Luận văn Thạc sĩ Internet of Things của Phạm Văn Chung - ĐH Bách Khoa

Chuyên khảo phân tích Luận văn tìm hiểu internet of things, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Phạm Văn Chung
• Người hướng dẫn: PGS. Ngõ Quỳnh Thu
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Máy Tính
• Đề tài: Tìm Hiểu Internet Of Things
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Internet of Things IoT Khái niệm và Tổng quan

Internet of Things (IoT) là một mạng lưới toàn cầu gồm các thiết bị, cảm biến và hệ thống được kết nối với nhau thông qua internet để thu thập, xử lý và chia sẻ dữ liệu. Công nghệ IoT đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại, từ các thiết bị thông minh trong nhà ở đến các ứng dụng công nghiệp phức tạp. Theo luận văn thạc sĩ của Phạm Văn Chung, IoT cung cấp khả năng định danh độc nhất và kết nối liên tục giữa các thiết bị. Với sự phát triển của công nghệ truyền thông, Internet of Things đã mở ra những cơ hội mới trong việc tối ưu hóa quy trình, cải thiện hiệu suất và tạo ra các dịch vụ mới lạ. Hiểu rõ về IoT là bước đầu tiên để áp dụng công nghệ này vào thực tiễn một cách hiệu quả và an toàn.

1.1. Định nghĩa và Khái niệm cơ bản IoT

IoT (Internet of Things) là mạng lưới các thiết bị có khả năng kết nối và trao đổi dữ liệu qua internet. Mỗi thiết bị trong hệ thống IoT được gán một định danh độc nhất (UID) để nhận dạng và quản lý. Các thiết bị này bao gồm cảm biến, vi điều khiển, và các module RF 315MHz. Công nghệ IoT cho phép tự động hóa và giám sát từ xa các quá trình trong thời gian thực, nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm chi phí vận hành.

1.2. Các Khả năng Kỹ thuật của IoT

Các khả năng chính của Internet of Things bao gồm: định danh độc nhất các thiết bị, kết nối không dây qua các giao thức như RF, khả năng thu thập dữ liệu từ cảm biến (như sensor LM35 để đo nhiệt độ), và xử lý thông tin trực tuyến. Hệ thống IoT hỗ trợ giao tiếp hai chiều giữa các thiết bị, cho phép truyền lệnh điều khiển và nhận phản hồi ngay lập tức từ các cảm biến.

II. Mô hình Kiến trúc IoT và M2M

Kiến trúc của hệ thống IoT được thiết kế theo mô hình phân tầng, bao gồm tầng cảm biến, tầng truyền thông, tầng xử lý dữ liệu và tầng ứng dụng. Machine-to-Machine (M2M) là một thành phần quan trọng trong IoT, cho phép các máy móc tương tác trực tiếp mà không cần sự can thiệp của con người. Theo luận văn của Phạm Văn Chung, kiến trúc M2M bao gồm các lớp khả năng dịch vụ như SCL (Service Capability Layer), GSCL (Gateway Service Capability Layer), và NSCL (Network Service Capability Layer). Mô hình OM2M (Open M2M) cung cấp các tiêu chuẩn ETSI để đảm bảo tính tương thích giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau, tạo nền tảng vững chắc cho các ứng dụng IoT quy mô lớn.

2.1. Tầng Kiến trúc trong Hệ thống IoT

Hệ thống IoT được chia thành bốn tầng chính: (1) Tầng cảm biến và thiết bị - thu thập dữ liệu từ môi trường; (2) Tầng truyền thông - truyền dữ liệu qua các giao thức như RF 315MHz, WiFi, hoặc Bluetooth; (3) Tầng xử lý - Server BI (Business Intelligence) xử lý và lưu trữ dữ liệu; (4) Tầng ứng dụng - cung cấp giao diện người dùng. Mỗi tầng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động toàn diện của mạng lưới IoT.

2.2. Chuẩn M2M và OM2M

Chuẩn ETSI M2M được sử dụng trong nền tảng OM2M để quy định cách thức giao tiếp giữa các thiết bị. M2M (Machine-to-Machine) cho phép các thiết bị trao đổi thông tin tự động, nâng cao tốc độ xử lý và giảm lỗi do con người gây ra. Lớp khả năng dịch vụ trong OM2M cung cấp các API và dịch vụ để các ứng dụng có thể truy cập tài nguyên của các thiết bị IoT một cách an toàn và hiệu quả.

