Giới thiệu dự án

Ngành hàng không dân dụng và quản lý bay hiện đại đòi hỏi sự vận hành liên tục, chuẩn xác của hệ thống Thông tin, Dẫn đường, Giám sát (Communication, Navigation, Surveillance - CNS). Theo các tiêu chuẩn an toàn của Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế (ICAO - International Civil Aviation Organization), việc duy trì các thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) và thông số kỹ thuật điện áp tại các trạm đài dẫn đường (VOR/DME, NDB, trạm VHF viễn thông) đóng vai trò quyết định đến độ tin cậy của toàn bộ hệ thống điều hành bay. Tuy nhiên, tại các cảng hàng không có quy mô diện tích từ vài trăm đến hàng nghìn hecta, các phân khu chức năng và trạm kỹ thuật thường nằm phân tán, cách xa trung tâm điều hành từ vài trăm mét đến vài kilomet.

Vấn đề cốt lõi (Problem Statement) nằm ở chỗ: việc triển khai hệ thống cáp truyền thông vật lý (RS-485, cáp quang) đến từng trạm dẫn đường đòi hỏi chi phí hạ tầng ngầm cực lớn, thời gian thi công phức tạp và dễ bị đứt gãy do hoạt động bảo trì đường lăn, sân đỗ. Trong khi đó, các công nghệ không dây phổ thông như Wi-Fi hay ZigBee có tầm phủ ngắn (<100m) và dễ gây suy hao mạnh bởi vật cản kim loại, còn mạng di động 4G/5G lại phụ thuộc vào nhà mạng công cộng và phát sinh chi phí vận hành định kỳ. Đặc biệt, bất kỳ giải pháp không dây nào được ứng dụng trong khu vực sân bay đều phải đảm bảo không gây can nhiễu phổ vô tuyến với băng tần VHF hàng không (118 MHz – 137 MHz) đang được sử dụng cho liên lạc thoại và dữ liệu giữa kiểm soát viên không lưu và máy bay.

Nhằm giải quyết triệt để bài toán trên, đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng công nghệ LoRa trong việc thu thập dữ liệu tại Cảng Hàng Không" do sinh viên Vũ Quyết Thắng (Khoa Điện - Điện tử, Học viện Hàng không Việt Nam) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Quốc Khải đã nghiên cứu và chế tạo thành công hệ thống giám sát vô tuyến tầm xa sử dụng công nghệ LoRa (Long Range) kết hợp nền tảng IoT ThingsBoard.

Hệ thống đặt ra 4 mục tiêu kỹ thuật cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết điều chế LoRa (Chirp Spread Spectrum - CSS) và đánh giá tính tương thích điện từ, khẳng định sóng vô tuyến LoRa băng tần ISM 433 MHz không gây can nhiễu đến hệ thống VHF hàng không (118 – 137 MHz).
  2. Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh phần cứng cho 01 trạm thu thập trung tâm (LoRa Gateway) và 03 trạm nút cảm biến (LoRa Slave/Node) thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm và điện áp tiêu thụ.
  3. Xây dựng giải thuật định địa chỉ và giao thức truyền thông điểm - đa điểm (Point-to-Multipoint) chống xung đột gói tin, tích hợp truyền dữ liệu từ Gateway lên Cloud thông qua giao thức MQTT.
  4. Triển khai thử nghiệm thực tế tại nhiều vị trí địa hình trong khuôn viên, đo đạc và đánh giá định lượng các chỉ số cường độ tín hiệu thu (RSSI - Received Signal Strength Indicator) và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR - Signal-to-Noise Ratio).

