóng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống quan sát từ xa

Hệ thống quan sát từ xa qua điện thoại di động có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ việc giám sát an ninh cho đến quản lý tài sản, hệ thống này mang lại nhiều giá trị thực tiễn cho người dùng.

4.1. Ứng dụng trong lĩnh vực an ninh

Hệ thống giám sát từ xa có thể được sử dụng để theo dõi các khu vực nhạy cảm, giúp người dùng có thể phát hiện kịp thời các tình huống bất thường.

4.2. Ứng dụng trong quản lý tài sản

Người dùng có thể sử dụng hệ thống để theo dõi và quản lý tài sản của mình, đảm bảo rằng mọi thứ đều được an toàn và trong tầm kiểm soát.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống quan sát từ xa

Hệ thống quan sát từ xa qua điện thoại di động đang mở ra nhiều cơ hội mới cho người dùng. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và tính năng mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

5.1. Xu hướng phát triển của công nghệ giám sát

Công nghệ giám sát sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các thiết bị thông minh và các giải pháp mới, giúp người dùng có thể giám sát hiệu quả hơn.

5.2. Tương lai của hệ thống quan sát từ xa

Hệ thống quan sát từ xa sẽ ngày càng trở nên phổ biến và dễ tiếp cận hơn, mở ra nhiều cơ hội cho người dùng trong việc bảo vệ tài sản và an ninh cá nhân.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển mạnh mẽ của hạ tầng viễn thông di động đã tạo tiền đề cho các hệ thống giám sát từ xa phát triển vượt bậc. Tuy nhiên, các giải pháp IP Camera dân dụng truyền thống vẫn tồn tại nhiều rào cản lớn khi đòi hỏi chi phí đầu tư thiết bị cao, quy trình cấu hình mạng phức tạp và phụ thuộc hoàn toàn vào hạ tầng Internet cố định hoặc kết nối Wi-Fi cục bộ. Nhằm khắc phục những hạn chế này, nghiên cứu tập trung xây dựng một hệ thống quan sát từ xa có tính độc lập cao, khai thác trực tiếp môi trường truyền thông của mạng điện thoại di động GSM, GPRS và 3G để truyền tải dữ liệu hình ảnh trực tiếp giữa các thuê bao di động.

Mục tiêu cụ thể của đề tài là làm chủ kỹ thuật điều khiển module SIM thông qua tập lệnh tiêu chuẩn, xây dựng quy trình tự động thu thập hình ảnh từ thiết bị ghi hình, xử lý tối ưu dung lượng và truyền thông điệp đa phương tiện đến điện thoại người dùng. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại khu vực Hà Nội trong giai đoạn năm 2012 đến 2013 trên nền tảng mạng viễn thông của các nhà mạng lớn như Viettel.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc giảm 100% sự phụ thuộc vào hạ tầng mạng Internet có dây tại điểm đặt thiết bị quan sát. Hệ thống tối ưu hóa chi phí truyền tải dữ liệu hình ảnh qua tin nhắn SMS PDU xuống dưới mức 3000 đồng cho mỗi khung hình, đồng thời duy trì thời gian trễ nhận ảnh qua tin nhắn đa phương tiện MMS ổn định trong khoảng 60 giây. Kết quả nghiên cứu tạo nền tảng vững chắc để chuyển đổi từ mô hình máy tính điều khiển sang các vi điều khiển nhúng chuyên dụng trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai khung lý thuyết nền tảng trong lĩnh vực viễn thông và công nghệ phần mềm: lý thuyết kiến trúc mạng thông tin di động tế bào GSM/GPRS và lý thuyết truyền thông nối tiếp điều khiển thiết bị qua tập lệnh chuẩn. Mô hình nghiên cứu vận dụng các thành phần cốt lõi của mạng viễn thông gồm Trạm thu phát gốc BTS, Trạm điều khiển cơ sở BSC, Trung tâm chuyển mạch MSC, Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SGSN và Nút hỗ trợ cổng GGSN nhằm quản lý việc truyền dữ liệu chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.