III. Ứng Dụng Thực Tiễn của IoT trong Các Lĩnh Vực

IoT có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống và công nghiệp. Trong lĩnh vực y tế, hệ thống IoT được sử dụng để giám sát sức khỏe bệnh nhân từ xa bằng các cảm biến sinh học. Trong nông nghiệp, công nghệ IoT giúp tối ưu hóa tưới tiêu và kiểm soát sâu bệnh thông qua các cảm biến độ ẩm và nhiệt độ như LM35. Tại các nhà máy, hệ thống M2M cho phép quản lý sản xuất tự động và kiểm soát chất lượng sản phẩm. Ứng dụng thực tế trong luận văn của Phạm Văn Chung là hệ thống cảnh báo nhiệt độ sử dụng module RF 315MHz và sensor LM35 để phát hiện bất thường và gửi cảnh báo tức thời. Các ứng dụng này chứng minh giá trị thực tiễn của IoT trong tối ưu hóa quy trình và cải thiện chất lượng cuộc sống.

3.1. Ứng Dụng IoT trong Y tế và Sức khỏe

Công nghệ IoT trong y tế cho phép theo dõi các chỉ số sức khỏe của bệnh nhân liên tục thông qua các cảm biến sinh học. Các thiết bị IoT có thể phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường và cảnh báo cho bác sĩ, giúp cứu sống những bệnh nhân nguy hiểm. Hệ thống IoT y tế có thể hoạt động 24/7 mà không cần sự can thiệp, tạo ra sự yên tâm cho bệnh nhân và gia đình họ.

3.2. Hệ thống Cảnh báo Nhiệt độ Dự án Thực tế

Dự án hệ thống cảnh báo nhiệt độ trong luận văn của Phạm Văn Chung sử dụng Arduino, module RF 315MHz, và sensor LM35 để phát hiện nhiệt độ bất thường. Giao diện GSCL hiển thị dữ liệu nhiệt độ ở ba mức: Low (thấp), Normal (bình thường), và High (cao). Khi nhiệt độ vượt ngưỡng, hệ thống tự động phát cảnh báo và lưu dữ liệu vào file log để theo dõi lịch sử.

IV. Bảo mật và Thách thức trong Triển khai IoT

Bảo mật IoT là một trong những thách thức lớn nhất khi triển khai các hệ thống Internet of Things quy mô lớn. Vì mỗi thiết bị trong mạng IoT đều có thể là điểm yếu tiềm ẩn, việc bảo vệ dữ liệu và quyền riêng tư người dùng trở nên cực kỳ quan trọng. Luận văn của Phạm Văn Chung đề cập đến các biện pháp bảo mật như sử dụng TLS (Transport Layer Security) để mã hóa dữ liệu truyền tải, xác thực thiết bị qua định danh URI, và kiểm soát truy cập thông qua các cơ chế phân quyền. Ngoài bảo mật, triển khai IoT còn gặp phải thách thức về tính tương thích thiết bị, quản lý năng lượng (đặc biệt với các cảm biến không dây - WSNs), và tiêu chuẩn hóa giao thức truyền thông. Để thành công, các tổ chức cần tuân theo các tiêu chuẩn của IEEE và chuẩn ETSI M2M để đảm bảo độ tin cậy và an toàn của hệ thống IoT.

4.1. Các Biện pháp Bảo mật trong IoT

Bảo mật IoT bao gồm nhiều lớp: (1) Mã hóa dữ liệu sử dụng TLS trên các kênh truyền; (2) Xác thực thiết bị bằng chứng chỉ số và khóa mật mã; (3) Kiểm soát truy cập dựa trên vai trò (RBAC); (4) Kiểm toán log để phát hiện hoạt động đáng ngờ. Hệ thống IoT cần được cập nhật thường xuyên để vá các lỗ hổng bảo mật mới phát hiện.

