Đặt vấn đề Hãy tưởng tượng con của bạn ở nhà, bạn đi làm và bạn muốn cho phép chúng sử ti vi từ 11h30-12h30, máy vi tính từ 15h-16h hoặc bạn muốn xem chúng đã sử dụng những thiết bị điện nào trong khi bạn vẫn đang ở công ty hoặc một nơi nào đó mà không cần về nhà. Không dừng lại ở đó, khi tan làm về nhà, bạn có thể kiểm tra được thiết bị nào đang được sử dụng hoặc quên chưa tắt như máy lạnh, quạt, … Bạn có thể điều khiển tắt nó nếu nó không được sử dụng hợp lý. Một hệ thống cho phép bạn nhận diện được thiết bị đang được sử dụng, quản lý thời gian hoạt động, bật tắt thiết bị từ xa, vô hiệu hoá thiết bị không đạt yêu cầu hoạt động do bạn đặt ra, cảnh báo quá tải và có thể tự động ngắt nếu bạn đồng ý. Nhờ vậy, chúng ta có thể tiết kiệm một phần nào đó năng lượng, bảo vệ thiết bị của bạn và tăng cao tuổi thọ của chúng.
Việc giám sát các thiết bị điện tử sẽ giúp bạn sử dụng các thiết bị hợp lí hơn. Bạn có thể biết con của mình đã sử dụng các thiết bị điện tử bao lâu, có phù hợp không. Từ đó, nhanh chóng can thiệt để bảo vệ sức khỏe cho chúng. Hướng giải quyết Hầu hết các thiết bị được sử dụng trong công nghiệp và trong đời sống con người, đều dùng nguồn năng lượng là điện năng để hoạt động.
Bởi vậy, việc giám sát năng lượng chính là việc giám sát lượng điện năng tiêu thụ của các thiết bị. Bên cạnh đó, việc giám sát này còn giúp bảo vệ hệ thống điện và các thiết bị có trong hệ thống. Dựa vào các thông tin từ nguồn điện năng tiêu thụ của các thiết bị, ta có thể biết được thiết bị đó có cho phép hoạt động hay không. Nếu không thì tắt chúng nhầm tiết kiệm năng lượng.
Ngoài ra, chúng ta cũng có thể nhận biết được các trạng thái quá tải của thiết bị và dừng chúng ngay dù chúng đang được cho phép hoạt động. Việc này sẽ giúp ta ổn đinh hệ thống điện, tránh mất điện cũng như bảo vệ được thiết bị. Muốn giải quyết được vấn đề giám sát năng lượng đã đề ra, chúng ta cần phải thực hiện việc thu thập dữ liệu, ở đây chính là các thông tin của năng lượng. Tiếp đến chúng ta cần gửi các thông tin này về hệ thống điều khiển.
Tại đây, 2 do an các dữ liệu sẽ được kiểm tra thuộc những nhóm thiết bị nào, có được cho phép hoạt động hay không, có vấn đề quá tải hay không. Sau đó, sẽ cấp ra một tín hiệu điều khiển gửi đến các thiết bị. Tín hiệu này sẽ ngắt nguồn chúng nếu chúng gặp các sự cố hoặc không được phép hoạt động. Trong quá trình thu thập dữ liệu và xuất tín hiệu điều khiển đều được thực hiện từ một khoảng cách xa.
Vì vậy, với sự phát triển của công nghệ IoT hoàn toàn có thể cho phép ta thực hiện điều đó. 3 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG Để có thể xây dựng được một hệ thống như yều cầu đã đặt ra, chúng ta cần phải tìm hiểu một số khái niệm, cơ sở liên quan đến hệ thống. Các khái niệm về những đại lượng liên quan đến năng lượng, các cách thức để giao tiếp giữa các module với nhau hay những phương thức tạo thành một hệ thống công nghệ IoT đều được trình bày trong chương này. Ngoài ra, trong chương này còn trình bày vêf xây dựng những giải thuật của riêng hệ thống.
Đồng thời, cũng giải quyết được các thức kết nối, giao tiếp giữa các module với nhau để xây dựng thành một hệ thống hoàn chỉnh và hoạt động tốt. Nền tảng về IoT Trong phần này, chúng tôi đã tham khảo và sử dụng những ý kiến từ một tài liệu mục số [1]. Định nghĩa Công nghệ IoT đã không còn xa lạ và đã được ứng dụng trong rất nhiều lãnh vực của đời sống con người. Tuy nhiên, lại chưa được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam, bởi điều kiện về kỹ thuật không đầy đủ, thiếu kinh tế và nhu cầu sử dụng rất ít.
Nhưng công nghệ này vẫn mang trong nó những xu hướng phát triển mới đầy tiềm năng. Là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, mang đến những dịch vụ tiên tiến bằng cách kết nối các “Things” (cả đối tượng vật lý lẫn các đối tượng ảo) dựa trên sự tồn tại của thông tin, dựa trên khả năng tương tác của các thông tin đó, và dựa trên các công nghệ truyền thông. Đây chính là mạng lưới thiết bị kết nối Internet. Trong mạng lưới này mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng lưới duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.
IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. 4 do an Hay hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau. Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác.
