BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM

HÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI : GIẢI PHÁP THÀNH PHỐ
THÔNG MINH

GVHD: THS. NGUYỄN THANH HIẾU

TP. HCM, THÁNG 12/ 2017


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................
....................................................................................................................................

TP.HCM, Ngày

Tháng

năm 2017

Ký tên

1


Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU. .……………………………………………………………………………………………...4
CHƯƠNG 1. INTERNET OF THING ( IOT)..................................................................................7
1.1.

KHÁI NIỆM......................................................................................................................7


1.2.

ĐẶC ĐIỂM.......................................................................................................................8

1.2.1.

Một hệ thống thông minh...........................................................................................8

1.2.2.

Kiến trúc dựa trên sự kiện.........................................................................................8

1.2.3.

Nguồn năng lượng mới..............................................................................................8

1.2.4.

Một hệ thống phức tạp...............................................................................................9

1.2.5.

Kích thước tổng thể...................................................................................................9

1.3.

ỨNG DỤNG.....................................................................................................................9

1.3.1.


Thành phố thông minh ( smart cities)........................................................................9

1.3.2.

Ngôi nhà thông minh ( smart home)........................................................................10

1.3.3.

Bán lẻ thông minh (smart retail).............................................................................10

1.3.4.

Nông nghiệp thông minh ( smart agriculture).........................................................10

1.3.5.

Chăm sóc sức khỏe ( smart of health).....................................................................10

1.3.6.

Lưới điện thông minh ( smart grid).........................................................................10

CHƯƠNG 2. Thành phố thông minh ( smart cities)......................................................................11
2.1.

Định nghĩa.......................................................................................................................11

2.2.

Những giải pháp cho thành phố thông minh...................................................................11


2.2.1.

Bãi đỗ xe thông minh...............................................................................................11

2.2.2.

Chất lượng kết cấu công trình.................................................................................11

2.2.3.

Giám sát tiếng ồn.....................................................................................................12

2.2.4.

Giảm ùn tắt giao thông............................................................................................12

2.2.5.

Hệ thống chiếu sáng thông minh.............................................................................13

2.2.6.

Quản lý chất thải.....................................................................................................13

2.2.7.

Xây dựng và tự động hóa.........................................................................................14

2.2.8.


Chất lượng không khí..............................................................................................14

2.2.9.

Năng lượng thông minh...........................................................................................14

2.3.

Kiến trúc IOT cho thành phố thông minh.......................................................................16

2.3.1.

Dịch vụ Web cách tiếp cận cho Kiến trúc Dịch vụ IOT:..........................................16

2.3.2.

Lớp liên kết công nghệ............................................................................................21
2


2.3.3.

Thiết bị.....................................................................................................................22

CHƯƠNG 3. DỰ ÁN THÀNH PHỐ SONGDO............................................................................25
3.1.

Giao thông......................................................................................................................26


3.2.

Trật tự trị an....................................................................................................................27

3.3.

Phòng chống thiên tai, sự cố khẩn cấp...........................................................................28

3.4.

Môi trường......................................................................................................................28

3.5.

Điện lưới.........................................................................................................................29

3.6.

Dịch vụ công...................................................................................................................29

CHƯƠNG 4. Thành tựu và phát triển...........................................................................................30
4.1.

Thế giới...........................................................................................................................30

4.2.

Việt Nam..........................................................................................................................31

4.2.1.


Chủ trương của Chính phủ trong việc xây dựng các đô thị thông minh.................31

4.2.2.

Thực tế triển khai smart city tại các địa phương....................................................32

4.2.3.