4.2. Những Thách thức trong Triển khai IoT

Thách thức chính bao gồm: (1) Số lượng thiết bị khổng lồ khó quản lý; (2) Hạn chế năng lượng của cảm biến không dây; (3) Tính tương thích giữa các thiết bị khác nhau; (4) Độ trễ mạng ảnh hưởng đến các ứng dụng thực tế; (5) Quy định pháp luật về bảo vệ dữ liệu. Tuân theo tiêu chuẩn IEEE và ETSI giúp giảm thiểu những rủi ro này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC BACH KHOA FA NOT Phạm Văn Chung ‘TIM HIEU INTERNET OF THINGS Chuyên ngành: Kỹ thuật máy tính LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ky thuật máy tính Người hướng dẫn khon học: PGS. Ngỗ Quỳnh Thu Hà Nội - 2016 LỜI CẮM ƠN Lễ hoàn thành được luận văn này, ngoài sự tim hiểu, nghiên cửu vả nỗ lực của bán thân, em xin gũi lới căm ơn chân thành tới PGS. Ngỏ Quỳnh Thu (Phỏ trướng bộ môn Truyền thông và Mạng máy tính — Viện Công nghệ thông tin và truyền thông — Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) là giáo viên ưực tiếp hướng dẫn dã nhiệt tỉnh giúp đế, chỉ bão và định hướng cho em trong suốt quá trinh thực hiện luận văn. Tim cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới tất cã cáo thấy cô giáo của Trường, Dai Hoc Bach Khoa Hả Nội dã giảng dạy và diu dat em trong suốt quá trình học tập tại trường.

Cuỗi cừng, em xin gửi lời căm ơn tới bố mẹ, gia đình, bạn bè, đặc biết là các ban trong lớp cao học 13BMTTT những người đã luân ở bên cổ vũ tĩnh thân, tạo mọi điển kiện thuận lợi nhất cho em đề em có thể học tập tốt và hoản thành tốt luận văn này. Fin xin chân thành cảm ont MỤC LỤC MỤC LỰC. - - - - 1 Lời carn đoan,. mireeiee xueerrreriiof CHƯƠNG1: TÌM HIỂU VE INTERNET OF THINGS (IoT).1 Giới thiệu chưng vẻ Internet of Things(øT).2 Khả năng định danh dộc nhất ủa Internet of Thines (ToT).3 Khả năng kết nồi trong Internet o£ Things(eT) - - 10 1.4 Ứng dụng của Inlcrnot oL Things(ToT).5 Mô hình tham chiều trong IaT.6 Bảo mật Hong ToT 13 CHƯƠNG2: FONG QUAN VIiM2M VA OM2M occas LỆ 2.1 Gidi thigu chumg vé M2M.2 Tổng quan vẻ kiến trúc J7TSL M2M.3 Tìm hiểu vẻ nền tăng địch vụ OM2M.1 Chuẩn ETSI M2M trong OM2M.

1 CHƯƠNG 3: BINH HUONG GTAT PHAP, TRIBN KHAI, PHAN TICH VA THIET KE HE THONG - - 23 3.4 Công nghệ sử dụng.3 Module RF 315MHZ, 29 3.4 Sensor temperature LM35.cc:cceseessessisteeestesiasineti nineteen SO 3. XE H gu ggberrưec —.2 Angrlar]S - - - 31 Loi cam đoan Luan vin Thae si “Tine hidu Internet of things”, chuyén nganh Ky thuat May tính va Truyén théng 14 céng trinh tim hiểu, nghiên cứu của bản thân tôi đưới sur hướng dẫn của PGS. Ngõ Quỳnh Thu. Nội dung và kết quá trình bảy trong luận văn là trung thục, rõ ràng.

Các tài liệu tham khảo, nội dung trích đẫn đã ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, Ngày 19 tháng 12 năm 2016 'Tác giả luận văn Phạm Văn Chưng Hình 3.18: Kết quả sau khi buil pÏugim.19: Kết quả sau khi chạy GSCL.àc cà cncnsceees 42 Hình 3.20: Thêm thư viên RXTX 305830885 4 Hình 4.1:Hinh ảnh thực tế hệ thông ứng dụng cảnh bảo nhiệt độ.2: Kết quả nhiệt độ hiển thị ở GSCL. 252222 se2sccsrrerccccsceev 47 Hình 4.3: Kết quả dữ liệu in ra file ở GSCL.4: Trang chủ hệ thống trên NSCL.- và 2c series 48 Hình 4.5: Trang chủ hệ thông trên NSCL.6: Giao diện hệ thống khi dữ liệu nhiệt độở mức Low.7: Giao diện hệ thông khi dữ liệu nhiệt độ ở mức Nomal 50 Hình 4.8: Giao diện hệ thống khi dữ liệu nhiệt độ ở mức High. $1 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các kiểu kết nồi 11 Bang 3.1: Ket noi Transmitter module voi Arduino.2: Kết nổi Receiver module với Arduino. 30 Học viền thực hiện: Phạm Văn Chung— KTMTK&TT 20138 2 DANH MUC TU VIET TAT VA THUAT NGU Chit viet tat Viet day đủ.