Hệ thống mang lại kết quả vượt trội với khả năng duy trì kết nối ổn định ở khoảng cách trên 800m trong môi trường nhiều vật cản công trình, tỷ lệ mất gói dưới 2.5%, dòng tiêu thụ ở chế độ nghỉ chỉ ~1 µA, cung cấp giao diện trực quan hóa Dashboard thời gian thực trên ThingsBoard.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thu thập các thông số kỹ thuật môi trường và năng lượng của các phòng ban kỹ thuật/trạm chức năng, sử dụng dải tần số vô tuyến ISM 433 MHz được quy chuẩn tại khu vực Châu Á.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tại các sân bay, giải pháp giám sát truyền thống chủ yếu dựa trên hệ thống SCADA có dây hoặc nhân viên kỹ thuật đi ghi chép nhật trình thủ công định kỳ. Việc đánh giá đối chiếu với các công nghệ truyền thông không dây hiện có cho thấy tiềm năng vượt trội của LoRa:

Tiêu chí kỹ thuật LoRa (Băng tần 433 MHz) Wi-Fi (IEEE 802.11 b/g/n) ZigBee (IEEE 802.15.4) Mạng di động (4G / NB-IoT)
Tầm phủ sóng (Coverage) 1 – 5 km (Đô thị / Sân bay) 50 – 100 m 50 – 100 m Toàn quốc (Phụ thuộc trạm BTS)
Công suất tiêu thụ Cực thấp (~1 µA Sleep, ~20-120 mA Tx) Cao (~100 – 300 mA) Thấp (~15 – 30 mA) Trung bình - Cao (~50 – 200 mA)
Chi phí triển khai / Vận hành Miễn phí băng tần ISM, tự chủ Gateway Cao do cần nhiều Access Point Trung bình (cần nhiều trạm lặp Mesh) Định kỳ hàng tháng (Cước SIM Data)
Khả năng xuyên vật cản Rất cao (Điều chế CSS chirp signal) Kém, suy hao mạnh qua tường/kim loại Trung bình Tốt
Nguy cơ can nhiễu VHF (118-137MHz) Không (Băng tần 433 MHz cách biệt) Không (Băng tần 2.4 GHz) Không (Băng tần 2.4 GHz) Không

Yêu cầu người dùng được lượng hóa theo ma trận phân cấp ưu tiên MoSCoW:

  • Must have (Bắt buộc có): Module LoRa truyền nhận ổn định ở dải 433 MHz; vi điều khiển đọc chính xác nhiệt độ, độ ẩm, điện áp; Gateway đóng gói dữ liệu và đẩy lên ThingsBoard qua Wi-Fi/MQTT; Dashboard hiển thị biểu đồ thời gian thực.
  • Should have (Nên có): Cơ chế lọc địa chỉ nút nguồn (Node ID 8-bit) tránh nghẽn mạng; cảnh báo ngưỡng an toàn khi nhiệt độ/điện áp vượt mức cho phép.
  • Could have (Có thể mở rộng): Tích hợp giải thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA - Time Division Multiple Access) tối ưu hóa chu kỳ phát; chế độ Deep-Sleep tiết kiệm pin cho node.
  • Won't have (Chưa thực hiện trong giai đoạn này): Định vị vị trí GPS tích hợp trên từng Node cảm biến.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc giải pháp được tổ chức thành mô hình phân tầng chuẩn IoT (4 tầng):

+-----------------------------------------------------------------------+
|                       TẦNG ỨNG DỤNG (APPLICATION)                     |
|            ThingsBoard CE Cloud Server - Web Dashboard Monitoring     |
+-----------------------------------^-----------------------------------+
                                    | (MQTT over TCP/IP - Port 1883)
+-----------------------------------+-----------------------------------+
|                    TẦNG TRẠM KẾT NỐI (GATEWAY LAYER)                  |
|          LoRa Gateway: ESP32 Core + Semtech SX1278 (SPI Interface)   |
+-----------------------------------^-----------------------------------+
                                    | (Sóng vô tuyến RF LoRa 433 MHz - CSS)
+-----------------------------------+-----------------------------------+
|                    TẦNG THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI (NODE LAYER)                |
|  [LoRa Slave 1: Cổng Quân Đội]  [LoRa Slave 2: Ký Túc Xá]  [LoRa Slave 3]
|  ESP32 + SX1278 + DHT22        ESP32 + SX1278 + DHT22   ESP32 + SX1278
|  + Cảm biến đo điện áp         + Cảm biến đo điện áp    + Cảm biến đo áp
+-----------------------------------------------------------------------+

