Tài liệu Nghiên cứu đề xuất phương án phân bổ băng tần 915 925 mhz hỗ trợ triển khai mạng kết nối internet vạn vật – iot tại việt nam

  • Số trang: 81 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 152 |
  • Lượt tải: 0

Mô tả:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- NGUYỄN VĂN MONG Nguyễn Văn Mong CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN PHÂN BỔ BĂNG TẦN 915-925 MHZ HỖ TRỢ TRIỂN KHAI MẠNG KẾT NỐI INTERNET VẠN VẬT – IOT TẠI VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) 2017 – 2019 HÀ NỘI 2019 HÀ NỘI - 2019 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- Nguyễn Văn Mong NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN PHÂN BỔ BĂNG TẦN 915-925 MHZ HỖ TRỢ TRIỂN KHAI MẠNG KẾT NỐI INTERNET VẠN VẬT – IOT TẠI VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS LÊ NHẬT THĂNG HÀ NỘI - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực. Các tài liệu tham khảo được trích dẫn nguồn gốc rõ ràng. Tác giả Luận văn Nguyễn Văn Mong ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành Luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của gia đình, của các thầy cô, các anh chị, các em và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám đốc Học viện, các thầy cô giảng dạy và làm việc tại Khoa Đào tạo Sau Đại học - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành Luận văn. Phó Giáo sư - Tiến sĩ Lê Nhật Thăng người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốtquá trình học tập và hoàn thành Luận văn. Xin chân thành cảm ơn bố mẹ, anh chị em đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, làm việc và hoàn thành Luận văn Cao học. iii MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT...................................................................................v DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... viii DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................ ix LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ KẾT NỐI VÔ TUYẾN INTERNET VẠN VẬT IOT .......................................................................................3 1.1. Tổng quan về công nghệ kết nối vô tuyến IoT ..............................................3 1.2. Kiến trúc và mô hình mạng kết nối vô tuyến IoT..........................................6 1.3. Các tiêu chuẩn công nghệ kết nối IoT trong băng tần thông tin di động ......9 1.4. Các tiêu chuẩn công nghệ kết nối IoT trong mạng diện rộng công suất thấp LPWAN .................................................................................................................14 1.4.1. Công nghệ ZigBee .......................................................................................... 15 1.4.2. Công nghệ Z-Wave ......................................................................................... 17 1.4.3. Công nghệ LoRa ............................................................................................ 18 1.4.4. Công nghệ SigFox........................................................................................... 20 1.5. Các kịch bản ứng dụng kết nối vô tuyến công nghệ IoT ............................22 1.5.1. Ứng dụng IoT trong lĩnh vực quản lý năng lượng ...................................... 22 1.5.2. Ứng dụng IoT trong nông nghiệp và giám sát môi trường ........................ 24 1.5.3. Ứng dụng IoT trong lĩnh vực giao thông vận tải ........................................ 