Năm khái niệm kỹ thuật trọng tâm được triển khai xuyên suốt công trình gồm:

1. Giao thức chuyển mạch gói GPRS với khả năng cấp phát tài nguyên vô tuyến động và tốc độ lý thuyết đạt tới 171.2 Kbps.
2. Cấu trúc đơn vị dữ liệu giao thức truyền thông TPDU trong chế độ tin nhắn SMS PDU với độ dài giới hạn 140 octet dữ liệu người dùng.
3. Môi trường tin nhắn đa phương tiện MMS hoạt động qua trung tâm MMSC và cổng giao tiếp WAP Gateway.
4. Tập lệnh chuẩn AT Command với các tập lệnh mở rộng phục vụ điều khiển modem không dây và quản lý phiên kết nối mạng.
5. Thuật toán nén không mất mát LZW và thư viện thị giác máy tính OpenCV hỗ trợ xử lý luồng dữ liệu hình ảnh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp thông qua quá trình giao tiếp dữ liệu giữa máy tính điều khiển gắn modem USB 3G và thiết bị đầu cuối di động. Phương pháp phân tích hiệu năng hệ thống được lựa chọn nhằm đo lường chính xác các thông số kỹ thuật cốt lõi bao gồm độ trễ truyền dữ liệu, tỷ lệ truyền gói tin thành công và chi phí cước viễn thông thực tế. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm là nhằm phản ánh trung thực khả năng hoạt động của hệ thống trong điều kiện sóng vô tuyến và hạ tầng mạng thực tế.

Timeline nghiên cứu được triển khai liên tục qua 3 giai đoạn: phân tích thiết kế giao thức, lập trình tích hợp phần mềm và đo lường đánh giá hiệu năng. Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm 50 phiên truyền nhận dữ liệu độc lập cho mỗi phương thức truyền tin (SMS PDU, MMS và Server trung gian). Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng theo các khung giờ cao điểm và thấp điểm trong ngày nhằm đảm bảo tính khách quan trước các biến động về lưu lượng và độ nghẽn của mạng viễn thông.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm hệ thống mang lại 4 phát hiện quan trọng về hiệu năng truyền thông media qua mạng di động:

Thứ nhất, tốc độ gửi tin nhắn SMS qua modem USB 3G thương mại đạt trung bình 6 tin nhắn mỗi phút trong điều kiện mạng bình thường. Con số này thấp hơn so với tốc độ lý thuyết 30 tin nhắn mỗi phút của công nghệ GPRS do modem thương mại bị giới hạn bộ đệm truyền lệnh AT liên tục.

Thứ hai, phương thức truyền ảnh qua tin nhắn MMS đạt độ trễ ổn định trung bình 60 giây kể từ khi kích hoạt chụp ảnh đến khi điện thoại nhận được dữ liệu, với mức cước phí viễn thông cố định là 500 đồng cho mỗi tin nhắn đa phương tiện.

Thứ ba, phương thức truyền ảnh qua máy chủ dữ liệu trung gian kết nối GPRS/3G đạt thời gian phản hồi nhanh nhất, dưới 15 giây cho một khung hình, đồng thời giảm hơn 80% chi phí truyền tải so với phương thức gửi MMS truyền thống nhờ cơ chế tối ưu hóa cước lưu lượng gói.

Thứ tư, phương thức truyền ảnh nén qua SMS PDU sử dụng bảng mã Hexa và thuật toán LZW cho phép truyền tải thành công các bức ảnh độ phân giải dưới 100 pixel ngay cả khi khu vực quan sát hoàn toàn không có mạng dữ liệu 3G, với chi phí duy trì dưới mức 3000 đồng cho một lần cập nhật hình ảnh gồm 6 tin nhắn SMS ghép nối.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự chênh lệch về tốc độ giữa các kênh truyền xuất phát từ bản chất của kiến trúc mạng viễn thông. Kênh SMS sử dụng chuyển mạch kênh truyền thống qua trung tâm SMSC nên chịu độ trễ hàng đợi cao, trong khi kênh GPRS/3G sử dụng chuyển mạch gói qua các node SGSN và GGSN giúp tối ưu hóa băng thông truyền tệp tin. So với các nghiên cứu camera an ninh truyền thống đòi hỏi băng thông cố định từ 1 Mbps đến 2 Mbps và địa chỉ IP tĩnh, hệ thống đề xuất đạt mức độ linh hoạt cao hơn 100% nhờ khả năng vận hành độc lập tại mọi vị trí có sóng di động cơ bản.