Hệ thống sử dụng Technology Stack đồng bộ với các phiên bản cụ thể:

  • Bộ vi điều khiển trung tâm: ESP32-WROOM-32 (Dual-core Xtensa 32-bit LX6, xung nhịp 240 MHz, SRAM 520 KB, tích hợp Wi-Fi 802.11 b/g/n).
  • Module thu phát vô tuyến: Semtech SX1278 LoRa Transceiver (Tần số 433 MHz, công suất phát tối đa +20 dBm (100 mW), độ nhạy thu đạt -148 dBm, giao tiếp ngoại vi qua bus SPI chuẩn: MOSI, MISO, SCK, NSS).
  • Phần mềm & Môi trường phát triển: Arduino IDE v2.2.1 kết hợp ESP32 Board Core v2.0.11; Visual Studio Code v1.84; Nền tảng ThingsBoard Community Edition v3.6.0.
  • Giao thức mạng: Giao thức kết nối tầng ứng dụng MQTT v3.1.1 với định dạng dữ liệu truyền tải JSON Telemetry.

Cấu trúc khung dữ liệu nhị phân tùy biến (Custom LoRa Frame Payload) được tối ưu hóa băng thông truyền:

$$\text{Frame} = [\text{Header: 1B}] + [\text{Sender ID: 1B}] + [\text{Receiver ID: 1B}] + [\text{Length: 1B}] + [\text{Data: 6B}] + [\text{CRC: 2B}]$$

Trong đó:

  • Receiver ID = 0x01 là địa chỉ duy nhất của LoRa Gateway.
  • Sender ID nhận các giá trị từ 0x02 đến 0xFF đại diện cho tối đa 254 trạm Slave.
  • Data bao gồm các trường: 2 byte nhiệt độ (Temperature), 2 byte độ ẩm (Humidity), 2 byte điện áp (Voltage).

Methodology

Đề tài áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp quy trình phát triển lặp (Iterative Engineering Workflow) kéo dài trong 10 tuần:

Tuần Công việc kỹ thuật Sản phẩm bàn giao (Deliverables)
Tuần 1-2 Nghiên cứu nguyên lý CSS, giao tiếp SPI giữa ESP32 và SX1278 Cấu hình thành công giao tiếp 2 module LoRa Point-to-Point
Tuần 3-4 Xây dựng thuật toán phân chia ID, đọc cảm biến DHT22 và mạch đo áp Khung truyền đa node gửi dữ liệu về 1 node nhận hiển thị Serial
Tuần 5-6 Nghiên cứu giao thức MQTT, dựng server ThingsBoard, testboard Dữ liệu đẩy lên Dashboard thành công qua kết nối Wi-Fi Gateway
Tuần 7-8 Thiết kế sơ đồ nguyên lý trên Altium/Proteus, gia công mạch in PCB, hàn linh kiện 01 bo mạch LoRa Gateway hoàn chỉnh + 03 bo mạch LoRa Slave
Tuần 9-10 Triển khai đo đạc thực địa tại 3 khu vực, tối ưu hóa RSSI/SNR, viết báo cáo Đồ án hoàn chỉnh và hệ thống phần cứng vận hành ổn định

Quản trị rủi ro (Risk Mitigation): Để ngăn chặn hiện tượng xung đột sóng khi nhiều Slave truyền cùng lúc, hệ thống sử dụng thuật toán gán Time-slot (TDMA giản lược) phối hợp cơ chế kiểm tra kênh rỗi (Carrier Sense) trước khi kích hoạt bộ phát RF của SX1278.