Với sự phát triển như hiện nay, IoT sẽ là mạng lưới khổng lồ kết nối tất cả mọi thứ, bao gồm cả con người và sẽ tồn tại các mối quan hệ giữa người và người, người và thiết bị, thiết bị và thiết bị. Trong mạng lưới ấy, các đối tượng đều có thể được chúng ta theo dõi. Khi ấy, con người chúng ta sẽ sống trong một môi trường được bao bọc bởi hàng ngàn hàng triệu thiết bị có khả năng theo dõi. Nhờ vây, tầm điều khiển của con người ngày càng rộng lớn hơn.
Chúng ta không còn phải đến gần chiếc máy giặt và bấm nút nữa mà chúng ta có thể cho phép chúng hoạt động khi chúng ta đang nấu ăn. Chúng ta cũng không phải mất công chạy từ chỗ làm về nhà vì quên tắt ti vi nữa. Tất cả đều có thể được thực hiện từ rất xa. Khái niệm IoT IoT là một công cụ giúp liên kết công nghệ và cuộc sống của con người.
IoT có thể được xem như là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, tạo điều kiện phát triển cho các dịch vụ tiên tiến và ẩn chứa tiềm năng to lớn nhờ vào những sự liên kết các đổi tượng với nhau. IoT trong tương lai gần như sẽ tích hợp rất nhiều công nghệ mới, chẳng hạn như các công nghệ thông tin machine-to-machine, mạng lưới tự trị, khai thác dữ liệu và ra quyết định, bảo vệ sự an ninh và sự riêng tư, điện toán đám mây.1, một hệ thống thông tin trước đây đã mang đến 2 chiều – “Any TIME” và “Any PLACE” communication. Giờ IoT đã tạo thêm một chiều mới trong hệ thống thông tin đó là “Any Thing Communication (Kết nối mọi vật) như hình 2.1 đang thể hiện. Trong hệ thống IoT, “Things” là đối tượng của thế giới vật chất hoặc các thông tin.
Các đối tượng này khả năng nhận diện và được tích hợp vào mạng thông tin. Các đối tượng vật lý tồn tại trong thế giới vật chất và có khả năng được cảm nhận, được kích thích và kết nối. Ví dụ như môi trường xung quanh, robot công nghiệp, hàng hóa, hay thiết bị điện. Còn các đối tượng ảo tồn tại trong thế giới thông tin và có khả năng được lưu trữ, xử lý, hay truy cập.
Ví dụ như các nội dung đa phương tiện và các phần mềm ứng dụng. 5 do an Kết nối mọi thời gian Cả ngày Ngoại cảnh Đêm Trên máy tính Kết nối mọi vị trí Giữa người với người Giữa máy tính với người Giữa máy tính với máy tính Kết nối mọi vật Hình 2.1: Kết nối mọi vật 2. IoT từ góc nhìn kỹ thuật Các đối tượng trong IoT có thể là đối tượng vật lý (physical) hoặc là đối tượng thông tin hay còn gọi là đối tượng ảo (virtual). Hai loại đối tượng này có thể ánh xạ qua lại lẫn nhau.
Một đối tượng vật lý có thể được trình bày hay đại diện bởi một đối tượng thông tin. Tuy nhiên một đối tượng thông tin cũng có khả năng tồn tại riêng biệt mà không nhất thiết phải được ánh xạ từ một đối tượng vật lý nào.2, một “device” là một phần của hệ thống IoT. Chức năng bắt buộc của một device là giao tiếp, và chức năng không bắt buộc là cảm biến, thực thi, thu thập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu và xử lý dữ liệu. Các thiết bị thu thập các loại thông tin khác nhau và cung cấp các thông tin đó cho các network khác nơi mà thông tin được tiếp tục xử lý.
Một số thiết bị cũng thực hiện các hoạt động dựa trên thông tin nhận được từ mạng. Truyền thông thiết bị - thiết bị: Có 3 cách các thiết bị (devices) sẽ giao tiếp lẫn nhau: 6 do an Hình 2.2: Hệ thống IoT từ góc nhìn kỹ thuật a) Các thiết bị giao tiếp thông qua các mạng lưới thông tin liên lạc gọi là gateway. b) Các thiết bị giao tiếp qua mạng lưới thông tin liên lạc mà không có một gateway. c) Các thiết bị liên lạc trực tiếp với nhau qua mạng nội bộ.2, mặc dù ta thấy chỉ có sự tương tác diễn ra ở các đối tượng vật lý tức là các thiết bị giao tiếp với nhau.
Thực ra vẫn còn hai sự tương tác khác đồng thời diễn ra. Đó là tương tác trao đổi thông tin giữa các đối tượng ảo (virtual) và tương tác giữa các đối tượng vật lý và các đối tượng thông tin. Các ứng dụng IoT rất đa dạng như là “hệ thống giao thông thông minh”, “Lưới điện thông minh”, “sức khỏe điện tử”, hoặc “nhà thông minh”. Tuy các ứng dụng trên đều được phát triển dựa trên nền tảng riêng biệt nhưng chúng đều được xây dựng dựa trên những dịch vụ chung như chứng thực, quản lý thiết bị, tính phí, thanh toán, … 7 do an Thiết bị cảm ứng Thiết bị chung Thiết bị thực thi Thiết bị thu thập dữ liệu Đối tượng Thiết bị Vật mang vật lý mang dữ liệu dữ liệu Đối tượng vật lý Đối tượng vật lý Hình 2.