26 1.6. Kết luận chương 1 .......................................................................................27 CHƯƠNG II: HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG BĂNG TẦN 915-925 MHZ TẠI VIỆT NAM VÀ KINH NGHIỆM QUỐC TẾ VỀ QUẢN LÝ TẦN SỐ CHO THIẾT BỊ IOT .........................................................................................................................29 2.1. Hiện trạng triển khai mạng kết nối IoT và băng tần 915-925 MHz tại Việt Nam .....................................................................................................................29 2.1.1. Hiện trạng triển khai mạng kết nối IoT ....................................................... 29 2.1.2. Hiện trạng sử dụng băng tần 915-925 MHz ................................................ 33 2.2. Nghiên cứu kinh nghiệm Quốc tế về quy hoạch và sử dụng băng tần 915925 MHz ................................................................................................................36 2.2.1. Kinh nghiệm Quốc tế về quản lý tần số cho thiết bị IoT ........................... 36 2.2.2. Hiện trạng quy hoạch Quốc tế băng tần 915-925 MHz cho thiết bị IoT .. 38 2.3. Kết luận chương 2 .......................................................................................44 iv CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN PHÂN BỔ BĂNG TẦN 915-925 MHZ HỖ TRỢ TRIỂN KHAI MẠNG KẾT NỐI INTERNET VẠN VẬT - IOT TẠI VIỆT NAM ...............................................................................................................46 3.1. Đánh giá can nhiễu mạng kết nối Internet vạn vật IoT ..............................46 3.1.1. Đánh giá nhiễu từ thiết bị RFID đến hệ thống di động băng tần 900 MHz47 3.1.2. Đánh giá vùng phục vụ của thiết bị RFID ................................................... 54 3.1.3. Đánh giá ảnh hưởng lẫn nhau giữa hệ thống RFID tại trạm thu phí đường bộ với hệ thống IoT của Sigfox. ................................................................................... 55 3.1.4. Nhận xét ........................................................................................................... 60 3.2. Các phương án phân bổ băng tần 915-925 MHz .........................................61 3.3. Đánh giá, đề xuất phương án phân bổ băng tần 915 - 925 MHz .................62 3.3.1. Ưu nhược điểm các phương án quy hoạch .................................................. 62 3.3.2. Đề xuất phương án quy hoạch băng tần 915-925 MHz.............................. 63 3.4. Kết luận chương 3 .......................................................................................64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................66 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ACLR Adjacent Channel Leakage Ratio Tỷ số công suất rò kênh lân cận AFA Automatic Frequency Agility Khả năng tần số tự động APT Asia-Pacific Telecommunity AWG APT Wireless Group BS Base Station Trạm gốc CSS Chirp Spread Spectrum Trải phổ chirp DSSS DL EC-GSMIoT Direct Sequence Spreading Spectrum Hội nghị Nhóm Thông tin vô tuyến khu vực APT Chuỗi trải phổ trực tiếp Đường xuống Extended Coverage-GSM-IoT IoT vùng phủ mở rộng GSM Effective Isotropic Radiated Power ERP Effective Radiated Power FDD Thái Bình Dương Downlink EIRP E-UTRA Liên minh Viễn thông Châu Á Công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng Công suất bức xạ hiệu dụng Evolved Universal Terrestrial Radio Truy nhập vô tuyến mặt đất của Access UMTS cải tiến Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số vi FDMA GPRS GSM IMT Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn Communications cầu International Mobile Telecommunications hệ thống thông tin di động quốc tế IoT Internet of Things Internet vạn vật ISM Industrial, Scientific and Medical Công nghiệp, khoa học, y tế ITU International Telecommunication Union Liên minh Viễn thông Quốc tế