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình thi công phần cứng được tiến hành chuẩn hóa từ sơ đồ nguyên lý sang mạch in PCB 2 lớp:

  • Khối nguồn: Sử dụng IC hạ áp AMS1117-3.3V cấp dòng ổn định 1A cho module SX1278 và ESP32, chống sụt áp tức thời khi chip LoRa kích hoạt công suất phát cao nhất.
  • Khối xử lý tín hiệu: Kết nối chân ESP32 với SX1278 qua các chân SPI tiêu chuẩn (SCK -> GPIO 18, MISO -> GPIO 19, MOSI -> GPIO 23, NSS/CS -> GPIO 5, DIO0 -> GPIO 2 để bắt ngắt RxDone).

Thuật toán xử lý trên LoRa Slave (Trích đoạn mã C++ triển khai trên ESP32):

#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>
#include <DHT.h>

#define SS_PIN    5
#define RST_PIN   14
#define DIO0_PIN  2
#define DHTPIN    4
#define DHTTYPE   DHT22

const byte LOCAL_ADDRESS = 0x02;     // Địa chỉ của Slave 1
const byte GATEWAY_ADDRESS = 0x01;   // Địa chỉ của Gateway
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  dht.begin();
  LoRa.setPins(SS_PIN, RST_PIN, DIO0_PIN);
  if (!LoRa.begin(433E6)) {
    Serial.println("Khoi tao LoRa 433MHz that bai!");
    while (1);
  }
  LoRa.setSpreadingFactor(7);        // SF7 giup toi uu toc do truyen
  LoRa.setSignalBandwidth(125E3);     // Băng thông 125 kHz
  LoRa.setCodingRate4(5);            // Coding Rate 4/5
  LoRa.setTxPower(20);               // Cong suat phat 20 dBm (100mW)
}

void loop() {
  float h = dht.readHumidity();
  float t = dht.readTemperature();
  float v = (analogRead(34) * 3.3 / 4095.0) * ((10.0 + 2.0) / 2.0); // Phan ap do dien ap 12V

  if (isnan(h) || isnan(t)) return;

  // Đóng gói bản tin LoRa có gắn địa chỉ
  LoRa.beginPacket();
  LoRa.write(GATEWAY_ADDRESS);  // Dia chi dich
  LoRa.write(LOCAL_ADDRESS);    // Dia chi nguon
  LoRa.write((uint8_t)t);       // Byte nhiet do
  LoRa.write((uint8_t)h);       // Byte do am
  LoRa.write((uint8_t)(v * 10));// Byte dien ap (scaled x10)
  LoRa.endPacket();

  delay(5000); // Chu kỳ gửi dữ liệu 5 giây
}

Tại LoRa Gateway, sau khi bắt ngắt nhận gói tin từ SX1278, vi điều khiển ESP32 bóc tách dữ liệu, đọc giá trị LoRa.packetRssi() và LoRa.packetSnr(), chuyển đổi thành chuỗi JSON và gửi lên ThingsBoard MQTT Topic v1/devices/me/telemetry:

// Xử lý gói tin và đẩy lên ThingsBoard qua MQTT Client
void sendTelemetryToThingsboard(byte senderId, float temp, float humid, float volt, int rssi, float snr) {
  String payload = "{";
  payload += "\"node_id\":" + String(senderId) + ",";
  payload += "\"temperature\":" + String(temp) + ",";
  payload += "\"humidity\":" + String(humid) + ",";
  payload += "\"voltage\":" + String(volt) + ",";
  payload += "\"rssi\":" + String(rssi) + ",";
  payload += "\"snr\":" + String(snr);
  payload += "}";
  
  mqttClient.publish("v1/devices/me/telemetry", payload.c_str());
}

Testing và validation

Hệ thống được triển khai thử nghiệm thực tế tại 3 vị trí điển hình quanh khuôn viên với các mức độ cản trở vật lý khác nhau:

  • Vị trí 1 (Trước cổng quân đội & dãy hàng quán): Khoảng cách 150m – 350m, nhiều tường bê tông và tán cây.
  • Vị trí 2 (Khu vực Ký túc xá sinh viên): Khoảng cách 400m – 650m, môi trường chắn bởi kết cấu nhà cao tầng nhiều cốt thép.
  • Vị trí 3 (Khu vực không gian mở / Sân vận động): Khoảng cách 700m – 850m, tầm nhìn thẳng (Line of Sight - LOS).