Y nghia Mang lưới thiết bị kết nồi ToT Internet of things Helael BI server Business Intelligence server ứng dụng tạo ra sự đột phá về sô lượng người dùng được tìm kiếm kaller app dé tạo ra sự phát triển ben ving của loT M2M Machine-to-Machine May toi may Service Capability Bs Gas ge SCL Lager Lớp khả năng dịch vụ Open Service OSGI Tan Gateway Initiative ND Network Domain Mạng lưới tên miền. — NSCL Gonability Layer Lop kha nang dich vu mang Gateway Service. * GSCL Lớp khả địch 5 Capability Layer “P aig gee eas NA Network Application Ung dung mang URI Uniform Resource Dinh dang tai nguyén thong Identifire nhat TLS Peacaperig Security et Bao mat ting truyén tai Radio Frequency rổ : h ắ Identification Nhân dang song vo truyền Institute of Electrical a ek eral cys IEEE and Bleononies Hogisers Viên kỹ nghệ Điện và Điện tử WSNs Wirelesrsensor Mạng cảm biển không dây networks “Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung— KTMT&TT 20138 Loi cam đoan Luan vin Thae si “Tine hidu Internet of things”, chuyén nganh Ky thuat May tính va Truyén théng 14 céng trinh tim hiểu, nghiên cứu của bản thân tôi đưới sur hướng dẫn của PGS. Ngõ Quỳnh Thu.

Nội dung và kết quá trình bảy trong luận văn là trung thục, rõ ràng. Các tài liệu tham khảo, nội dung trích đẫn đã ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, Ngày 19 tháng 12 năm 2016 'Tác giả luận văn Phạm Văn Chưng DANH MUC TU VIET TAT VA THUAT NGU Chit viet tat Viet day đủ. Y nghia Mang lưới thiết bị kết nồi ToT Internet of things Helael BI server Business Intelligence server ứng dụng tạo ra sự đột phá về sô lượng người dùng được tìm kiếm kaller app dé tạo ra sự phát triển ben ving của loT M2M Machine-to-Machine May toi may Service Capability Bs Gas ge SCL Lager Lớp khả năng dịch vụ Open Service OSGI Tan Gateway Initiative ND Network Domain Mạng lưới tên miền. — NSCL Gonability Layer Lop kha nang dich vu mang Gateway Service.

* GSCL Lớp khả địch 5 Capability Layer “P aig gee eas NA Network Application Ung dung mang URI Uniform Resource Dinh dang tai nguyén thong Identifire nhat TLS Peacaperig Security et Bao mat ting truyén tai Radio Frequency rổ : h ắ Identification Nhân dang song vo truyền Institute of Electrical a ek eral cys IEEE and Bleononies Hogisers Viên kỹ nghệ Điện và Điện tử WSNs Wirelesrsensor Mạng cảm biển không dây networks “Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung— KTMT&TT 20138 DANH MUC TU VIET TAT VA THUAT NGU Chit viet tat Viet day đủ. Y nghia Mang lưới thiết bị kết nồi ToT Internet of things Helael BI server Business Intelligence server ứng dụng tạo ra sự đột phá về sô lượng người dùng được tìm kiếm kaller app dé tạo ra sự phát triển ben ving của loT M2M Machine-to-Machine May toi may Service Capability Bs Gas ge SCL Lager Lớp khả năng dịch vụ Open Service OSGI Tan Gateway Initiative ND Network Domain Mạng lưới tên miền. — NSCL Gonability Layer Lop kha nang dich vu mang Gateway Service. * GSCL Lớp khả địch 5 Capability Layer “P aig gee eas NA Network Application Ung dung mang URI Uniform Resource Dinh dang tai nguyén thong Identifire nhat TLS Peacaperig Security et Bao mat ting truyén tai Radio Frequency rổ : h ắ Identification Nhân dang song vo truyền Institute of Electrical a ek eral cys IEEE and Bleononies Hogisers Viên kỹ nghệ Điện và Điện tử WSNs Wirelesrsensor Mạng cảm biển không dây networks “Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung— KTMT&TT 20138 MO DAU Trong thời đại công nghệ phát triển rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học vả đời sống, ngày cảng nhiều thiết bị ra đời với những tỉnh năng da dang, phong phú và rất thông minh.