Nhà cung cấp nội được ưa chuộng..........................................................................33

3


LỜI NÓI ĐẦU
Khoa học kỹ thuật là mấu chốt trong sự phát triển kinh tế quốc gia, thậm chí
toàn cầu. Con người trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ cũng tích
cực học tập, nghiên cứu phục vụ cho đời sống, sự phát triển cá nhân, gia đình, xa
hơn là phục vụ xã hội.
Hiện nay công nghệ nước ta được đánh giá là bắt kịp với công nghệ thế giới.
Đất nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ nhưng ngân sách còn hạn hẹp chưa
thể đáp ứng những điều kiện tốt nhất cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên,
điều này là những khó khăn nhưng cũng chính là động lực cho chúng ta có những
sáng tạo mới, ý tưởng mới giúp cho việc học của mình và bạn bè được tốt hơn.
Những lần đi thực hành hay làm đồ án môn học chính là lúc mà chúng ta được
phát huy trí sáng tạo của sinh viên.
Chúng em đại diện cho thế hệ trẻ, năng động, đam mê sáng tạo , luôn muốn
bắt kịp và hòa nhập xu thế thời đại, cũng là lý do chúng em chọn ngành Điện Tử
Viễn Thông và chọn nghiên cứu đề tài: “Giải pháp thành phố thông minh ”.
Bài báo cáo được sưu tầm từ nhiều nguồn sách báo, web điện tử khác nhau

và chắc chắn chưa tránh khỏi thiếu sót. Mong nhận được ý kiến đóng góp từ Thầy
để em hoàn chỉnh hơn bài đồ của chúng em.
Chúng em chân thành cảm ơn !

4


Tài liệu tham khảo
1. Ieee Internet of Things journal, vol. 1, no. 1, February 2014
2. Gordon Falconer & Shane Mitchell (2012), Smart City Framework,
URL: Framework.pdf [accessed 15 October2014])
3. Scientific American (2014), Designing the urban future: Smart Cities
/>%20Zanella.pdf
4. />
5


Danh mục từ viết tắt :
CoAP(Constrained Application Protocol) : giao thức ứng dụng hạn chế
Http( Hypertext transfer protocol)
TCP( transmit control protocol)
IP( internet protocol)
XML ( extensible markup languages)
6Lowpan = Ipv6 + low-power wireless personal area network
EXI ( efficiant XML interchange )
UDP ( user datagram protocol)
DNS ( domain name system)
URI (Universal Resource Identifier) định danh tài nguyên toàn cầu
LTE ( long term evolution)
UMTS ( universal mobile telecommunications system) = 3G

PCL(Programmable Logic Controller) : thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực
hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.
NFC (Near-Field Communications) : công nghệ kết nối không dây tầm ngắn
HTML (HyperText Markup Language)
RFID (Radio Frequency Identification) Nhận dạng qua tần số vô tuyến

6


CHƯƠNG 1.

INTERNET OF THING ( IOT)

1.1. KHÁI NIỆM
Thuật ngữ ” Internet of things”( viết tắt là IoT) dạo gần đây xuất hiện khá nhiều và
thu hút không ít sự quan tâm chú ý của thế giới công nghệ. Vì sự bùng nổ của IoT
trong tương lai sẽ có tác động mãnh mẽ tới cuộc sống, công việc và xã hội loài
người.
Thực tế, Internet of things đã manh nha từ nhiều thập kỹ trước. Tuy nhiên mãi đến
năm 1999 cụm từ IoT mới được đưa ra bởi Kevin Ashton , Ông là một nhà khoa
học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn
toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng
như một số loại cảm biến khác.
IOT là một mô hình mà hình dung ra trong một tương lai gần 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. 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.

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 Wi-Fi, 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 gia tăng nhiều hơn nữa.
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. Một
mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối và
mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một con người
sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối tượng có
khả năng theo dõi.
Trong bối cảnh phức tạp hiện nay, việc áp dụng các mô hình IOT trong đô thị
được quan tâm đặc biệt, vì nó đáp ứng và thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của
nhiều quốc gia để áp dụng các ứng dụng và các giải pháp công nghệ thông tin
trong việc quản lý các vấn đề công cộng, do đó việc thực hiện các mô hình này
7