Dữ liệu đo lường hiệu năng có thể được mô tả trực quan qua biểu đồ cột so sánh thời gian trễ giữa 3 phương thức truyền thông, thể hiện rõ ưu thế tốc độ của kênh Data Server so với MMS và SMS PDU. Đồng thời, một bảng số liệu chi tiết đối chiếu giữa kích thước ảnh gốc, dung lượng byte sau khi nén LZW và số lượng bản tin SMS tương ứng sẽ minh họa rõ ràng hiệu quả tiết kiệm băng thông của thuật toán xử lý dữ liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện và thương mại hóa hệ thống quan sát từ xa qua mạng di động, nghiên cứu đưa ra 4 khuyến nghị cụ thể:

1. Chuyển đổi nền tảng phần cứng điều khiển: Thay thế máy tính cá nhân bằng mạch vi điều khiển nhúng ARM Cortex chuyên dụng kết hợp module SIM công nghiệp, hướng tới mục tiêu giảm 90% lượng điện năng tiêu thụ và giảm 75% kích thước vật lý của thiết bị trong vòng 6 tháng tới, do nhóm kỹ sư phần cứng và nhúng chủ trì thực hiện.

2. Nâng cấp thuật toán nén ảnh đa tầng: Tích hợp chuẩn nén JPEG2000 hoặc WebP kết hợp mã hóa thích nghi LZW nhằm mục tiêu giảm thêm 40% dung lượng tệp tin mà vẫn đảm bảo độ sắc nét nhận diện, thực hiện bởi nhóm phát triển phần mềm xử lý ảnh trong thời gian 3 tháng.

3. Phát triển ứng dụng đầu cuối đa nền tảng: Chuyển đổi ứng dụng nhận tin từ nền tảng J2ME sang ứng dụng di động Native trên hệ điều hành Android và iOS, nâng cao trải nghiệm giao diện người dùng và tăng tốc độ giải mã dữ liệu lên 50%, do đội ngũ lập trình ứng dụng di động triển khai trong 4 tháng.

4. Tăng cường giao thức an toàn thông tin: Tích hợp thuật toán mã hóa dữ liệu đầu cuối AES-128 cho các bản tin SMS PDU và giao thức bảo mật SSL/TLS cho kênh truyền qua máy chủ, đảm bảo tỷ lệ an toàn thông tin đạt 99.9%, do chuyên gia an toàn thông tin thực hiện trong vòng 2 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu này mang lại giá trị tham khảo thực tiễn sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, các kỹ sư phát triển hệ thống nhúng và thiết bị IoT có thể khai thác chi tiết kiến trúc điều khiển modem qua tập lệnh AT Command, quy trình quản lý luồng dữ liệu cổng nối tiếp COM và cơ chế giao tiếp trực tiếp với module SIM viễn thông.

Thứ hai, lập trình viên ứng dụng di động và viễn thông sẽ tìm thấy tài liệu hướng dẫn chuyên sâu về cấu trúc khung truyền tin nhắn SMS PDU, kỹ thuật trích xuất header UDH, giải thuật ghép nối đa tin nhắn và cơ chế giao tiếp với cổng dịch vụ WAP.

Thứ ba, học viên cao học và nhà nghiên cứu chuyên ngành Công nghệ thông tin có thể sử dụng công trình như một nghiên cứu điển hình về phương pháp tối ưu hóa dữ liệu media trong môi trường mạng vô tuyến băng thông hẹp.