LBT Listen Before Talk Nghe trước khi nói LPWAN Low Power Wide Area network Mạng diện rộng công suất thấp LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn LTE-M LTE-MTC Truyền thông kiểu máy LTE M2M Machine to Machine Máy tới máy MIMO Multiple In, Multiple Out Nhiều vào, nhiều ra MTC Machine Type Communications Truyền thông kiểu máy NB-IoT NarrowBand IoT IoT băng hẹp Orthogonal Frequency Division Đa truy cập phân chia theo tần số Multiplexing Access trực giao Radio Frequency Identification Thiết bị nhận dạng vô tuyến điện OFDMA RFID vii FDMA đơn sóng mang SC-FDMA Single-carrier FDMA TDD Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access UE User Equipment Thiết bị người dùng Universal Mobile Hệ thống viễn thông di động toàn Telecommunication System cầu UL Uplink Đường lên UTRA UMTS Terrestrial Radio Access UMTS WCDMA WLAN WRC Wideband Code Division Multiple Access Wireless Local Area Network World radiocommunication conferences Song công phân chia theo thời gian Đa truy cập phân chia theo thời gian Truy cập vô tuyến mặt đất của UMTS Đa truy cập phân mã băng rộng Mạng cục bộ không dây Hội nghị thông vô tuyến thế giới viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Chỉ tiêu kỹ thuật chính ba công nghệ IoT của 3GPP ...............................12 Bảng 1.2: Phân kênh tần số cho công nghệ ZigBee theo khu vực ...........................15 Bảng 1.3: Phân kênh tần số cho công nghệ Z-Wave theo khu vực...........................17 Bảng 1.4: Phân kênh tần số cho công nghệ LoRa theo khu vực ...............................19 Bảng 1.5: Phân kênh tần số cho công nghệ Sigfox theo khu vực ............................21 Bảng 1.6: Thông số kỹ thuật của thiết bị cảnh báo sự cố lưới điện ..........................24 Bảng 1.7: Yêu cầu kết nối IoT theo mô hình ứng dụng ............................................27 Bảng 2.1: Phạm vi triển khai và quy mô thiết bị đo chỉ số công tơ điện từ xa của Tập đoàn điện lực Việt Nam .....................................................................................30 Bảng 2.2: Điều kiện về tần số và giới hạn phát xạ đối với thiết bị vô tuyến điện miễn giấy phép sử dụng tần số băng 900 MHz tại Thông tư 46 ...............................35 Bảng 2.3: Các điều kiện kỹ thuật khai thác của thiết bị RFID tại Châu Âu .............39 Bảng 2.4: Quy định về băng tần và mức giới hạn công suất phát cho ứng dụng vô tuyến cự ly ngắn dải tần 920 MHz ...........................................................................40 Bảng 2.5: Quy định của các nước cho phép ứng dụng IoT hoạt động trong băng tần 915-925 MHz ...........................................................................................................43 Bảng 3.1: Kết quả thống kê bằng máy TEMS trong trường hợp tổng quát ..............49 Bảng 3.2: Kết quả thống kê bằng máy TEMS trong trường hợp thực tế ..................51 Bảng 3.3: Kết quả thống kê giá trị ICM band trong trường hợp tổng quát ..............53 Bảng 3.4: Thống kết kết quả số lần đọc thẻ RFID ....................................................55 Bảng 3.5: Tham số kỹ thuật của RFID và Sigfox trong trường hợp ảnh hưởng giữa RFID và trạm gốc Sigfox ..........................................................................................57 Bảng 3.6: Tham số kỹ thuật của RFID và Sigfox trong trường hợp ảnh hưởng giữa RFID và thiết bị di động Sigfox ................................................................................58 Bảng 3.7: Tham số kỹ thuật của RFID và Sigfox hoạt động trên hai tần số khác nhau ...........................................................................................................................59 ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ sinh thái mạng kết nối Internet vạn vận IoT..........................................3 Hình 1.2: Tổng quan kỹ thuật của mạng IoT .............................................................4 Hình 1.3: Phân loại, so sánh massive IoT và critical IoT ...........................................6 Hình 1.4: Kiến trúc chung mạng kết nối IoT ..............................................................7 Hình 1.5: Mô hình mạng kết nối IoT .........................................................................7 Hình 1.6: NB-IoT hoạt động trong băng của hệ thống khác .....................................11 Hình 1.7: NB-IoT hoạt động trong băng phòng vệ của hệ thống khác .....................11 Hình 1.8: NB-IoT triển khai độc lập .........................................................................12 Hình 1.9: Kiến trúc mạng SigFox .............................................................................20 Hình 1.10: Minh họa kỹ thuật phân tập tần số và thời gian trong công nghệ SigFox ...................................................................................................................................21 Hình 1.11: Minh họa kỹ thuật phân tập thu ..............................................................22 Hình 1.12: Mô hình ứng dụng IoT trong quản lý năng lượng điện tiêu thụ .............23 Hình 1.13: Mô hình ứng dụng và kết nối IoT trong giám sát môi trường ................25 Hình 2.1: Mô hình hệ thống nhà thông minh Lumi .................................................30 Hình 2.2: Mô hình triển khai mạng đọc chỉ số công tơ điện sử dụng công nghệ vô tuyến ..........................................................................................................................31 Hình 2.3: Hình ảnh minh họa cho dịch vụ thu phí đường bộ....................................33 Hình 2.4: Quy hoạch băng tần cho các hệ thống thông tin di động tế bào số ...........34 Hình 2.5: Hiện trạng sử dụng băng tần 900 MHz .....................................................34 Hình 2.6: Dự báo thị phần các ứng dụng IoT đến năm 2025 ....................................37 Hình 2.7: Mạng Sigfox cung cấp dịch vụ phổ biến trên băng tần 915-925 MHz .....43 Hình 3.1: Mô hình bài đo trong trường hợp tổng quát .............................................49 Hình 3.2: Mô hình bài đo khi thiết bị RFID đặt giống như thực tế tại trạm thu phí đường bộ....................................................................................................................51 Hình 3.3: Mô hình bài đo đánh giá ảnh hưởng đến trạm gốc ...................................53 Hình 3.4: Mô hình bài đo vùng đọc thẻ và độ tin cậy của thông tin đọc được .........55 Hình 3.5: Điều chế băng siêu hẹp trong hệ thống IoT của Sigfox ............................56 x Hình 3.6: Phương án 1 – quy hoạch băng tần 915-925 MHz. ..................................62 Hình 3.7: Phương án 2 - quy hoạch băng tần 915-925 MHz ....................................62 Hình 3.8: Phương án phân bổ băng tần cho ứng dụng kết nối IoT sử dụng băng tần miễn giấy phép tần số ................................................................................................63 1 LỜI NÓI ĐẦU Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hay Internet vạn vật (viết tắt là IoT – Internet of Things) là một kịch bản của thế giới, khi mà 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 duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. Hiểu một cách đơn giản, IoT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau. Việc kết nối 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. Cisco, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay dự báo: Đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, thậm chí con số này còn có thể nhiều hơn [31]. IoT sẽ là mạng 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. Nhận thấy được tầm quan trọng của việc chuẩn hóa và hài hòa băng tần cho kết nối vô tuyến giữa các vạn vật IoT, tại Hội nghị thông tin vô tuyến thế giới WRC-15 năm 2015 đã quyết định đưa nội dung liên quan đến tiêu chuẩn kết nối và sử dụng tần số vô tuyến điện vào chương trình nghị sự số 9.1.8 của Hội nghị WRC19 và giao cho các nhóm nghiên cứu của ITU-R triển khai nghiên cứu và báo cáo kết quả. Trong khi đó, tại khu vực châu Á-Thái Bình Dương, nhóm nghiên cứu vô tuyến APT/AWG cũng đang tiến hành nghiên cứu, xây dựng dự thảo báo cáo kỹ thuật về băng tần số và điều kiện kỹ thuật, khai thác cho loại hình kết nối IoT vùng phủ rộng trong khu vực châu Á-Thái Bình Dương. Mục tiêu nhằm khuyến nghị băng tần hài hòa cho kết nối IoT để thúc đẩy hình thành và phát triển hệ sinh thái thiết bị và ứng dụng IoT đa dạng với giá thành phù hợp với đại đa số người dùng. Để có cơ sở lý luận khoa học tham mưu cho các Cơ quan quản lý Nhà nước về khả năng sử dụng thiết bị IoT trên băng tần 915-925 MHz phù hợp cho phép triển khai mạng kết nối lưới vạn vật kết nối Internet, cần tiến hành những nghiên cứu cẩn thận dựa trên cơ sở phân tích và nghiên cứu kinh nghiệm phân bổ tần số 2 cho thiết bị IoT tại các quốc gia trong và ngoài khu vực. Đây cũng là lý do và mục tiêu của Luận văn nghiên cứu. Để đạt được mục tiêu trên, Luận văn đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết về công nghệ, kiến trúc, mô hình mạng kết nối vạn vật, đánh giá can nhiễu.. Theo đó, kết quả nghiên cứu được trình bày với cấu trúc gồm ba chương: Chương 1 trình bày nghiên cứu tổng quan về công nghệ IoT gồm nội dung về kiến trúc, mô hình mạng và các tiêu chuẩn công nghệ kết nối và các kịch bản ứng dụng của IoT, để có cái nhìn tổng quan về công nghệ. Chương 2 nghiên cứu hiện trạng sử dụng băng tần 915-925 MHz tại Việt Nam và nghiên cứu kinh nghiệm quốc tề về quản lý tần số đối với thiết bị IoT hoạt động ở băng tần miễn cấp phép, để có sở cứ và học hỏi kinh nghiệm từ các quốc gia trên thế giới áp dụng vào Việt Nam. Trên cơ sở nghiên cứu ở các chương 1 và chương 2, Luận văn tham khảo Đề tài Nhà nước “Nghiên cứu định hướng, phân bổ lại các băng tần 700/800/900/1800 MHz đáp ứng phát triển kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng” mã số ĐTĐL-CN01/16 để để đưa ra đề xuất và khả năng phân bổ băng tần 915-925MHz hỗ trợ thiết bị IoT tại Việt Nam, kiến nghị một số hướng nghiên cứu tiếp theo của Luận văn. 3 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ KẾT NỐI VÔ TUYẾN INTERNET VẠN VẬT IOT Trong chương này, Luận văn giới thiệu tổng quan về công nghệ kết nối vô tuyến IoT, kiến trúc mô hình mạng kết nối. Luận văn cũng trình bày các tiêu chuẩn kết nối IoT hiện tại và các kịch bản ứng dụng trong thực tế. 1.1. Tổng quan về công nghệ kết nối vô tuyến IoT IoT có thể được coi là một tầm nhìn sâu rộng của công nghệ và cuộc sống. Từ quan điểm của tiêu chuẩn kỹ thuật, IoT có thể được xem như là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, tạo điều kiện cho các dịch vụ tiên tiến thông qua sự liên kết các “Things”. IoT dự kiến sẽ tích hợp rất nhiều công nghệ mới, chẳng hạn như các công nghệ thông tin machine-to-machine, mạng tự trị, khai thác dữ liệu và ra quyết định, bảo vệ sự an ninh và sự riêng tư, điện toán đám mây. Như hình 1.1, 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). Hình 1.1: Hệ sinh thái mạng kết nối Internet vạn vận IoT [24] Trong hệ thống IoT, “Things” là đối tượng của thế