cũng có thể chỉ một khái niệm thành phố thông minh. Mục đích cuối cùng của nó
là làm cho việc sử dụng tốt hơn các nguồn lực công cộng, tăng chất lượng của các
dịch vụ cung cấp cho người dân lại giảm được chi phí hoạt động của các cơ quan
hành chính nhà nước. Mục tiêu này có thể được theo đuổi bởi việc triển khai của
một đô thị IOT, tức là, một cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc, cung cấp thống nhất,
đơn giản, và truy cập tiết kiệm với rất nhiều dịch vụ công cộng, do đó mô hình này
rất có tiềm năng và tăng tính minh bạch cho người dân. Một IOT thực sự, có thể
mang lại một số lợi ích trong quản lý và tối ưu hóa các dịch vụ công cộng truyền
thống như một chính quyền điện tử hiện đại, giao thông và bãi đỗ xe, ánh sáng,
giám sát và bảo trì các khu vực công cộng, bảo tồn di sản văn hóa, y tế, hải quan,
trường học… Do đó, ứng dụng của mô hình IOT cho thành phố thông minh sẽ tạo

được sự hấp dẫn cho chính quyền địa phương, quốc gia và trong khu vực để mô
hình có thể sớm chấp nhận và áp dụng rộng rãi ở hầu hết các quốc gia trên toàn
cầu.
1.2. ĐẶC ĐIỂM
1.2.1. Một hệ thống thông minh
Mọi thứ đều được kết nối với Internet. Các máy móc có thể dễ dàng nhận biết
và phản hồi lại môi trường xung quanh (ambient intelligence).
Tương lai các thiết bị cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi thông tin, dữ
liệu.
1.2.2. Kiến trúc dựa trên sự kiện
Các thực thể, máy móc trong IoT sẽ phản hồi dựa theo các sự kiện diễn ra
trong lúc chúng hoạt động theo thời gian thực.
Mọi thiết bị trong hệ sinh thái IoT sẽ được tích hợp các cảm biến để phát
hiện các thay đổi của môi trường xung quanh.
1.2.3. Nguồn năng lượng mới
Mạng lưới IoT hứa hẹn sẽ biến những tương tác hằng ngày với đồ vật thành
dữ liệu có giá trị cho các ứng dụng marketing.

8


Việc kết nối thông tin giữa người dung và nhà cung cấp + Kết quả của “Cách
mạng 4.0” sẽ giúp toàn hệ thống quản lý trở nên thông minh hơn.
1.2.4. Một hệ thống phức tạp
Kiến trúc IoT được đại diện cơ bản bởi 4 phần:


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.



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.


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.
 Trung tâm dữ liệu/ 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):
 IoT sẽ mang tính chất phức tạp bởi nó bao gồm một lượng lớn các
đường liên kết giữa những thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau.
 Ngoài ra còn bởi khả năng thêm vào các nhân tố mới.

1.2.5. Kích thước tổng thể
Là một mạng lưới khổng lồ có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng
được kết nối và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng
bên trong nó.
1.3. ỨNG DỤNG
1.3.1. Thành phố thông minh ( smart cities)
Một số ví dụ về thành phố thông minh là bãi đậu xe thông minh, độ bền các

công trình, bản đồ tiếng ồn trong đô thị, phát hiện điện thoại thông minh, giảm ùn
9