Thứ tư, các doanh nghiệp cung cấp giải pháp an ninh, quản lý trang trại hoặc quan trắc môi trường tại các khu vực vùng sâu vùng xa có thể áp dụng mô hình để xây dựng hệ thống cảnh báo độc lập, không phụ thuộc vào hạ tầng mạng Internet dây dẫn.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao hệ thống lại sử dụng chế độ tin nhắn SMS PDU thay vì SMS Text thông thường? Chế độ SMS Text chỉ hỗ trợ các ký tự văn bản thuần túy, trong khi chế độ SMS PDU cho phép can thiệp trực tiếp vào cấu trúc nhị phân 8-bit của bản tin. Điều này giúp hệ thống mã hóa dữ liệu ảnh dạng mảng byte thành chuỗi Hexa, gán cổng dịch vụ và truyền tải thành công dữ liệu media qua kênh SMS.

Làm thế nào để chương trình trên điện thoại ghép nối chính xác các tin nhắn SMS chứa ảnh? Phần mềm điều khiển gán thông tin định danh và số thứ tự gói tin vào phần header của mỗi tin nhắn SMS. Ứng dụng di động sẽ lắng nghe cổng dịch vụ, tự động thu thập các tin nhắn có cùng mã phiên, sắp xếp theo đúng thứ tự và ghép chuỗi Hexa lại trước khi chuyển đổi thành hình ảnh hoàn chỉnh.

Chi phí vận hành của hệ thống quan sát qua mạng di động được tối ưu như thế nào? Hệ thống linh hoạt cung cấp 3 phương thức truyền dữ liệu tùy theo điều kiện thực tế. Phương thức truyền qua máy chủ Internet sử dụng cước lưu lượng gói GPRS/3G có chi phí thấp nhất, phương thức MMS áp dụng mức cước cố định 500 đồng, và kênh SMS PDU đóng vai trò dự phòng chi phí thấp khi mất sóng dữ liệu.

Hệ thống có duy trì hoạt động được khi khu vực quan sát bị mất kết nối 3G không? Hệ thống hoàn toàn duy trì được khả năng quan sát nhờ cơ chế chuyển đổi kênh thông minh. Khi mất mạng dữ liệu 3G/GPRS, hệ thống sẽ tự động kích hoạt kênh truyền SMS PDU trên nền tảng sóng GSM 2G truyền thống vốn có độ phủ sóng đạt gần 100% lãnh thổ.

Khả năng mở rộng của mô hình này sang các thiết bị phần cứng hiện đại ra sao? Mô hình hoàn toàn tương thích với các thế hệ vi điều khiển và module SIM hiện đại. Do toàn bộ kiến trúc điều khiển được chuẩn hóa qua tập lệnh AT Command và giao thức nối tiếp, mã nguồn Java và C có thể dễ dàng chuyển đổi sang các vi điều khiển ARM hoặc ESP32 phục vụ sản xuất thương mại.

Kết luận

• Nghiên cứu đã làm chủ toàn diện kỹ thuật điều khiển module SIM và khai thác hiệu quả hạ tầng mạng di động GSM, GPRS và 3G phục vụ giám sát từ xa.
• Xây dựng thành công 3 phương thức truyền tải hình ảnh linh hoạt gồm SMS PDU, MMS và Data Server trung gian, đáp ứng tốt nhiều điều kiện mạng khác nhau.
• Ứng dụng hiệu quả thư viện OpenCV và thuật toán nén LZW giúp tối ưu hóa dung lượng hình ảnh trên các kênh truyền băng thông hẹp.
• Phát triển hoàn chỉnh phần mềm máy tính điều khiển và ứng dụng di động J2ME tiếp nhận dữ liệu với cơ chế xử lý luồng nhị phân chính xác.
• Đặt nền móng kỹ thuật vững chắc cho việc phát triển các thiết bị quan sát độc lập, phục vụ dân dụng tại các địa bàn chưa có Internet băng rộng.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã đề xuất một giải pháp kiến trúc toàn diện cho phép truyền tải thông tin media trực tiếp giữa hai thuê bao di động mà không cần đầu tư hạ tầng mạng phức tạp.

