Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Cơ sở lí thuyết Phần II: Nội dung và kết quả Chương 3: Thiết kế Chương 4: Thi công và triển khai hệ thống Trang 3 Chương 5: Kết quả và định hướng phát triển Trang 4 CƠ SỞ LÍ THUYẾT Hệ sinh thái Internet of Things - IoT Khái niệm Internet of Things Internet Vạn Vật (Hình 2.1) hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là thiết bị kết nối“ và thiết bị thông minh“), phòng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu. 1: Internet Of Things Kiến trúc Internet of Things Kiến trúc IoT được đại diện cơ bản bởi 4 phần: Vạn vật (Things), trạm kết nối (Gateways), hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud) và các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-creation and Solutions Layers). Vạn vật (Things): Ngày nay có hàng tỷ vật dụng đang hiện hữu trên thị trường gia dụng và công nghệ, ở trong nhà hoặc trên tay của người dùng. Chẳng hạn như xe hơi, thiết bị cảm biến, thiết bị đeo và điện thoại di động đang được kết nối trực tiếp thông qua băng tầng mạng không dây và truy cập vào Internet.
Giải Trang 5 pháp IoT giúp các thiết bị thông minh được sàng lọc, kết nối và quản lý dữ liệu một cách cục bộ, còn các thiết bị chưa thông minh thì có thể kết nối được thông qua các trạm kết nối. Trạm kết nối (Gateways): Một rào cản chính khi triển khai IoT đó là gần 85% các vật dụng đã không được thiết kế để có thể kết nối với Internet và không thể chia sẻ dữ liệu với điện toán đám mây. Để khắc phục vấn đề này, các trạm kết nối sẽ đóng vai trò là một trung gian trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán đám mây một cách bảo mật và dễ dàng quản lý. Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud): Cơ sở hạ tầng kết nối: Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IP được kết nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính.
Cơ sở hạ tầng mạng này bao gồm thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều thiết bị khác có thể kiểm soát lưu lượng dữ liệu lưu thông và cũng được kết nối đến mạng lưới viễn thông và cáp – được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ. Trung tâm dữ liệu/ hạ tầng điện toán đám mây: Các trung tâm dữ liệu và hạ tầng điện toán đám mây bao gồm một hệ thống lớn các máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối. Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers): Intel đã kết hợp những phần mềm quản lý API hàng đầu (Application Progmraming Interface) là Mashery* và Aepona* để giúp đưa các sản phẩm và giải pháp IoT ra thị trường một cách chóng và tận dụng được hết giá trị của việc phân tích các dữ liệu từ hệ thống và tài sản đang có sẵn. Các đơn vị thường dùng trong ngành Viễn thông (dB, dBm, dBd, dBi) Decibel( dB): Decibel (dB) là một đơn vị đo lường được sử dụng để biểu thị tỷ lệ của luỹ thừa, áp suất âm thanh hoặc những thứ khác trên thang logarit.
Decibel được phát minh bởi Bell Labs và đặt theo tên tên của Alexander Graham Bell. Trang 6 dBm dBm là chữ viết tắt của decibel trên một miliwatt. Nó là một đơn vị mức được sử dụng để chỉ ra rằng tỷ lệ công suất được biểu thị bằng decibel (dB) với trên một miliwatt (mW). dBi và dBd dBi và dBd đều là các đơn vị biểu diễn độ lợi công suất (power gain) của antenna, nhưng có tham chiếu khác nhau.
dBi so sánh power gain của antenna với antenna đẳng hướng (omni- antenna/isotropic antenna: antenna điểm có công suất phát đi các hướng bằng nhau) dBd so sánh power gain của antenna với antenna lưỡng cực đối xứng (half- wave dipole) Tần số sử dụng trong ngành Hàng Không Khái niệm về truyền sóng VHF VHF là viết tắt của Very High Frequency nó có thể được hiểu là Tần số Cao Cực kỳ hoặc Sóng Cao Cực kỳ. Đây là một dải tần số trong khoảng tần số từ 30 MHz đến 300 MHz trong phổ tần số điện từ. Phổ VHF (Hình 2.2) chủ yếu được sử dụng cho các mục đích truyền thông không dây, bao gồm cả truyền hình, đài phát thanh, liên lạc hàng không, và liên lạc tàu biển. 2: Dạng sóng VHF Giới thiệu về thiết bị vô tuyến hàng không VHF (118-137MHz) Thiết bị vô tuyến hàng không sử dụng trên mặt đất (Hình 2.3) hoạt động trong băng VHF (118-137MHz) sử dụng kỹ thuật điều biên AM được sử dụng trong hệ thống thống thông tin lưu động hàng không (trong ngành hàng không có 3 hệ thống: hệ thống thông tin, hệ thống dẫn đường và hệ thống giám sát.
Thiết bị này phục vụ cho việc trao đổi thông tin không – đất và ngược lại. Thiết bị loại này bao gồm: Trang 7 Thiết bị VHF truyền dẫn thoại tương tự: Thiết bị này được sử dụng để trao đổi thoại giữa các máy bay và mặt đất để liên lạc thoại giữa kiểm soát không lưu với phi công trên máy bay để điều hành, chỉ huy mọi hoạt động của máy bay từ khi bắt đầu khởi động đến khi hạ cánh an toàn. Hiện nay, tại Việt Nam chỉ sử dụng thiết bị loại này. Thiết bị VHF truyền dẫn dữ liệu (VDL): Trong tương lai, thiết bị này có thể được sử dụng để thay thế cho các thiết bị truyền dẫn thoại tương tự (trao đổi thông tin thoại chỉ được dùng trong những trường hợp không bình thường hoặc khẩn cấp).