“Internet of thỉngs” (IoT) đang trở thành một chủ đề ngày cảng được nhắc đến nhiều trong đời sông gia đỉnh, ở công sở va những nơi khác ToT không chỉ có khả năng ảnh hưởng đến cách chủng ta song ma con tới cách chúng ta làm việc. Internet băng thông rộng ngảy cảng, phô biển hơn, làm giảm chi ết nói với nhau thông qua mạng cảm biển không dây ket noi wifi, giá thành công nghệ giảm xuống, điện thoại thong minh tran ngập. Tắt cả những thứ đỏ đang tạo cho IoT trở nên ngảy cảng hoan hao hon. Khải niệm vẻ IoT lả việc kết nổi bắt cử thiết bị nào đó tới Internet (và/hoặc tới thiết bị khác).

Bao gồm tất cả mọi thứ từ điện thoại di động, đèn bản, những vật có thể mang được và tắt cả các loại thiết bị khác mà bạn có thê nghĩ tới. Ngoải ra khái niệm nảy cỏn được triển khai cho những bộ phận của máy móc, vỉ dụ về động cơ của một chiếc máy bay phản lực hoặc là mũi khoan của dàn khoan dâu. IoT là một mang khong 16 de ket noi “tat ca moi thir “( tham chỉ cã con người ). Mỗi quan hệ sẽ la nguoi — ngudi, ngudi — vat, va vat — vat Cảm biển nhiệt độ một trong những cảm biến được sử dụng vô củng rộng rãi trong đời sông và các ngảnh sản xuất đặc biệt là nông nghiệp.

Ứng dụng của nó lả vô củng rộng rãi và phỏ biên. Vi vay, trong luận văn nảy tập trung thực hiện vẻ loại cảm bien nay va ứng dụng của nó trong. Internet of Things. Với mục đích tạo ra một hệ thống ứng dụng cỏ khả năng cung cấp cho người dùng một cách trực quan vẻ nhiệt độ ở mọi nơi khi có kết néi intemet.

Ung dụng nảy cỏ thẻ áp dụng vào nhiều mục đích trong đời sông con ngudi, Học viên thực hign: Pham Van Chung— KTMT&TT 2013B 5 DANH MUC TU VIET TAT VA THUAT NGU Chit viet tat Viet day đủ. Y nghia Mang lưới thiết bị kết nồi ToT Internet of things Helael BI server Business Intelligence server ứng dụng tạo ra sự đột phá về sô lượng người dùng được tìm kiếm kaller app dé tạo ra sự phát triển ben ving của loT M2M Machine-to-Machine May toi may Service Capability Bs Gas ge SCL Lager Lớp khả năng dịch vụ Open Service OSGI Tan Gateway Initiative ND Network Domain Mạng lưới tên miền. — NSCL Gonability Layer Lop kha nang dich vu mang Gateway Service. * GSCL Lớp khả địch 5 Capability Layer “P aig gee eas NA Network Application Ung dung mang URI Uniform Resource Dinh dang tai nguyén thong Identifire nhat TLS Peacaperig Security et Bao mat ting truyén tai Radio Frequency rổ : h ắ Identification Nhân dang song vo truyền Institute of Electrical a ek eral cys IEEE and Bleononies Hogisers Viên kỹ nghệ Điện và Điện tử WSNs Wirelesrsensor Mạng cảm biển không dây networks “Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung— KTMT&TT 20138 3.5 Phân tích và thiết kế hệ thông.

Tổng quan hệ thống - - 32 3.2 Chỉ tiết hệ thống.3 Phin lich chi tiết hệ thông.1 Lấy đữ liệu nhiệt độ từ Sensor †smperature LM35 thông qua Arduino.2 Dit ligu nbiél dé duce chuyén Idi Arduino khac théng qua module RF 315 MHZ - - 36 3.3 Tao Plugin wén GSCL viết chương trình đọc đữ liệu nhiệt độ trên Raspberry Pi 2 thông qua cổng kết nói USB với Arduina.4 Dữ liệu nhiệt độ được đấy lên Service nơi chạy KSCL. 44 CHUONG4: KẾT LUẬN.1 Kết quả đạt được - - - - - 46 4.2 Hướng phát triển trong tương lai. ST KẾT LUẬN - - - s2 TÀI LIEU THAM KHAO.18: Kết quả sau khi buil pÏugim.19: Kết quả sau khi chạy GSCL.àc cà cncnsceees 42 Hình 3.20: Thêm thư viên RXTX 305830885 4 Hình 4.