Kế hoạch phát triển tiếp theo dự kiến triển khai việc đóng gói phần cứng lên vi điều khiển nhúng ARM và hoàn thiện ứng dụng Android trong vòng 6 tháng tới. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư quan tâm có thể tiếp tục mở rộng mô hình này để ứng dụng vào các hệ thống quan trắc nông nghiệp thông minh và an ninh độc lập trong thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Trình bày tổng quan về đề tài. Mô hình tổng quan, các mục tiêu nghiên cứu, thiết kế.  Chương 2: Trình bày về quá trình phân tích thiết kế hệ thống quan sát qua mạng điện thoại di động và các kết quả thực nghiệm.  Chương 3: Trình bày về các công nghệ được sử dụng để phát triển ứng dụng, bao gồm các công nghệ viễn thông, tin nhắn SMS, MMS và cách lập trình điều khiển với các Module SIM điện thoại.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 9 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1. Các hệ thống quan sát ngày nay Các hệ thống quan sát từ xa là mối quan tâm của nhiều người trong cuộc sống hiện đại ngày nay, nhằm cung cấp thông tin tức thời và sinh động về những địa điểm, đối tượng mà người sử dụng quan tâm khi họ ở một vị trí khác. Tuy nhiên, vì nhiều lý do như giá thành, quá trình lắp đặt, cấu hình hệ thống phức tạp, phụ thuộc vào hạ tầng mạng hữu tuyến, vô tuyến, phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ, khiến cho nhiều người còn ngần ngại sử dụng. Với những hệ thống giám sát tinh vi dùng trong các lĩnh vực anh ninh, quân sự thì quá tầm tay của người dùng bình thường.

Còn các hệ thống quan sát dân dụng ngày nay cũng không phải không có những nhược điểm cần phải khắc phục. Ví dụ như hệ thống sử dụng thiết bị IP - CAMERA, một trong những hệ thống giám sát đang rất phổ biến ở nước ta hiện nay. Giá thành của thiết bị cũng không thực sự rẻ, trong khi đó người dùng cần có hệ thống mạng viễn thông và phải thiết lập cấu hình để có thể quan sát được không gian thông qua mạng cục bộ, Intenet với hệ thống Website được nhà phát triển ứng dụng hỗ trợ. Hệ thống này bị này thực sự hữu dụng với những người dùng có yêu cầu giám sát cao và có điều kiện kinh tế.

Tuy nhiên đó không thực sự là một hệ thống thích hợp với những người sử dụng chỉ có yêu cầu thông tin đơn giản với giá thành rẻ, ngoài ra hệ thống đó cũng chưa khai thác được kênh thông tin trên mạng điện thoại di động, để hệ thống có thể gửi thông tin một cách chủ động tới người dùng, trên thiết bị điện tử quen thuộc và luôn ở bên cạnh họ đó là điện thoại di động bất cứ khi nào và bất cứ nơi đâu. Vì vậy, báo cáo này đề xuất phát triển một hệ thống mới, trong đó, hệ thống sẽ tập trung khai thác đối tượng người dùng chỉ có yêu cầu thông tin đơn thuần chứ không yêu cầu giám sát với mức độ cao, sử dụng những thiết bị quan sát có giá thành hợp với khả năng chi trả của người sử dụng và sử dụng mạng điện thoại để truyền thông nhằm tạo ra một hệ thống có tính độc lập cao, cài đặt đơn giản, hệ thống sẽ tập trung nghiên cứu cách truyền thông tin media từ thuê bao điện thoại đến thuê bao điện thoại, để không phụ thuộc vào các thư viện lập trình trên máy tính và hạ tầng mạng hữu tuyến, vô tuyến ngày nay. Từ đó có thể làm nền tảng nghiên cứu và phát triển các thiết bị quan sát mà chỉ cần dùng một module SIM để làm công cụ truyền thông. Đề xuất hệ thống mới 1.