tắt giao thông, đèn đường thông minh, quản lý chất thải, đường cao tốc thông
minh.
1.3.2. Ngôi nhà thông minh ( smart home)
Smart Home trở nên phổ biến trong tương lai. Vật dụng tích hợp công nghệ,
tự động làm các công việc đã được lập trình.
Giá cả của Smart Home không hề rẻ.
1.3.3. Bán lẻ thông minh (smart retail)
Tự động hoá trong quá trình bổ sung sản phẩm, ứng dụng mua sắm thông
minh.
Cải thiện bố trí cửa hàng: Sắp xếp kệ, nhãn mác, độ sáng, nhiệt độ,…
1.3.4. Nông nghiệp thông minh ( smart agriculture)
Nông nghiệp thông minh là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh nhất
của IoT.
Kiểm tra độ ẩm và chất dinh dưỡng của đất, kiểm soát việc sử dụng nước để
tăng trưởng cây trồng và xác định phân bón tùy chỉnh là một số cách sử dụng đơn
giản của IoT.
1.3.5. Chăm sóc sức khỏe ( smart of health)
Hỗ trợ người già và người tàn tật sống độc lập, kiểm soát các điều kiện bên
trong tủ đông chứa vắc-xin, thuốc và các chất hữu cơ.
Theo dõi tình trạng của bệnh nhân, cảnh báo mọi người về tia cực tím.
1.3.6. Lưới điện thông minh ( smart grid)
Truyền tải điện hiệu quả hơn,phục hồi nhanh hơn sau sự cố.
Giảm chi phí hoạt động và quản lý từ đó giảm chi phí năng lượng cho người
tiêu dùng.
Tích hợp các hệ thống tái tạo năng lượng quy mô lớn, kết hợp các hệ thống
phát điện cho khách hàng, bao gồm cả hệ thống tái tạo năng lượng và cải thiện an

ninh.

10


11


CHƯƠNG 2. THÀNH PHỐ THÔNG MINH ( SMART CITIES)
2.1. ĐỊNH NGHĨA
Thành phố thông minh là một hệ thống hữu cơ tổng thể được kết nối từ
nhiều hệ thống thành phần với hệ thống trí tuệ nhân tạo có thể hành xử thông minh
như con người, gồm mạng viễn thông số , hệ thống nhúng thông minh , các cảm
biến và phần mềm để nâng cao chất lượng cuộc sống, cải thiện chất lượng phục
vụ của chính quyền thành phố, giảm tiêu thụ năng lượng, quản lý hiệu quả các
nguồn tài nguyên thiên nhiên.
Về mặt kỹ thuật, các vấn đề có liên quan nhất là ở việc không có khả năng
tương tác của các công nghệ không đồng nhất đang được sử dụng trong thành phố
và phát triển đô thị. Trong khía cạnh này, tầm nhìn IOT có thể trở thành khối để
nhận ra một nền tảng quy mô công nghệ thông đô thị thống nhất, do đó tận dụng
sức tiềm năng của tầm nhìn thành phố thông minh.
2.2. NHỮNG GIẢI PHÁP CHO THÀNH PHỐ THÔNG MINH
2.2.1. Bãi đỗ xe thông minh
Các dịch vụ bãi đậu xe thông minh dựa trên đường cảm biến và hiển thị
thông minh mà người lái xe trực tiếp dọc theo con đường tốt nhất để đậu xe trong
thành phố. Những lợi ích phát sinh từ dịch vụ này rất đa dạng: thời gian nhanh
hơn để xác định vị trí một khe cắm bãi đậu xe có nghĩa là khí thải CO ít hơn, ùn
tắc giao thông ít hơn, và công dân hạnh phúc hơn. Các dịch vụ bãi đậu xe thông
minh có thể được trực tiếp tích hợp trong các cơ sở hạ tầng đô thị IOT, bởi vì
nhiều các công ty ở châu Âu đang cung cấp các ứng dụng sản phẩm cho thị

trường này. Hơn nữa, bằng cách sử dụng thông tin liên lạc tầm ngắn công nghệ,
chẳng hạn như nhận dạng tần số vô tuyến (RFID) hoặc Near Field
Communication (NFC), nó có thể nhận ra một hệ thống xác minh điện tử của giấy
phép đậu xe trong khe Ltd cho người dân hoặc người tàn tật, do đó cung cấp một
dịch vụ tốt hơn cho người dân rằng có thể sử dụng hợp pháp những khe và là một
công cụ hiệu quả để xử những vi phạm tại chỗ một cách nhanh chóng.
2.2.2. Chất lượng kết cấu công trình
Bảo trì các công trình lịch sử của một thành phố đòi hỏi sự giám sát liên tục
của các điều kiện thực tế trong xây dựng và xác định các khu vực không có tác
động của các tác nhân bên ngoài. Các đô thị IOT có thể cung cấp một cơ sở dữ
12


