Chương 1. - Lý do chọn đề tài. Mục tiêu của để tài. Đối tượng nghiên cứỨu.
Pham vi nghiÊn CỨU.-- 5 + E11 1E vn HH4 Chương 2. Phan tích, đánh giá các hướng nghiên cứu trong và ngoài nuoc. Hướng nghiên cứu ngoải hƯỚC. Hướng nghiên cứu trong nƯỚC.
Phương pháp thực hiỆn.- --- 5c S5 + kg ng ng nưkt 6 Chương 3.--2-©225s+EE+EE££E£2EE+EE+EEEZEEzEkerxrred 8 3. Công nghệ truyền tin bằng LORAWAN. Về lợi ích và ứng dụng. V6 băng CAN eeceececcecseecessessessessesscsessessessessessesscsecsessessessesseseeseeaeees 9 3.
Về cau trúc mạng LORAWAN. Về cấu trúc gói tin được sử dụng.--------c©sc+c+xscrserseee 11 An CC. Node phát gói tin LOA. Antenna dang HUONG.
Antenna định HuGng. Các thông số liên quan.---¿- 2 2 +E+SE+EE+EE+EE2EEEEEEEeEEerkerkerrrex 18 3. Packet ÏOSS TAf€. HH TH ng kưy 19 3.
HH HH HH HH HH ky 19 3.-- - HH HH kg ngư, 20 3. Cac linh kiện quan trọng được sử dụng trong thiết kế phần cứng. MCU STM232L47%XX.- G5 SG SH ng ni, 21 3. GPS GNSS L86 Quecfel.
Gà HH ri, 23 3. Ăn HH HH ng gi, 24 3. CIBIP9lagers, vẽ an. The Thing NetWOFK.
-Ặ- Ăn HH ng ngư 25 3.Ặ 2Q HT TH HH HH HH tre 27 Chương 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, THIET KE VA KHẢO SAT30 4. Thiết kế relay. Giải thuật định HU6Ng.
Giải thuật định thoi. Phương pháp khảo Sat. Khảo sát năng lượng tiêu thụ. Khao Sat hố.
Khảo sat anh hưởng của duty cycle. Khảo sát packet ÏOSS.c c SH ng kg rưy 55 Chương 5. KET QUÁ NGHIÊN CUU VÀ ĐÁNH GIA. _ Hiện thực phan cứng.--- --¿©E+SE+EE+EE+EE+EEEerEerkerkerkrrsrex 62 5.
Chie năng định hướng. Use case 4 4@WS 27727. Kết hợp định hướng khi đăng ký node mới. Kết quả đo đạc.
Kết quả đo năng lượng tiêu thụ. Kết quả khảo sát pin. Năng lượng khi dùng module GPS. Packet loss theo duty CC ÌÏ€.
Chức năng định thờI. --- --- 555 kh HH HH ngư 79 5. Kiểm thử hệ thống.----- 2+ 52+ E+EE£EESEE2EEEEEEEEEEEEEEerkerrrres 82 5. Lắp đặt và do đạc.
Ứng dung lay thong tin cảm biến môi trường. Năng lượng tiêu thu. Đánh giá chức nang oo. Diath gid pith.
ccc ceccecescesesscceseceecececeeeeseceeeeeeceseceseceeeseeeaeeeseeaees 96 Chương 6. KET LUẬN VA HƯỚNG PHAT TRIÊN. tt SE E11 215111111111111511111111E 1x11 xe. Những khó khăn.- --- 6 6 s31 vn HH ng ngư 99 6.
Hướng phat triỀn. --:- + ++S++E+EEEEEEEEEEEEEEEEEEErErrerrrred 100 TÀI LIEU THAM KHẢO.- 5-5: E+StSt+E+EEEEEESEEEEEEEEEEEEESEEEEEkrkerrkrksei 102 Isi0006925. 104 DANH MỤC HÌNH Hình 2. Mô hình hệ thống trong bài báo [3].-- -------sc+<<c++eexeseeeesexs 5 Hình 2.
Mô hình hệ thống trong bài báo [4].-----¿- 2s s2sz+zs+zx+re+ 6 Hình 2. Mô hình hệ thống của dé tài nghiên cứu. Cau trúc mạng LoRaWAN. Cấu tạo của RAK7240.
(Nguôn: rakWireÌeSS. Node phát LoRa DKBlue của RFThings Việt Nam. Mô hình phát sóng của omnidirecional antenna. Mô hình phát sóng của direcional antenna.
MCU STM32L476xx. Module GPS L86 Quectel. Bộ chuyển mach SKY 13414-485LF.COM) vicceserseccsereseeessssessneses 24 Hình 3. Giao điện Øat€WAV.
-- Gà Q11 HH TH TH HH ky 26 Hình 3. Giao diện ứng dụng do người dùng tạo. Tích hợp MQTT dé lay dit liệu. Tao wOrkfÍÏOW.- Q11 HH HH vn ven 28 Hình 3.
