Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và phát triển mô hình nhà thông minh với UPNP

Luận văn phân tích, xây dựng mô hình nhà thông minh (Smarthome) dựa trên công nghệ UPnP. Trình bày các thành phần, cài đặt và đánh giá kết quả.

• Tác giả: Đỗ Quốc Bảo
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Huy Hoàng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Phát Triển Mô Hình Nhà Thông Minh Với UPnP
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Về Mô Hình Nhà Thông Minh Với UPnP

Nhà thông minh là một hệ thống tích hợp công nghệ hiện đại để quản lý và điều khiển các thiết bị gia dụng một cách tự động và hiệu quả. Mô hình nhà thông minh với UPnP (Universal Plug and Play) là giải pháp tiên tiến do Intel phát triển, cho phép các thiết bị kết nối và giao tiếp với nhau thông qua mạng mà không cần cấu hình phức tạp. Luận văn thạc sỹ này nghiên cứu và phát triển hệ thống quản lý dữ liệu đa phương tiện dựa trên công nghệ UPnP của Intel. Hệ thống được thiết kế để tối ưu hóa việc chia sẻ và truy cập tài nguyên đa phương tiện trong môi trường nhà thông minh hiện đại. Đây là công trình quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin tại Đại học Bách Khoa Hà Nội.

1.1. Khái Niệm Nhà Thông Minh Cơ Bản

Nhà thông minh cơ bản là mô hình gia đình tích hợp hệ thống điều khiển tự động. Các thiết bị được kết nối mạng và hoạt động theo các quy tắc được lập trình sẵn. Hệ thống này cho phép người dùng quản lý từ xa thông qua giao diện điều khiển trung tâm hoặc ứng dụng di động. Mô hình nhà thông minh cung cấp tính tiện lợi, an toàn và tiết kiệm năng lượng cho gia đình hiện đại.

1.2. Vai Trò Của Công Nghệ UPnP

Công nghệ UPnP (Universal Plug and Play) là nền tảng chuẩn của Intel cho phép các thiết bị khám phá và giao tiếp tự động trên mạng. UPnP loại bỏ nhu cầu cấu hình thủ công phức tạp, giúp người dùng dễ dàng thêm thiết bị mới vào hệ thống. Công nghệ này hỗ trợ chia sẻ tài nguyên đa phương tiện, điều khiển thiết bị và quản lý dữ liệu hiệu quả trong môi trường nhà thông minh.

II. Các Thành Phần Quan Trọng Của Hệ Thống

Hệ thống nhà thông minh với UPnP bao gồm nhiều thành phần quan trọng hoạt động theo quy tắc chuẩn. Media Server là thành phần lưu trữ và quản lý dữ liệu đa phương tiện, cho phép lưu trữ các file âm thanh, hình ảnh và video. Media Controller là giao diện điều khiển cho phép người dùng duyệt và chọn nội dung. Media Renderer đóng vai trò thiết bị phát lại nội dung. Các thành phần này giao tiếp thông qua bộ giao thức UPnP của Intel, đảm bảo tính tương thích cao và hiệu suất ổn định. Hệ thống được thiết kế theo mô hình DLNA (Digital Living Network Alliance) để hỗ trợ tối đa cho các ứng dụng multimedia trong nhà thông minh.

2.1. Media Server Trung Tâm Lưu Trữ Dữ Liệu

Media Server là ứng dụng quản lý dữ liệu tập trung, lưu trữ tất cả file đa phương tiện của hệ thống. Nó hỗ trợ các định dạng file phổ biến như MP3, JPEG, MPEG và hoạt động trên nền tảng NAS server. AV Media Server cung cấp giao diện dễ sử dụng để tạo và quản lý thư mục chia sẻ. Server tự động quét và đánh chỉ số các file, cho phép truy cập nhanh chóng từ bất kỳ thiết bị nào trong mạng.

2.2. Media Controller Giao Diện Điều Khiển

Media Controller là ứng dụng điều khiển cho phép người dùng duyệt và quản lý nội dung. Giao diện AI Media Controller hiển thị danh sách các file, thông tin chi tiết (Media Property) và hỗ trợ tìm kiếm nâng cao. Người dùng có thể lựa chọn file và gửi tới Media Renderer để phát lại. Controller cung cấp trải nghiệm tương tác mượt mà với các tính năng điều khiển từ xa.