liệu phân tán xây dựng đo toàn vẹn cấu trúc, được thu thập bởi các cảm biến thích
hợp nằm trong các tòa nhà, chẳng hạn như cảm biến rung động và biến dạng để
giám sát sự căng thẳng xây dựng, cảm biến khí quyển trong khu vực xung quanh
để giám sát mức độ ô nhiễm, nhiệt độ và cảm biến độ ẩm để có những đặc tính
hoàn thiện trong điều kiện môi trường khác nhau . Cơ sở dữ liệu này sẽ làm giảm
sự cần thiết phải thử nghiệm cấu trúc định kỳ bởi các nhà khai thác của chúng ta sẽ
cho phép bảo trì và khôi phục mục tiêu chủ động. Cuối cùng, nó sẽ có thể kết hợp
rung và địa chấn đọc để xử lý tốt hơn và hiểu được tác động của trận động đất
trong các tòa nhà thành phố. Cơ sở dữ liệu này có thể được thực hiện công khai
tiếp cận để làm cho người dân nhận thức được sự trong việc gìn giữ, bảo tồn di
tích, lịch sử của thành phố. Việc thực hiện của dịch vụ này rất thực tế, tuy nhiên,
đòi hỏi việc lắp đặt các cảm biến trong các tòa nhà và các khu vực xung quanh và
kết nối chúng với một trung tâm điều khiển. Hệ thống này có thể đòi hỏi một
khoản đầu tư ban đầu để tạo ra cơ sở hạ tầng cần thiết.
2.2.3. Giám sát tiếng ồn
Tiếng ồn có thể được xem như là một hình thức ô nhiễm âm thanh giống như
oxit cacbon (CO) là cho không khí. Trong điều kiện đó,chính quyền thành phố đã

ban hành luật cụ thể để giảm lượng tiếng ồn ở trung tâm thành phố vào các giờ cụ
thể. Một đô thị IOT có thể cung cấp một dịch vụ giám sát tiếng ồn để đo lượng
tiếng ồn phát ra từ bất cứ giờ nào trong những nơi mà thông qua dịch vụ . Ngoài
việc xây dựng một bản đồ không gian-thời gian của tiếng ồn ô nhiễm trong khu
vực, một dịch vụ như vậy cũng có thể được sử dụng để thực thi đó là bằng các
phương tiện của các thuật toán phát hiện âm thanh mà có thể nhận ra, ví dụ: tiếng
ồn của tiếng vỡ thủy tinh hoặc 1 cuộc ẩu đả. Dịch vụ này do đó có thể cải thiện cả
sự yên tĩnh của buổi đêm trong thành phố và sự tự tin của chủ cơ sở công cộng,
mặc dù lắp đặt máy dò âm thanh hoặc micro trong môi trường là gây khá nhiều
tranh cãi bởi vì mức độ thực thi và giám sát của nó.
2.2.4. Giảm ùn tắt giao thông
Cũng giống như chất lượng không khí và giám sát tiếng ồn, một dịch vụ
thành phố thông minh có thể được kích hoạt bằng IOT bao gồm theo dõi tình hình
ùn tắc giao thông trong thành phố. Mặc dù hệ thống giám sát giao thông dựa trên
13