Dữ liệu đo đạc thực nghiệm các thông số vô tuyến:

Vị trí thử nghiệm Khoảng cách (m) Điều kiện truyền sóng RSSI trung bình (dBm) SNR trung bình (dB) Tỷ lệ nhận gói (PDR %) Đánh giá chất lượng tín hiệu
Vị trí 1A (Cổng) 180 m Bán thoáng (Near-LOS) -72 dBm +8.5 dB 99.8% Tín hiệu rất mạnh, không lỗi
Vị trí 1B (Quán Cơm) 320 m Xuyên 2 lớp tường gạch -89 dBm +3.2 dB 98.5% Tín hiệu tốt, ổn định
Vị trí 2A (KTX Đầu dãy) 450 m Khuất sau 1 tòa nhà KTX -98 dBm -1.5 dB 97.2% Giải điều chế dưới mức nhiễu tốt
Vị trí 2B (KTX Cuối dãy) 620 m Xuyên nhiều vách bê tông -112 dBm -7.8 dB 94.6% Tín hiệu yếu nhưng không mất gói
Vị trí 3 (Không gian mở) 820 m Đường truyền thẳng (LOS) -94 dBm +2.0 dB 98.9% Tín hiệu ổn định ở cự ly xa

Biểu đồ trực quan hóa dữ liệu trên ThingsBoard cho thấy các thông số nhiệt độ (dao động $26.5^\circ\text{C} - 32.8^\circ\text{C}$), độ ẩm ($65% - 85%$) và điện áp trạm nguồn ($11.8\text{V} - 12.4\text{V}$) được cập nhật liên tục với độ trễ (Latency) toàn trình từ lúc cảm biến đo đến khi hiển thị trên Web dưới $280\text{ ms}$.

Kết quả đạt được

Đối chiếu với các mục tiêu đề ra ban đầu:

  • Thi công phần cứng: Hoàn thành 100% việc chế tạo 01 Gateway và 03 Node Slave trên bo mạch in PCB nhỏ gọn, có vỏ hộp bảo vệ đạt chuẩn hoạt động ngoài trời.
  • Hiệu năng mạng: Hệ thống duy trì hoạt động liên tục trong đợt kiểm thử 72 giờ không xảy ra hiện tượng treo vi điều khiển (nhờ cơ chế Hardware Watchdog Timer tích hợp trong ESP32).
  • Mức độ chính xác: Cảm biến DHT22 cho sai số nhiệt độ $\pm 0.5^\circ\text{C}$, sai số độ ẩm $\pm 2%$; mạch đo điện áp phân áp chính xác trong khoảng sai số $<1.2%$.

Đổi mới và đóng góp

  1. Khẳng định tính an toàn điện từ trong ngành hàng không: Đề tài đã phân tích và chứng minh rằng việc sử dụng công nghệ LoRa băng tần 433 MHz hoàn toàn không gây can nhiễu tương hỗ (Cross-interference) với hệ thống vô tuyến hàng không VHF (118 – 137 MHz), mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng mạng cảm biến không dây công suất thấp (LPWAN) tại các khu vực nhạy cảm của sân bay.
  2. Kiến trúc mạng lai (Hybrid LoRa-MQTT Architecture): Kết hợp khả năng truyền sóng khoảng cách xa của LoRa tại tầng vật lý với tính linh hoạt của giao thức MQTT tại tầng ứng dụng, giúp hệ thống dễ dàng mở rộng và tích hợp vào các hệ thống quản lý tòa nhà sân bay (BMS) sẵn có.
  3. Cắt giảm 85% chi phí đầu tư hạ tầng: So với phương án rải cáp truyền dẫn RS-485 ngầm hoặc triển khai các điểm thu phát Wi-Fi diện rộng ngoài trời, giải pháp mạng LoRa tự thiết kế giúp tiết kiệm hơn 85% chi phí đầu tư ban đầu và giảm thời gian thi công từ vài tuần xuống còn vài giờ.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Hệ thống có khả năng ứng dụng thực tiễn ngay tại các đơn vị quản lý cảng hàng không:

  • Giám sát trạm đài dẫn đường xa (VOR/DME, NDB): Đặt các LoRa Slave tại các nhà trạm hẻo lánh ngoài ranh giới sân đỗ để liên tục giám sát nhiệt độ phòng máy chủ, độ ẩm chống chập cháy và điện áp ắc-quy dự phòng (UPS).
  • Giám sát hệ thống chiếu sáng sân đỗ và đường lăn: Theo dõi điện áp tiêu thụ của các cột đèn cao áp, phát hiện sớm sự cố rò rỉ điện hoặc mất nguồn cục bộ.
  • Giám sát kho hàng hóa và phân xưởng bảo dưỡng máy bay (Hangar): Cảnh báo sớm các nguy cơ cháy nổ thông qua việc giám sát nhiệt độ môi trường và trạng thái tủ điện nguồn.

Lộ trình triển khai gồm 3 giai đoạn:

  1. Giai đoạn 1 (1-2 tháng): Lắp đặt thử nghiệm 10 Node cảm biến tại các trạm nguồn hạ thế và phòng kỹ thuật trung tâm.
  2. Giai đoạn 2 (3-6 tháng): Nâng cấp Gateway lên chuẩn công nghiệp 8 kênh thu phát đồng thời, mở rộng tầm phủ toàn bộ khu bay.
  3. Giai đoạn 3 (Sau 6 tháng): Tích hợp AI phân tích dữ liệu chuỗi thời gian trên ThingsBoard để dự đoán hỏng hóc thiết bị trước khi xảy ra sự cố (Predictive Maintenance).

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Băng thông truyền dẫn của LoRa ở tần số 433 MHz tương đối thấp (tốc độ dữ liệu ~0.3 – 50 kbps), chỉ phù hợp truyền dữ liệu dạng số liệu đo đạc (Telemetry), không thể truyền hình ảnh trực tiếp hay video giám sát.
  • Khi mở rộng số lượng Slave lên hàng trăm node trên một kênh tần số đơn lẻ, nguy cơ xung đột gói tin (Packet Collision) sẽ gia tăng nếu không có cơ chế lập lịch truyền đồng bộ chặt chẽ.

Hướng phát triển

  • Nâng cấp Gateway sang sử dụng vi xử lý đa kênh Semtech SX1302/SX1303 hỗ trợ chuẩn LoRaWAN hoàn chỉnh (Class A, B, C), cho phép quản lý đồng thời hàng nghìn node cảm biến.
  • Tích hợp thêm cảm biến khói quang học, cảm biến khí gas/CO và cảm biến rung chấn nhằm nâng cao khả năng cảnh báo sớm sự cố cháy nổ.
  • Nghiên cứu cơ chế thu hoạch năng lượng (Energy Harvesting) từ pin năng lượng mặt trời kết hợp mạch sạc pin Lithium-ion để các trạm Slave hoạt động hoàn toàn tự chủ mà không cần thay pin trong suốt vòng đời 5 năm.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông & IoT: Tài liệu tham khảo toàn diện về thiết kế phần cứng vi điều khiển, giao thức điều chế CSS LoRa và lập trình tích hợp IoT Dashboard.
  • Kỹ sư và Lập trình viên nhúng: Mã nguồn mẫu và các giải pháp chống suy hao tín hiệu vô tuyến, phương pháp bóc tách dữ liệu và đóng gói giao thức MQTT tối ưu.
  • Doanh nghiệp Cảng Hàng không & Quản lý bay: Giải pháp công nghệ chi phí thấp, triển khai nhanh, an toàn tuyệt đối về tần số vô tuyến, giúp tự động hóa khâu thu thập dữ liệu kỹ thuật 24/7.
  • Nhà nghiên cứu viễn thông ứng dụng: Số liệu thực nghiệm chuẩn xác về RSSI/SNR trong môi trường đặc thù nhiều vật cản kim loại và kết cấu bê tông cốt thép của sân bay.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật phần cứng tối thiểu để triển khai hệ thống là gì?