2.3. Media Renderer Thiết Bị Phát Lại

Media Renderer là thiết bị hoặc ứng dụng phát lại nội dung đa phương tiện. AV Media Renderer hỗ trợ phát nhạc, xem hình ảnh và video từ các nguồn khác nhau. Thiết bị này nhận lệnh điều khiển từ Controller và thực hiện phát lại. Renderer có thể tích hợp vào TV, loa thông minh hoặc máy tính để tạo trải nghiệm multimedia hoàn chỉnh.

III. Lý Do Chọn Công Nghệ UPnP Của Intel

Intel đã phát triển công nghệ UPnP nhằm giải quyết các thách thức trong kết nối thiết bị và chia sẻ dữ liệu trong nhà thông minh. UPnP của Intel cung cấp độ tương thích cao với đa dạng thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau. Công nghệ này tuân theo chuẩn DLNA, đảm bảo tính nhất quán và tính linh hoạt trong hệ thống. Ưu điểm chính của UPnP là khả năng khám phá tự động các thiết bị trên mạng mà không cần cấu hình phức tạp. Hệ thống không yêu cầu server trung tâm đắt tiền, giảm chi phí xây dựng mô hình nhà thông minh. Công nghệ này cũng cung cấp các công cụ kiểm thử như Intel Device Validator để đảm bảo chất lượng hệ thống.

3.1. Ưu Điểm Kỹ Thuật Của UPnP

UPnP hỗ trợ khám phá thiết bị tự động thông qua giao thức SSDP và SOAP. Không cần cấu hình IP tĩnh hay chứng chỉ bảo mật phức tạp. Chuẩn UPnP cho phép các thiết bị tương tác nhanh chóng sau khi kết nối mạng. Giao diện mạng tự động được quản lý, tiết kiệm thời gian setup. Công nghệ này phù hợp với môi trường nhà thông minh nơi người dùng mong muốn thiết bị plug-and-play.

3.2. Tính Tuân Thủ Chuẩn DLNA

DLNA (Digital Living Network Alliance) là chuẩn mở được Intel và nhiều công ty hàng đầu hỗ trợ. Mô hình DLNA trong nhà thông minh đảm bảo các thiết bị từ nhiều thương hiệu có thể làm việc cùng nhau. Chuẩn này định nghĩa các hồ sơ thiết bị để các Server, Controller và Renderer tương thích. Tuân thủ DLNA giúp mô hình nhà thông minh trở nên mở rộng và bền vững lâu dài.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Và Kết Quả Triển Khai

Luận văn này trình bày việc cài đặt và triển khai hệ thống nhà thông minh với UPnP tại Đài Tiếng nói Việt Nam. Ứng dụng quản lý dữ liệu (Media Server) được triển khai để quản lý thư viện multimedia khổng lồ của đài. Giao diện điều khiển Media Controller cho phép nhân viên truy cập nội dung nhanh chóng. Hệ thống kết nối các thiết bị lưu trữ MSA 1500 và MSA 30, cùng với SAN switch để tạo cơ sở hạ tầng lưu trữ vững chắc. Mô hình được xây dựng cải thiện đáng kể hiệu suất so với hệ thống quản lý lệch hiện tại. Công cụ Intel Device Validator được sử dụng để kiểm thử và đảm bảo chất lượng hệ thống trước khi triển khai toàn bộ.

4.1. Cài Đặt Chương Trình Và Cấu Hình Hệ Thống

AV Media Server được cài đặt trên máy chủ Application để quản lý tài nguyên. Quá trình cấu hình bao gồm tạo thư mục chia sẻ và thiết lập quyền truy cập. Giao diện cấu hình cho phép bật/tắt các tính năng liên quan Network Light Link. Máy chủ được tối ưu hóa với cấu hình phần cứng mạnh mẽ để xử lý lưu lượng dữ liệu lớn. Media Controller được cài đặt trên máy trạm để cung cấp trải nghiệm điều khiển mượt mà.