camera đã có sẵn và được triển khai tại nhiều thành phố, công suất liên lạc thấp
trên diện rộng có thể cung cấp một nguồn tin nhiều hơn . Giám sát giao thông có
thể được thực hiện bằng cách sử dụng các khả năng cảm biến và GPS được cài đặt
trên các đồ dung điện tử hiện đại và cũng áp dụng một sự kết hợp giữa chất lượng
không khí và cảm biến âm thanh cùng một con đường nhất định. Thông tin này có
tầm quan trọng rất lớn đối với chính quyền thành phố và công dân: cho cảnh sát
giao thông và các cơ quan chức năng cần thiết và để cho người dân lập kế hoạch
con đường mình mong muốn để đi đến trung tâm thành phố 1 cách nhanh chóng
và thuận tiện hơn.
2.2.5. Hệ thống chiếu sáng thông minh
Tối ưu hóa hiệu quả chiếu sáng đường phố là một tính năng quan trọng. Đặc
biệt, dịch vụ này có thể tối ưu hóa các cường độ đèn đường theo thời gian trong
ngày, điều kiện thời tiết, và sự hiện diện của con người. Để làm việc đúng cách,

một dịch vụ như vậy cần bao gồm các đèn đường và cơ sở hạ tầng thành phố thông
minh. Nó cũng có thể khai thác sự tăng số lượng điểm kết nối để cung cấp kết nối
WiFi cho công dân. Ngoài ra, một hệ thống phát hiện lỗi sẽ được dễ dàng nhận ra
các bộ điều khiển ánh sáng đường phố.
2.2.6. Quản lý chất thải
Quản lý chất thải là một vấn đề chính trong nhiều thành phố hiện đại và thông
minh, do có các chi phí dịch vụ và các vấn đề của quản lý rác thải tại các bãi chôn
lấp được lưu ý. Các giải pháp công nghệ thông tin trong lĩnh vực này sẽ được ứng
dụng sâu hơn có thể tiết kiệm chi phí đáng kể về mặt kinh tế và sinh thái. Ví dụ,
việc sử dụng xử lý các chất thải thông minh , trong đó phát hiện cấp độ vận tải và
cho phép các nhà máy xử lý, thu gom chất thải bằng xe tải được theo dõi trên các
tuyến đường có thể làm giảm chi phí thu gom chất thải và cải thiện chất lượng của
việc tái chế. Để nhận ra một sự lãng phí như vậy dịch vụ quản lý thông minh, các
IOT có trách nhiệm kết nối các thiết bị đầu cuối, tức là thùng chứa chất thải thông
minh, đến một trung tâm điều khiển, nơi tối ưu hóa 1 phần mềm xử lý dữ liệu và
xác định tối ưu sự quản lý của các xe thu gom.

14


2.2.7. Xây dựng và tự động hóa
Dịch vụ này có thể được sử dụng để giám sát và kiểm soát các hệ thống cơ
khí, điện và điện tử được sử dụng trong nhiều loại hình tòa nhà (ví dụ, công cộng
và tư nhân, công nghiệp, các tổ chức, hoặc ở). Hệ thống tự động hóa, như các hệ
thống tòa nhà tự động hóa, thường được sử dụng để điều khiển chiếu sáng, sưởi
ấm, thông gió, điều hòa không khí, thiết bị, hệ thống thông tin liên lạc, giải trí và
các thiết bị an ninh gia đình để nâng cao sự tiện lợi, thoải mái, hiệu quả năng
lượng và an ninh.
2.2.8. Chất lượng không khí
Liên minh Châu Âu đã chính thức thông qua một năng lượng tái tạo chỉ thị 2020- 20 mục tiêu giảm sự thay đổi khí hậu trong thập kỷ tới. Bốn mục tiêu kêu gọi đó