Ví dụ về giao diện hiển thị dữ liệu đo đạc. Sơ đồ khối thiết bị. Thiết kế đầu tiên. Thay đổi ở mặt trước (trái-thiết kế đầu, phải-thiết kế hiện tại).
Thay đổi ở mặt sau (trái-thiết kế đầu, phải-thiết kế hiện tại). Mạch thực tế (khi chưa han antenna). Antenna dùng cho thiết bị.-- ¿2-2 2 2+S+2E£+E£Ee£Eerxerxerxee 34 Hình 4. Kết quả do antenna đăng hướng.--- 2-2 5£ 52+++zz+zxezseez 34 Hình 4.
Kết quả đo antenna định hướng.- --2- 2 2 2+s2+se£+e£x+zxsxezz 34 Hình 4. Thiết bị relay đã hàn antenna.----¿- ¿s2 s++cx++zxzzxees 35 Hình 4. Sơ đồ hệ thống của chức năng định hướng. Minh họa vi trí cua node và relay trên trục tọa độ.
Sơ đồ giải thuật tính hướng dựa vào 2 giá trị GPS. Minh họa vị trí của node đối với đường tròn tâm là relay. Sơ đồ giải thuật RQ. Sơ đồ giải thuật đăng ky node mới vào whitelist.
Sơ đồ giải thuật khi thức dậy định thời. Sơ đồ giải thuật khi ở trang thái “Low” và nhận gói tin bat kỳ. Các tác vụ của relay hiển thị trên OTII DC Energy Analyzer. Pin sac lithium 18650.
Tắm pin mặt trời.àằẶàc Sex 49 Hình 4. Dat relay trong hộp kèm pin năng lượng mặt trời. Do GPS với clear VI©W. 2G HH HH ng tư, 51 Hình 4.
Do GPS với SKY VIỆW. ng HH nh key 51 Hình 4. Do GPS với half coverage View Í. co ccsxcseceeeesreerske 52 Hình 4.
Do GPS với half coverage View 2. cv rey 52 Hình 4. Sự khác biệt giữa duty 1% (trái) và duty 10% (phải). Biéu đồ phụ thuộc của đòng tiêu thụ trung bình với duty cycle.
Minh họa bối cảnh l.:--c¿5cc++scvxersrrxvrrerrrerrrrrrree 55 Hình 4. Minh họa bối cảnh 2. Lap đặt hệ thống đo đạc packet loss dựa trên duty cycle. VỊ trí đặt re]ay.
- --- G1 1S vn TH HH TH TH HH ngư 57 Hình 4. Cảnh quan nhìn từ node Ï. Cảnh quan nhìn từ node 2. Cảnh quan nhìn từ node Ô.
Workflow re€Ïay. sàn HH TH HH TH ngàn HH Hư 60 Hình 4. -- G1 SH HH TH TH HH ngư 61 Hình 4. Ảnh cắt từ dashboard hiển thị dữ liệu.
Thiết bi được cô định trong hộp. Tunning antenna với tần số 922MHz. Thiết bị relay khi đã đóng gói hoàn chỉnh. Relay kiểm tra GPS của chính nó.---2- ¿2 ©z+csz+zx+2sszes 64 Hình 5.
Kết quả chức năng định hướng — use case l. Kết quả đọc từ TTN — use case Ï.----¿©-2¿©cz2cxz+cxcccscee 65 Hình 5. Kết quả chức năng định hướng — use case 2. Gói tin được chuyên tiếp lên gateway — use case 2.
Kết quả quá trình tính direction dựa vào GPS đọc từ Relay Serial. Gói tin được chuyền tiếp lên gateway — use case 3. Relay nhận được gói tin và chuyền tiếp lên gateway. Quá trình node gửi thêm gói tin dé relay tinh direction.
Kết quả chức năng định hướng đọc từ relay— use case 4. Node gửi gói tin LoRa yêu cầu thêm vào whitelist. Relay xử lý quá trình đăng ky node mới. Node nhận được ACK từ r€Ïay.
Node và relay giao tiếp sau khi đăng ký. Kết quả khảo sát pin lithium 18650 trong 1 tuần. Theo dõi pin của thiết bị bằng Losant. Tỷ lệ mat gói của 3 node sau khi chuyền tiếp gói tin qua relay.
Tỷ lệ mat gói của node 1 khi đi trực tiếp đến gateway và chuyên tiếp 0081). Tỷ lệ mat gói của node 2 khi đi trực tiếp đến gateway và chuyền tiếp h0 8i) TA. Tỷ lệ mất gói của node 3 khi đi trực tiếp đến gateway và chuyền tiếp h0 89). Chi số RSSI trung bình được cải thiện sau khi chuyền tiếp qua relay Hình 5.
Thức dậy và lấy GPS. Kết quả thời gian và GPS, dưa vào đó xác định trạng thái. Hoạt động khi trạng thái thiết bi là “LOW”. Khi số gói tin tới bằng 20 thì chuyền tiếp gói tin mới nhất.