4.2. Đánh Giá Kết Quả Và Kết Luận

Kết quả thực hiện cho thấy mô hình nhà thông minh với UPnP hoạt động ổn định và hiệu quả. Thời gian tìm kiếm nội dung giảm 70% so với hệ thống cũ. Hệ thống hỗ trợ tốt việc chia sẻ file đa phương tiện và điều khiển thiết bị. Kiến nghị phát triển trong tương lai bao gồm tích hợp công nghệ AI và IoT để nâng cao trí thông minh của nhà. Mô hình này có thể mở rộng áp dụng cho nhiều ứng dụng khác trong lĩnh vực công nghệ thông tin.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1H, PHÁẨT THIÊN XÂY DUNG HE THONG LICH HOP DUA TREN CONG: NGHỆ UPNP CUA INTEL.1 Giới thiệu hệ thông quản trị dữ liệu tại Dài Tiếng nói Việt Nam.1 Hệ thông quân trị dữ liệu tai Dai TNVN.2 Cách thức khai tháo dữ liệu phục vụ sản xuất chương trình tại Dai 3.1 Giới thiệu hệ 3.2 Ứng dụng dành cho server (Media 8erver).3 Ung dung danh cho Client (Media Controller) - S0 3.3 Sơ sánh hệ thông được xây lang với mỏ hình quản lý le hiện tại của Đải Tiếng nói Việt Nam THƯƠNG TƯ. GÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ. KET QUA THUC HIE} 4 1 Cải đặt chương trình.1 Ứng đụng quan ly dit ligu (Media Server) “ 4.2 Ứng dụng dành cho người sử dụng (Media Controller). 4 2 Đánh giá kết quả 73 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ.

Ihướng phát triển của đề tài 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. LOT CAM ON Trước tiên, tôi xin chân thành cảm em TS Phạm Huy Hoàng đã dảnh thời gian quý báu, lận tình hướng đẫn chỉ bão, góp ý cho lôi trong suốt quả trình thực hiện luận văn tắt nghiệp. Tôi xin được cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy giáo, Cô giáo trong Viện Đào tạo Sau dại học — Đại học Bách Khoa. Dặc biệt, tôi xin được bảy tố lòng biết ơn sâu sắc tới các Thây giáo, Cô giáo trong Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông đã tham gia giẳng dạy tôi trong quá trình học tập tại Trường.

Các thấy cô dã tận tỉnh giảng, dạy, truyền dạt kiến thức, tạo tiên đề cho tôi hoàn thành luận văn. Cuỗi cũng, tôi xim chân thành cẩm ơn các bạn bè, đẳng nghiệp và nhất là gia đình tôi đã quan tâm và tạo mọi điều kiện tốt nhất, động viên, cổ vũ tôi trong suốt quả trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành tốt luận văn tắt nghiệp này. Xin trân trọng cảm ơn! 1à Nội, ngày 11 tháng 9 năm 2017 Tác giả Đỗ Quốc Bảo TIANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIET TAT KỈ IIỆU Tiếng Anh Tiếng Việt Giao thức mạng giúp các thiết bị tự động. UPNP Universal Plug and Play nhận ra nhau.

Digital Living Network Tả các phương tiện chía sẻ dữ liệu đa DENA " Alliance phương tiện Transmission Control 5 : TCP Giao thite diéu khién (ruyén van Protocol UDP ‘User Datagram Protocol Giao thức Iruyền ñile không lăn cậy HyperText Tratisfer - UTTP Giao thức truyền tải siêu văn bản Protocol Lxtensible Markup : XML Ngôn naữ dánh dâu mở rộng, Language LOT CAM ON Trước tiên, tôi xin chân thành cảm em TS Phạm Huy Hoàng đã dảnh thời gian quý báu, lận tình hướng đẫn chỉ bão, góp ý cho lôi trong suốt quả trình thực hiện luận văn tắt nghiệp. Tôi xin được cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy giáo, Cô giáo trong Viện Đào tạo Sau dại học — Đại học Bách Khoa. Dặc biệt, tôi xin được bảy tố lòng biết ơn sâu sắc tới các Thây giáo, Cô giáo trong Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông đã tham gia giẳng dạy tôi trong quá trình học tập tại Trường. Các thấy cô dã tận tỉnh giảng, dạy, truyền dạt kiến thức, tạo tiên đề cho tôi hoàn thành luận văn.

Cuỗi cũng, tôi xim chân thành cẩm ơn các bạn bè, đẳng nghiệp và nhất là gia đình tôi đã quan tâm và tạo mọi điều kiện tốt nhất, động viên, cổ vũ tôi trong suốt quả trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành tốt luận văn tắt nghiệp này. Xin trân trọng cảm ơn! 1à Nội, ngày 11 tháng 9 năm 2017 Tác giả Đỗ Quốc Bảo DANH MUC CAC HINA Hình 1. Mô hình nhà thông mình cơ bãi Hình 2: Một số thiết bị tích hợp sử dụng công nghệ UPNP.25 Hình 3- Ác tổng trong bộ giao thức TOPP Hình 4: Mô bình phê biến, tập trung thụ viện multbnedib irén I may dang NAS server Hinh 5: Mé hinh DILNA trong SmartHome. Hinh 6: Ung dung ctia DLNA trong Multimedia.