Hệ thống yêu cầu mỗi trạm đo (Slave) trang bị tối thiểu 01 vi điều khiển ESP32, 01 module Semtech SX1278 (433 MHz), cảm biến DHT22 và mạch phân áp đo điện áp. Trạm Gateway cần 01 ESP32 kết nối Wi-Fi/Ethernet nội bộ và một máy chủ (hoặc VPS) chạy nền tảng ThingsBoard CE (yêu cầu tối thiểu 2 CPU Cores, 4GB RAM, cài đặt Java 17 và PostgreSQL).

2. Giới hạn số lượng Node cảm biến kết nối vào một Gateway là bao nhiêu?

Với giao thức định địa chỉ 8-bit hiện tại, 01 Gateway có thể quản lý tối đa 254 Node Slave. Nếu chu kỳ gửi dữ liệu là 60 giây/lần và áp dụng thuật toán chia khe thời gian TDMA, hệ thống đảm bảo tỷ lệ nhận gói tin PDR $>95%$ mà không bị nghẽn mạng.

3. Hệ thống LoRa 433 MHz có can nhiễu đến thông tin liên lạc máy bay không?

Hoàn toàn không. Tần số LoRa sử dụng là 433 MHz thuộc băng tần công nghiệp ISM, cách xa dải tần số liên lạc VHF hàng không (118 – 137 MHz). Hơn nữa, mức công suất phát của module SX1278 chỉ đạt tối đa 20 dBm (100 mW), hoàn toàn tuân thủ các quy định về tương thích điện từ (EMC) trong khu vực sân bay.

4. Chi phí duy trì và chế độ bảo trì hệ thống ra sao?

Chi phí vận hành định kỳ gần như bằng $0$ do hệ thống sử dụng mạng vô tuyến tự thiết lập trên băng tần miễn cước và nền tảng ThingsBoard mã nguồn mở. Chế độ bảo dưỡng định kỳ chỉ yêu cầu kiểm tra ăng-ten vô tuyến và vệ sinh đầu đọc cảm biến mỗi 6 tháng một lần.

5. Khả năng tích hợp với các hệ thống SCADA/BMS hiện có như thế nào?

ThingsBoard cung cấp đầy đủ chuẩn giao tiếp RESTful API và Kafka/MQTT Broker Connector, cho phép bất kỳ hệ thống SCADA hoặc phần mềm quản lý sân bay nào cũng có thể lấy dữ liệu đo đạc theo thời gian thực thông qua các truy vấn HTTP GET/POST chuẩn định dạng JSON.

Kết luận

Đề tài "Ứng dụng công nghệ LoRa trong việc thu thập dữ liệu tại Cảng Hàng Không" đã giải quyết xuất sắc bài toán thu thập dữ liệu kỹ thuật tầm xa, công suất thấp trong môi trường đặc thù của sân bay. Bằng việc kết hợp điều chế vô tuyến LoRa 433 MHz, bộ điều khiển ESP32 và nền tảng đám mây ThingsBoard, hệ thống khẳng định tính khả thi vượt trội về mặt kỹ thuật, đảm bảo an toàn phổ tần số hàng không và mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt. Đây là bước đệm quan trọng hướng tới việc xây dựng mô hình Cảng Hàng Không Thông Minh (Smart Airport 4.0) hiện đại, an toàn và tự động hóa cao.