là giảm 20% lượng phát thải khí nhà kính vào năm 2020 so với mức của năm 1990,
cắt giảm 20% tiêu thụ năng lượng thông qua cải thiện hiệu quả năng lượng vào năm
2020, tăng 20% trong việc sử dụng năng lượng tái tạo vào năm 2020. Để đạt được
một mức độ nào đó, một đô thị IOT có thể cung cấp phương tiện để giám sát chất
lượng không khí trong khu vực đông dân cư, công viên, hoặc những con đường tập
thể dục. Ngoài ra, các cơ sở truyền thông có thể được cung cấp để cho các ứng dụng
y tế chạy trên các thiết bị chạy bộ được kết nối với cơ sở hạ tầng. Theo một cách nào
đó, người ta luôn có thể tìm ra con đường lành mạnh cho các hoạt động ngoài trời và
có thể được kết nối liên tục ứng dụng cá nhân ưa thích của họ. Việc thực hiện các
dịch vụ như vậy đòi hỏi chất lượng không khí, các cảm biến được triển khai trên
toàn thành phố và các dữ liệu cảm biến được công bố rộng rãi cho người dân.
2.2.9. Năng lượng thông minh
Cùng với các dịch vụ giám sát chất lượng không khí, một đô thị thông minh
IOT có thể cung cấp một dịch vụ để giám sát mức tiêu thụ năng lượng của toàn
thành phố, do đó cho phép chính quyền và người dân có được một cái nhìn rõ ràng
và chi tiết về số lượng năng lượng cần thiết bởi sự khác nhau dịch vụ (chiếu sáng
công cộng, giao thông, đèn giao thông, camera kiểm soát, sưởi ấm / làm mát các tòa
nhà công cộng, vv). Đổi lại, điều này sẽ làm cho nó có thể xác định được nguồn tiêu
thụ năng lượng chính và thiết lập các ưu tiên để tối ưu hóa hành vi của họ. Điều này
đi theo hướng chỉ định bởi các chỉ thị của châu Âu để cải thiện hiệu quả năng lượng
15


trong những năm tiếp theo. Để có được một dịch vụ như vậy, các thiết bị giám sát
điện năng hòa phải được tích hợp với mạng lưới điện trong thành phố. Ngoài ra, nó
cũng sẽ có thể tăng cường các dịch vụ với các chức năng hoạt động để kiểm soát cơ
cấu sản xuất điện địa phương (ví dụ, các tấm quang điện).

16



2.3. KIẾN TRÚC IOT CHO THÀNH PHỐ THÔNG MINH
Hầu hết các dịch vụ thành phố thông minh dựa trên một kiến trúc tập trung, nơi
tập hợp dày đặc và không đồng nhất các thiết bị ngoại vi được triển khai trên diện
tích đô thị tạo ra loại dữ liệu khác nhau, sau đó cung cấp thông tin qua các công
nghệ truyền dẫn phù hợp với một trung tâm điều khiển, nơi lưu trữ và xử lý dữ liệu
được thực hiện.
Một đặc điểm chính của một cơ sở hạ tầng đô thị IOT chính là khả năng tích
hợp các công nghệ khác nhau với cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc hiện có để hỗ trợ
sự phát triển tiến bộ của IOT, bằng cách đấu nối các thiết bị khác và việc thực hiện
các chức năng và dịch vụ mới. Một khía cạnh cơ bản là cần thiết để thực hiện (một
phần) các dữ liệu được thu thập bởi các đô thị IOT dễ dàng tiếp cận của chính
quyền và người dân, để tăng tính hiệu quả của chính quyền với các vấn đề của
thành phố, và để thúc đẩy nhận thức và sự tham gia của người dân trong các vấn đề
công cộng.

2.3.1. Dịch vụ Web cách tiếp cận cho Kiến trúc Dịch vụ IOT:
Mặc dù trong lĩnh vực IOT còn nhiều tiêu chuẩn khác nhau vẫn đang đấu tranh
để được thông qua, trong phần này chúng tôi tập trung cụ thể về tiêu chuẩn IETF vì
họ đang mở và trả tiền bản quyền miễn phí, được dựa trên thực hành tốt nhất
Internet, và có thể đếm trên một cộng đồng rộng.
Các tiêu chuẩn IETF cho IOT nắm một kiến trúc dịch vụ web cho các dịch vụ
IOT, mà đã được ghi nhận rộng rãi trong lý thuyết như một cách tiếp cận rất hứa
hẹn và linh hoạt. Trong thực tế, các dịch vụ web cho phép để nhận ra một hệ thống
linh hoạt và tương thích có thể được mở rộng đến các nút IOT, thông qua việc áp
dụng các mô hình webbased gọi là Representational State Transfer (REST). Dịch
vụ IOT thiết kế phù hợp cho các mô hình triển lãm rất mạnh mẽ với các dịch vụ
web truyền thống, do đó rất thuận lợi cho việc áp dụng và sử dụng IOT bởi cả
người dùng và các nhà phát triển dịch vụ, trong đó sẽ có thể dễ dàng tái sử dụng
nhiều kiến thức thu được từ web truyền thống công nghệ trong việc phát triển các