Ilinh 7: Céc thiét bj teong img sir dung trong méi tring DLN? Hinh 8: Cae thiét bị di động trên mô hình I2J. Hình 9: Công cụ Công cụ intellevice Validator cia Intel. Ilinh 10: Mé hinh digu khién dan sir dung Device Spy Hình 11: Thiét lap cau hinh ché dé bat tat d6i vei Nebwork! ight Link 12: Cag dung chia sé file da phương tiện. Hinh 13: Thiét lap tao thurmuc chia sé thing qua img dung AV Media Server Hình 14: Giao diện AI Media Coniroller của le Hình 15: Giao diện biển thị thông tin Media Property Hinh 16: Giao dién giti bai hat dén Media Renderer nr AV Media Conwoller.

44 Hinh 17: Giae dién cha cong cu AV Media Renderer. Hinh 18: Giao dién phat nhac ciia ting dung AV Media Renderer. Hình 18: Mặt trước và xau câu MSA 1500 va 4 MSA 30. Hình 19: Cấu hình phần cứng của MS4 1500 và MS4 30.

Linh 20: Mat truée va sau ctia SAN switch. Hinh 21: So dé kat ndi ha thong Storage. Hình 22: Mặt trước và sau cika may chit AppServ. Tình 23: Câu hình phần cứng của may chi Application.

Hình 24: Mặt trước và mặt sau của máy chủ Database. Hình 25: Cấu hình phần cứng của máy chú Dafabase. Tình 26: Mặt trước và sau của máy chủ 4udio TP DL580. CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.

Bai cảnh thực tiễn Ban đang trên đường về nhà, ngôi nhà nhận biết sự có mặt của bạn trong vàng ‘ban kinh 1 km tính từ nhà bạn. Ngôi nhà tự động bật diễu hòa đẻ chắc chắn bạn sẽ cảm. thấy để chị khi về nhà. Ngay khi bạn xuất hiện 30 mét trước sân nhà, cửa garage được mở ra, mở khóa cửa trước và võ hiệu hóa hệ thống an ninh bảo vệ.

Ngay lúc này đên trong phòng khách bật lên và cẵn phòng phái một bản nhạc mã bạn yêu thích Chào mùng bạn trở về ngôi nhàt Khi mặt trời vừa lên, ngồi nhà tự động tắt điều hỏa, mở rèm lên đón những tia nắng âm áp đâu tiên Khi bạn ra khôi giường và hướng về phòng tắm, ngôi nhà đã biết bạn đã thức dậy, hệ thống báo động dược tất và Tivi dược bật lên để bạn có thể xem những tia tức cúa buổi sáng. Bạn tắm xong và ngôi nhà biết bạn đã sẵn sảng cho một ngày mới, bình pha cafe đang đợi ban 6 trên bàn. Bạn đúng bữa điểm lâm sảng vội vã và hưởng đến garage dé lay xe di dén văn phòng làm việc. Ngôi nhà biết đó là một ngày làm việc của bạn và tự động mở cửa garage.

Khi xe bạn vừa ra ngoài, ngôi nhà chuyển sang kịch bản *Đi làm", nỗ đồng cửa garage, khóa sữa chính, tắt hệ thông điều hỏa và chiêu sáng dông thời kích hoạt hệ thông an ninh dễ bảo vệ ngôi nhà Anh trai của bạn dến thành phố dễ thăm bạn và bạn thí bị kẹt ở văn phỏng lam việc. Anh ta gọi bạn từ sân bay và bạn nói lả không có mì, cứ việc đến thing nhà và nhập mã lâ ngày sinh nhật của anh trai bạn vào khóa cửa. Bạn cằm điện thoại lên, ra lệnh cho khỏa cửa bãy dễ cho anh trai bạn váo nhà với mã khỏa là ngày sinh nhật của anh ấy. Dỏng thời bạn cũng nói với ngôi nhà khi anh trai bạn mở khóa cửa, hay vô hiệu hóa hệ thông an rỉnh, mỡ hệ thông chiếu sáng và gửi một Lin nhắn thông ‘bao chao mừng vào diện thoại của anh ấy.