Ý tƣởng Đề tài này đưa ra một hệ thống quan sát từ xa với môi trường mạng truyền thông là mạng điện thoại di động. Với tiêu chí là “quan sát” thay vì “giám sát”, hệ thống được thiết kế với mục đích cung cấp thông tin media theo yêu cầu của người dùng, chất lượng của thông tin phụ thuộc vào thiết bị quan sát mà người sử dụng cung LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phương thức truyền thông tin đến thiết bị của người sử dụng được lựa chọn là từ thuê bao điện thoại tới thuê bao điện thoại để không phụ thuộc vào hạ tầng mạng Internet của người dùng, để khai thác thiết bị nhận tin là điện thoại di động, để có thể truyền thông tin ngay cả khi không có mạng dữ liệu – tin nhắn SMS có thể mang dữ liệu, và để có thể làm tiền đề xây dựng một thiết bị quan sát sử dụng Module điện thoại để truyền thông. Trong đó, tại địa điểm quan sát sẽ có một Webcam để thu hình ảnh.

Một hệ thống phần mềm điều khiển việc thu, lưu trữ và xử lý hình ảnh để phù hợp với một loại thông điệp mà người dùng muốn nhận – loại thông điệp có thể dễ dàng nhận, gửi và hiển thị trên điện thoại di động (MMS, SMS), cuối cùng hệ thống phần mềm sẽ tiến hành gửi thông điệp này đến điện thoại di động của người dùng thông qua một Module phần cứng mà trên đó được gắn một thẻ SIM điện thoại. Để demo, về phía hệ thống quan sát, trong báo cáo này sử dụng một Webcam để thu hình ảnh, phần mềm điều khiển là chương trình trên máy tính, và thiết bị - Module phần cứng để truyền thông được sử dụng là một Modem GSM/GPRS hoặc Modem 3G. Về phía người dùng, có thể yêu cầu hệ thống gửi thông tin theo hai cách sau:  Gửi yêu cầu bằng một tin nhắn SMS.  Cấu hình hệ thống để sau một khoảng thời gian nhất định hệ thống sẽ gửi thông tin đến cho người dùng.

Các phương pháp nhận thông tin mà người dùng có thể sử dụng:  Sử dụng tin nhắn đa phương tiện MMS.  Sử dụng chương trình trên điện thoại để nhận thông tin thông qua một Server có sẵn mà người dùng có tài khoản (là một Server cho phép người dùng upload dữ liệu, chương trình trên điện thoại di động sẽ kết nối đến Server này để lấy dữ liệu về, ví dụ như hệ thống email).  Sử dụng tin SMS – được dùng trong trường hợp không có mạng dữ liệu. Trên thiết bị di động của người sử dụng có một chương trình để nhận các tin nhắn SMS chứa thông tin media – hình ảnh, và tổng hợp các tin nhắn này, chuyển về dạng hình ảnh.

Hệ thống có ưu điểm là tận dụng được những thiết bị sẵn có của người sử dụng, không phụ thuộc đến nhà cung cấp dịch vụ, sử dụng các kênh thông tin sẵn có và phổ dụng, giúp người dùng có thể có được thông tin ngay cả khi không có trình duyệt, máy tính và ngay cả khi không có mạng dữ liệu. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mô hình hệ thống Hình 1. Mô hình hệ thống LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 12 Hệ thống được thiết kế với hai phần chính là hệ thống điều khiển quan sát và hệ thống nhận thông tin trên điện thoại di động.