Thiết bị VHF Datalink này bao gồm: Thiết bị theo chuẩn VDL mode 1: Hiện tại không có thiết bị theo chuẩn này vì chuẩn VDL mode 1 được xem xét trên giấy tờ và đã bị loại bỏ. Thiết bị theo chuẩn VDL mode 2: Hiện nay có một số hãng hàng không sử dụng thiết bị theo chuẩn này dưới dạng thử nghiệm (tại Việt Nam không sử dụng thiết bị theo chuẩn này). Chuẩn VDL mode 2 do AMCP phát triển chỉ cho phép truyền dữ liệu. Chuẩn này được đưa vào Phụ lục 10 “thông tin liên lạc hàng không ” tại chương III phần I của Công ước hàng không quốc tế.
Tuy nhiên, gần đây Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế ICAO đã bỏ chỉ tiêu kỹ thuật đối với thiết bị ra khỏi Phụ lục 10. Thiết bị theo chuẩn VDL mode 3: Các thiết bị theo chuẩn này có thể truyền cả thoại và dữ liệu. Tuy nhiên, do đặc điểm của VDL mode 3 là yêu cầu các kênh VHF dành riêng cho mỗi trạm VHF do đó thiết bị theo chuẩn này rất ít được sử dụng vì không đủ tần số để triển khai. Thiết bị theo chuẩn VDL mode 4: Chuẩn VDL mode 4 là chuẩn mới nhất cho các thiết bị VDL, hiện vẫn đang được chuẩn hóa cho phép truyền dữ liệu.
Tuy nhiên, VDL mode 4 đã được đề xuất chuyển sang hoạt động tại băng tần 108-118MHz. 3: Hệ thống thiết bị vô tuyến hàng không Trang 8 Sử dụng thiết bị truyền sóng VHF tại Việt Nam Tại Việt Nam, dịch vụ thông tin, dẫn đường, giám sát (Communication, Navigation, Surveillance - CNS) do Tổng công ty Quản lý bay cung cấp cho các chuyến bay đi/ đến các sân bay của Việt Nam và các chuyến bay quá cảnh qua vùng thông báo bay của Việt Nam. Để đảm bảo liện lạc thoại giữa kiểm soát viên không lưu và người lái tại mỗi giai đoạn điều hành chuyến bay (khu vực sân bay, khu vực tiếp cận và bay đường dài), các trạm VHF được tính toán lắp đặt phù hợp. Hiện tại, tất cả các sân bay trên toàn quốc đều được lắp đặt trạm VHF ( Hình 2.4) để phục vụ cho điều hành bay tại khu vực sân bay; 03 trạm VHF tiếp cận được lắp tại 3 cảng hàng không quốc tế Nội Bài, Đà Nẵng, Tân Sơn Nhất để phục vụ điều hành bay tiếp cận; 07 trạm VHF đường dài được lắp đặt theo dọc trục đường bay Bắc - Nam tại Mộc Châu, Hà Nội, Vinh, Sơn Trà, Qui Nhơn, Tân Sơn Nhất và Cà Mau để phục vụ điều hành bay đường dài.
Mỗi trạm VHF đường dài có tầm phủ tối đa 450 km và hoạt động trong băng tần từ 118 - 137MHz. 4: Trạm VHF đường dài Trang 9 Giới thiệu về công nghệ mạng Lora Khái niệm về sóng truyền RF Sóng RF là sóng radio tần số radio frequency (RF) ( Hình 2. Đây là loại sóng điện từ có tần số cao hơn so với sóng dài hơn, sóng trung bình và sóng ngắn. Sóng RF thường được sử dụng trong truyền thông không dây, viễn thông và radar.
Sóng RF có tần số từ 3 kilohertz (kHz) đến 300 gigahertz (GHz). Các thiết bị không dây như điện thoại di động, sóng radio và Wi-Fi sử dụng sóng RF để truyền thông tin không dây. Ngoài ra, sóng RF cũng được sử dụng trong các hệ thống radar để phát hiện và theo dõi các đối tượng, cũng như trong nhiều ứng dụng y tế và khoa học. 5: Dạng sóng RF Khái niệm về mạng Lora LoRa là viết tắt của Long Range Radio được nghiên cứu và phát triển bởi Cycleo và sau này được mua lại bởi công ty Semtech năm 2012.
Với công nghệ này, chúng ta có thể truyền dữ liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần các mạch khuếch đại công suất; từ đó giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ khi truyền/nhận dữ liệu ( Hình 2. Do đó, LoRa có thể được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng thu thập dữ liệu như sensor network trong đó các sensor node có thể gửi giá trị đo đạc về trung Trang 10 tâm cách xa hàng km và có thể hoạt động với pin trong thời gian dài trước khi cần thay pin. Mạng Lora sử dụng sóng truyền RF. 6: Mạng LoRa Đặc điểm của Lora Tốc độ truyền dữ liệu: Khoảng từ 0.
Gateway xử lý nhiều thiết bị Slave cùng một lúc. Các Gateway có thể nhận đồng thời nhiều tần số, trong mọi hệ số lan truyền (Spreading Factor) ở mỗi tấn số. Giao tiếp hai chiều. Tốc độ truyền dữ liệu càng chậm thì khả năng truyền càng mạnh và phạm vi dài.
Ở chế độ nghỉ, LoRa hoạt động 1µA. Kỹ thuật điều chế Lora 2.