Đạn cũng có thể nói với khỏa cửa dó là mã tam thời và chỉ sử dụng một lân Dó là một ngày cuối tuần, ngồi nhá biết bạn sẽ không đi làm vào ngảy hôm nay. Sau khi đừng bữa sáng bạn di xuống lẳng hầm kiểm Ira một số thử, nó mở điều hòa tang him va dén chiếu sảng lên cho ban. Bạn quyết dinh nghỉ ngơi và vào phòng, MỤC LỤC LOI CAM DOAN. AH www LOL CAM ON.

© wele DANH MUC CAC THUAT NGO, CHU VIET TAT. DANH MỤC CAC HINT. So 1 Bối cảnh thực tIỂN,. con nhe 2 Nhiệm vụ đặt ra 3.

Phương pháp liếp cận. bố cục luận văn. TONG QUAN LY THUYET.1 Giới thiệu về nhả thông mình (SmartHome).2 Nha théng minh (SmarlHome) trong thuc tế 14 1.1 Giới thiệu vẻ nhà thông minh của BKAV Sraartore - 14 1.2 Các thánh phân cửa ngồi nhả thông minh Home Awromation.3 Tiêu chuẩn ngôi nhà thông mìnHh. 21 1,3 Xu huong ug 6i nha thong minh.1 Xu hướng nhà Không mình trên thế giới 22 1.3 Xu hướng nhà thông mính tại Việt Nam 2 CHƯƠNG II.

GIỚI THIẾU GIÁO THỨC MANG UPNP VA CONG NGHE UPNP CUA INTE) 2.1 Téng quan vé giao thite mang UPNP - 24 2.1 Giới thiêu về giae thức LIENP - 24 2.2 Các công nghệ sử dụng trong giao thức LIPNP.3 Cáo thành phân cơ bản của ứng dụng công nghệ LIPNP trong chia sẻ dữ ligu Multimedia - 30 2.4 Một số bạn chế của công nghệ LPNP - - 32 2 Gidi thigu chuan DLNA - 33 2.1 Giới thiệu về chuẩn DLWA.2 Các thành phần của chuẩn TỊT,NA. 35 3 LOT CAM ON Trước tiên, tôi xin chân thành cảm em TS Phạm Huy Hoàng đã dảnh thời gian quý báu, lận tình hướng đẫn chỉ bão, góp ý cho lôi trong suốt quả trình thực hiện luận văn tắt nghiệp. Tôi xin được cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy giáo, Cô giáo trong Viện Đào tạo Sau dại học — Đại học Bách Khoa. Dặc biệt, tôi xin được bảy tố lòng biết ơn sâu sắc tới các Thây giáo, Cô giáo trong Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông đã tham gia giẳng dạy tôi trong quá trình học tập tại Trường.

Các thấy cô dã tận tỉnh giảng, dạy, truyền dạt kiến thức, tạo tiên đề cho tôi hoàn thành luận văn. Cuỗi cũng, tôi xim chân thành cẩm ơn các bạn bè, đẳng nghiệp và nhất là gia đình tôi đã quan tâm và tạo mọi điều kiện tốt nhất, động viên, cổ vũ tôi trong suốt quả trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành tốt luận văn tắt nghiệp này. Xin trân trọng cảm ơn! 1à Nội, ngày 11 tháng 9 năm 2017 Tác giả Đỗ Quốc Bảo Hình 37: Cau hinh phan citng ciia may Audio Server. 53 Tình 28: Mặt trade va sau cia Cisco WS3560-48.

Hình 20: M&t trước và sau của Cisco rouler 2821 Hình 30: Tong quan hé thong mang Archiv Tinh 31: Giao điện web ctia phiin mém khai thac dit liu tai Dai TNF? Hình 32: Gii dữ liệu sang một hệ thông khác Hình 33: Mô hình phân cấp chức năng của ứng đụng dành cho serve Hình 34. : Mô hình phân cấp của chức năng quản lý dữ liệt Hinh 35: : Cầu trúc liên kết cư sở dữ liệu Hình 36: Mõ hình phân cấp chức năng của ứng dụng dénh cho client. 1Tình 37: Giao diện đành cha người quân trị đữ liệu da phuang tn. Hình 88: Giao diện thiết lập thêm mot Media Serve Hinh 39: Bang dif ligu vé Media Server.