giới vật chất (Physical) hoặc các thông tin (Virtual). “Things” có khả năng nhận diện và có thể tích hợp vào mạng thông tin. “Things” có liên quan đến thông tin, có thể là tĩnh hay động. “Physical Things” tồn tại trong thế giới vật lý và có khả năng được cảm nhận, được 4 kích thích và kết nối. Ví dụ về “Physical Things” bao gồm các môi trường xung quanh, robot công nghiệp, hàng hóa, hay thiết bị điện. “VirtualThings” tồn tại trong thế giới thông tin và có khả năng được lưu trữ, xử lý, hay truy cập. Ví dụ về “Virtual Things” bao gồm các nội dung đa phương tiện và cácphần mềm ứng dụng [24]. “Things” 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 (mapping) 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 có thể tồn tại mà không nhất thiết phải được ánh xạ từ một đối tượng vật lý nào [24]. Hình 1.2: Tổng quan kỹ thuật của mạng IoT [24] Trong hình 1.2, 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 network [24]. Truyền thông thiết bị - thiết bị: Có 3 cách các devices sẽ giao tiếp lẫn nhau.(a) Các devices giao tiếp thông qua các mạng lưới thông tin liên lạc gọi là gateway, hoặc (b) các devices giao tiếp qua mạng lưới thông tin liên lạc mà không 5 có gateway, hoặc (c) các device liên lạc trực tiếp với nhau qua mạng nội bộ.Trong hình 1.2, mặc dù ta thấy chỉ có sự tương tác diễn ra ở Physical Things (các thiết bị giao tiếp với nhau). Thực ra vẫn còn hai sự tương tác khác đồng thời diễn ra. Đó là tương tác Virtual Things (trao đổi thông tin giữa cácvirtual things), và tương tác giữa Physical Things và Virtual Things.Các ứng dụng IoT rất đa dạng, ví dụ, “hệ thống giao thông thông minh”,“Lưới điện thông minh”, “sức khỏe điện tử”, hoặc “nhà thông minh”. Các ứng dụng có thể được dựa trên một nền tảng riêng biệt,cũng có thể được xây dựng dựa trên dịch vụ chung, chẳng hạn như chứng thực, quản lý thiết bị, tính phí,thanh toán…Các “Communication networks” chuyển dữ liệu được thu thập từ devices đến các ứng dụng và device khác, và ngược lại, các network này cũng chuyển các mệnh lệnh thực thi từ ứng dụng đến các device. Vai trò của communicationnetwork là truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả và tin cậy [24]. Yêu cầu tối thiểu của các “device” trong IoT là khả năng giao tiếp. Thiết bị sẽ được phân loại vào các dạng như thiết bị mang thông tin, thiết bị thu thập dữ liệu, thiết bị cảm ứng (sensor), thiết bị thực thi: Thiết bị mang dữ liệu (Data carrierring device): Một thiết bị mang thông tin được gắn vào một Physical Thing để gián tiếp kết nối các Physical Things với các mạng lưới thông tin liên lạc.– Thiết bị thu thập dữ liệu (Data capturing device): Một device thu thập dữ liệu có thể được đọc và ghi, đồng thời có khả năng tương tác với Physical Things. Sự tương tác có thể xảy ra một cách gián tiếp thông qua device mang dữ liệu, hoặc trực tiếp thông dữ liệu gắn liền với Physical Things. Trong trường hợp đầu tiên, các device thu thập dữ liệu sẽ đọc thông tin từ một device mang tin và có ghi thông tin từ các network và các device mang dữ liệu.– Thiết bị cảm ứng và thiết bị thực thi (sensing device and actuationdevice): Một device cảm nhận và device thực thi có thể phát hiện hoặc đo lường thông tin liên quan đến môi trường xung quanh và chuyển đổi nó sang tín hiệu dạng số. Nó cũng có thể chuyển đổi các tín hiệu kỹ thuật số từ các mạng thành các hành động (như tắt mở đèn, hù còi báo động …). Nói chung, thiết bị và thiết bị thực thi kết hợp tạo thành một mạng cục bộ giao tiếp với nhau sử dụng công nghệ truyền thông không dây hoặc có dây và các gateway.General device đã được tích 6 hợp các network thông qua mạng dây hoặc không dây. General device bao gồm các thiết bị và dùng cho các domain khác nhau của IoT, chẳng hạn như máy móc, thiết bị điện trong nhà, và smart phone. Hình 1.3: Phân loại, so sánh massive IoT và critical IoT [25] Dựa vào loại ứng dụng cung cấp, hệ sinh thái IoT phân ra hai loại là critical IoT và massive IoT (hình 1.3). Massive IoT là các ứng dụng yêu cầu công suất, chi phí, dữ liệu thấp, số lượng kết nối lớn. Critical IoT là các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy siêu cao, độ trễ cực thấp và độ khả dụng rất cao [25]. 