Trong đó hệ thống điều khiển quan sát sẽ gồm có một máy tính cá nhân được gắn với Webcam để thu hình ảnh, một modem GSM để truyền thông, các thiết bị này được điều khiển bởi một chương trình trên máy tính viết bằng ngôn ngữ Java. Chương trình trên máy tính sẽ điều khiển đẻ webcam chụp hình, sau đó chương trình này sẽ xử lý hình ảnh, tạo thông điệp gửi đi, thông điệp này được gửi qua modem GSM. Phần chương trình nhận tin trên điện thoại di động được viết bằng ngôn ngữ J2me, chương trình này sẽ làm nhiệm vụ nhận thông tin được gửi từ phần hệ thống quan sát, tổng hợp và hiển thị tới người dùng. Để gửi thông tin, có những dạng thông điệp sau sẽ được truyền:  SMS: Hình ảnh sẽ được chia ra thành các SMS và gửi sang phần nhận tin qua mạng GSM.

 MMS: Hình ảnh sẽ được đính kèm vào một tin nhắn đa phương tiện và gửi qua mạng GPRS/3G.  Data: Dữ liệu hình ảnh sẽ được gửi lên một Server có sẵn trên mạng (ví dụ gmail), sau đó chương trình trên điện thoại di động sẽ kết nối đến mạng dữ liệu qua công nghệ GPRS/3G và tải dữ liệu về. Webcam và Computer  Webcam có thể là sẵn có hoặc là được cài thêm vào máy tính – là một thành phần quan trọng của hệ thống, sẽ được chương trình trên máy tính điều khiển để thu hình ảnh định kỳ hay theo lệnh. Các Webcam này là các Webcam bán sẵn trên thị trường, các Webcam đơn giản thường có góc nhìn hẹp, độ phân giải thấp và không thể điều khiển góc quay, tuy nhiên giá thành rất rẻ và phù hợp với mục tiêu của đề tài.

Máy tính được sử dụng để làm các nhiệm vụ sau:  Điều khiển Webcam: Chương trình trên máy tính có một module để điều khiển Webcam chụp hình mỗi khi có yêu cầu.  Lưu trữ, xử lý hình ảnh: Hình ảnh sau khi được thu thì cần phải được lưu trữ lại, sau đó để có thể truyền một cách hiệu quả qua mạng và phù hợp với các định dạng thông điệp (SMS/MMS), hình ảnh cần được nén, thu nhỏ và chuyển đổi sang kiểu dữ liệu khác (nếu cần).  Tạo thông điệp gửi đi: Thông điệp gửi đi có thể là SMS, MMS, đây là những dạng thông điệp có quy chuẩn riêng, quy định dạng thông điệp, các thông số, đích đến,… Do đó hệ thống cần khởi tạo thông điệp cho phù hợp trước khi truyền đi.  Điều khiển thiết bị kết nối – Modem: Để truyền thông hệ thống sử dụng một Modem (GSM/GPRS/3G) , để có thể sử dụng những chức năng của thiết bị, LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 13 chương trình điều khiển cần có một module điều khiển Modem, trong đó, module này chủ yếu gửi các lệnh mà Modem hỗ trợ để điều khiển thiết bị.

Module điều khiển thiết bị kết nối có rất nhiều nhiệm vụ, trong đó có hai nhiệm vụ chính, đó là cấu hình để Modem có thể kết nối mạng, kết nối đến địa chỉ mong muốn, và nhiệm vụ thứ hai là điều khiển modem nhận/gửi dữ liệu và truyền đi các thông điệp.  Nhận yêu cầu từ người dùng: Là một hệ thống giám sát, thường được kích hoạt khi người dùng ở xa, do đó, hệ thống cần nhận được lệnh của người dùng, phân tích và thực hiện được lệnh đó. Lệnh ở đây chủ yếu là được người dùng gửi bằng tin nhắn SMS. Modem GSM Modem là thiết bị kết nối – thiết bị trung gian cho phép chương trình trên máy tính có thể truyền thông tin đến thiết bị của người sử dụng.

Một Modem GSM/GPRS, Modem 3G có các chức năng như nhắn tin, nhận tin SMS/MMS, hội thoại – voice, kết nối mạng dữ liệu GPRS, 3G. Hầu hết các modem GSM đều hỗ trợ tập lệnh AT (Attention command) và có thể trao đổi dữ liệu với máy tính thông qua bất kỳ một module phần mềm điều khiển nào sử dụng tập lệnh AT.