Nếu trạng thái thiết bi khác low, chuyên tiếp gói tin. Bản đồ vị trí lắp đặt của các thiết bị. Thông tin hiển thị trên Losant của relay I. Thông tin hiển thị trên Losant của relay 2.
Node lay thông tin nhiệt độ phòng bang cảm biến. Gói tin chứa thông tin cảm biến mà gateway nhận được. Các tác vụ của thiết bị khi định thời thức dậy. Biểu đồ công suất tiêu thụ trung bình của từng tác vụ trong trường hợp định thời thức dẬy.-- + +22 2612311111211 HH TH HH HH nưệt 88 Hình 5.
Các tác vụ của thiết bị khi đã có direction của node. Biểu đồ công suất tiêu thụ trung bình của từng tác vụ trong trường hợp đã có direction ca IOđE. Các tác vụ của thiết bị khi gói tin có ŒPS. Biểu đồ công suất tiêu thụ trung bình của từng tác vụ trong trường hợp nội dung gói tin chứa thông tin PS.
Các trạng thái của thiết bị khi gói tin không có GPS. Biểu đồ công suất tiêu thụ trung bình của từng tác vụ trong trường hợp gói tin không chứa thông tin GPS. Tính toán thời gian duy trì thiết bị. Kết quả theo dõi điện áp pin sử dụng sac pin mặt trời.
Kết quả theo dõi điện áp pin lithium18650.--- 98 DANH MỤC BANG Bảng 3. Bảng định nghĩa các mã data được sử dụng. Bảng cau trúc gói tin được sử dU. Bang thông số kỹ thuật của gateway RAK7240.
Bang thông số MCU STM32L476xx. Bang thông số GNSS module. Bang thông số của module LoRa E22. Bảng thông số của SKY 13414-485LF.
Bang thông số của IC sạc pin mặt trời.-----2-¿s+ss+cx+se2 25 Bảng 4. Bang mô tả use cases và cách giải quyết. Bảng tra CUU anf€TNA.- 2G S11 vn ng ke 39 Bảng 4. Bảng trạng thái của thiết bị.
Bảng đánh giá dòng tiêu thụ trung bình theo duty cycle. Bảng so sánh điều kiện truyền tin của 3 node. Kết quả đo năng lượng tiêu thụ khảo sát. Bảng khảo sát năng lượng tiêu thụ cua module GPS.
Bảng trường hợp do packet loss theo duty cycÌe. Bang set-up thiết bị. Thống kê năng lượng tiêu thụ khi định thời thức dậy. Thống kê năng lượng khi đã có direction của nođe.
Thống kê năng lượng khi gói tin có GPS. Thống kê năng lượng khi gói tin không có GPS. Bảng kết quả kiểm thử của node.---s¿ 2 ©5z2cs+2z++2zescsz 96 Bang 5. Bảng kết quả kiểm thử của relay.--- 2-5255 secxecsczssse2 96 DANH MUC TU VIET TAT GW: Gateway loT: Internet of Things LPWAN : Low Power Wide Area Network WPAN: Wireless Personal Area Network WLAN: Wireless Local Area Network LoRa: Long Range LoRaWAN: Long Range Wide Area Network RF: Radio Frequency TIN: The Things Network RSSI: Received Signal Strength Indicator SNR: Signal Noise Ratio PLR: Packet Loss Rate ACK: Acknowledgement MAC: Media Access Control GPS: Global Positioning System MCU: Microcontroller Unit TÓM TẮT KHÓA LUẬN Nền công nghiệp 4.0 đang phát triển vượt bậc nhờ sự lên ngôi của IoT - smart- city và smart-factory.
Một dự đoán cho thay rằng vào năm 2025, toàn thé giới sẽ sử dụng khoảng 30 tỷ thiết bị IoT trong nhiều ngành nghề lẫn nhiều khía cạnh trong cuộc sông và đề đáp ứng mạng lưới không lồ các thiết bị thông minh ấy, ước tính khoảng 1⁄4 trong số đó sẽ được ứng dụng công nghệ LPWAN [1]. Dẫu vậy, dù là công nghệ truyền tin nào thi cũng không thé tránh khỏi những bat lợi do chướng ngại vật gây ra, dù là môi trường đô thị hay khu vực công nghiệp, các loại công nghệ truyền tin đều phải giải quyết bài toán hóc búa về độ chính xác cao — độ trễ thấp — mà năng lượng tiêu tốn phải ít. Đã có một số giải pháp được đề xuất cho LoRaWAN nhưng vẫn còn nhiều điểm bat cập, chăng hạn như: tăng số lượng gateway, đối lai sẽ dẫn đến yêu cầu về cơ sở hạ tầng phức tạp hơn; hoặc thêm thao tác xử lý dữ liệu ở thiết bị thu, nhưng dễ khiến tốc độ truyền nhận data chậm lại [3].