1.2. Kiến trúc và mô hình mạng kết nối vô tuyến IoT Ở phần mạng truy cập, kiến trúc mạng chung mạng kết nối vô tuyến Internet vạn vật - IoT sử dụng các công nghệ không dây khác nhau, trong đó các thành phần IoT đa dạng đang được kết nối với các thành phần mạng 3GPP. Sự hình thành các mạng IoT là từ các kết nối máy tới máy (Machine to Machine – M2M hoặc MTC Machine Type Communications), các thiết bị kết nối tới gateway và máy chủ IoT. Trong đó tất cả các thiết bị chuyển dữ liệu thu thập nhận thông tin của họ đến máy chủ IoT thông qua một thực thể trung gian là một IoT gateway [7]. Kiến trúc chung của một mạng kết nối IoT được đưa ra ở hình 1.4. 7 Hình 1.4: Kiến trúc chung mạng kết nối IoT [7] IoT có khả năng kết nối hàng tỷ thiết bị không đồng nhất qua Internet. Do đó, cần có kiến trúc lớp linh hoạt, số lượng kiến trúc mạng đề xuất ngày càng tăng nhưng chưa có một kiến trúc mạng IoT chuẩn tham chiếu. Hình 1.5 đưa ra bốn mô hình mạng kết nối vạn vật IoT. Hình 1.5: Mô hình mạng kết nối IoT [9] 8 Lớp thực thể (Objects) hoặc lớp nhận thức (Preception), là các cảm biến vật lý của IoT nhằm thu thập và xử lý thông tin. Dữ liệu được tạo ra nhiều nhất ở lớp này, nó bao gồm các cảm biến và bộ dẫn động để thực hiện các chức năng khác nhau như truy vấn vị trí, nhiệt độ, trọng lượng, chuyển động, rung, tăng tốc, độ ẩm… Lớp nhận thức cơ chế plug an play được sử dụng để cấu hình các thiết bị không đồng nhất. Tại các lớp này các thông tin được số hóa và truyền đến lớp thực thể trừu tượng (Abstraction) thông qua các kênh bảo mật [9]. Lớp thực thể trừu tượng (Object Abstractions) truyền dữ liệu do lớp thực thể tạo ra tới tầng quản lý dịch vụ (Service Management) thông qua các kênh bảo mật. Dữ liệu có thể được truyền qua nhiều công nghệ khác nhau như RFID, 3G, GSM, UMTS, WiFi, Bluetooth Low Energy, hồng ngoại, ZigBee…. Ngoài ra, các chức năng khác như điện toán đám mây và tiến trình quản lý dữ liệu cũng được xử lý ở lớp này [9]. Lớp quản lý dịch vụ (Service Management) hoặc lớp Middleware ghép nối một dịch vụ với người dùng dựa vào địa chỉ và tên. Lớp này cho phép lập trình viên ứng dụng IoT làm việc với các đối tượng không đồng nhất mà không xem xét đến một nền tảng phần cứng cụ thể. Ngoài ra, lớp này xử lý dữ liệu nhận được, đưa ra quyết định và phân phối các dịch vụ được yêu cầu qua các giao thức mạng hữu tuyến [9]. Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ mà khách hàng yêu cầu. Ví dụ, lớp ứng dụng có thể cung cấp các phép đo nhiệt độ và độ ẩm không khí cho khách hàng yêu cầu dữ liệu đó. Tầm quan trọng của lớp này cho IoT là nó có khả năng cung cấp các dịch vụ thông minh chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Lớp ứng dụng bao gồm nhiều thị trường dọc như nhà thông minh, tòa nhà thông minh, giao thông vận tải, tự động hóa công nghiệp và chăm sóc sức khỏe thông minh [9]. Lớp nghiệp vụ quản lý các hoạt động và dịch vụ tổng thể của hệ thống IoT. Trách nhiệm của lớp này là xây dựng một mô hình nghiệp vụ, đồ thị, sơ đồ… dựa trên dữ liệu nhận được từ lớp ứng dụng. Nó cũng được thiết kế, phân tích, đánh giá, theo dõi và phát triển các phần tử liên quan đến hệ thống IoT. Lớp nghiệp vụ giúp
- Xem thêm -