dịch vụ cho các mạng có chứa đối tượng thông minh. Cách tiếp cận dịch vụ web
cũng được thúc đẩy bởi các cơ quan tiêu chuẩn hóa quốc tế như IETF, ETSI, và
17


W3C, cũng như các dự án nghiên cứu Châu Âu về việc IOT như Sensei, 5 IOT-A, 6
và SmartSantander.

Hình 1. Protocol stacks for unconstrained (left) and constrained (right) IoT nodes
Hình 1 cho thấy một mô hình kiến trúc tham khảo cho các hệ thống đô thị IOT mà
đòi hỏi cả một không gian bị giới hạn và một giao thức ngăn xếp ràng buộc. Đầu
tiên bao gồm các giao thức hiện nay là tiêu chuẩn de-facto cho truyền thông
Internet,và thường được sử dụng bởi các máy chủ Internet thường xuyên, chẳng
hạn như XML, HTTP, và IPv4. Các giao thức này được phản ánh trong các giao
thức ngăn xếp hạn chế bởi các đối tác-độ phức tạp thấp của nó, nghĩa là XML
trao đổi hiệu quả (EXI) các giao thức ứng dụng ràng buộc (CoAP), và 6LoWPAN,
phù hợp ngay cả đối với thiết bị rất nhiều hạn chế. Các hoạt động chuyển mã giữa
các giao thức trong các ngăn xếp trái và phải trong hình. 1 có thể được thực hiện
theo tiêu chuẩn phức tạp và thấp, do đó đảm bảo dễ dàng truy cập và khả năng
tương tác của các nút với Internet. Nó có thể là giá trị, lưu ý rằng hệ thống không
thông qua EXI / CoAP / giao thức 6LoWPAN chồng vẫn có thể được liên tục đưa
vào hệ thống đô thị IOT, với điều kiện là chúng có khả năng giao tiếp với tất cả các
lớp của phía bên tay trái của kiến trúc giao thức.
Trong kiến trúc giao thức hình 1, chúng ta có thể phân biệt ba lớp chức năng
riêng biệt, cụ thể là (i) Dữ liệu, (ii) Ứng dụng /vận chuyển, và (iii) mạng, mà có thể
yêu cầu các tổ chức dành riêng để vận hành chuyển mã giữa những ràng buộc và
18


không bị giới hạn định dạng và giao thức. Để đảm bảo khả năng tương tác giữa các

phần khác nhau của hệ thống có các yêu cầu:

19


2.3.1.1

Định dạng dữ liệu

Các mô hình đô thị IOT thường đặt ra các yêu cầu cụ thể về dữ liệu tiếp cận.
Trong kiến trúc dựa trên các dịch vụ web, trao đổi dữ liệu thường được đi kèm với
mô tả về nội dung được truyền bằng các phương tiện của ngôn ngữ biểu diễn ngữ
nghĩa, trong đó eXtensible Markup Language (XML) có lẽ là phổ biến nhất. Tuy
nhiên, kích thước của thông điệp XML thường là quá lớn đối với thiết bị tiêu biểu
cho IOT. Hơn nữa, các văn bản của XML làm cho việc phân tích các thông điệp
bằng các thiết bị CPU giới hạn phức tạp hơn so với các định dạng nhị phân. Đối với
những lý do này, các nhóm làm việc của World Wide Web Consortium (W3C) đã
đề xuất các định dạng EXI, mà làm cho nó có thể ngay cả đối với các thiết bị rất
hạn chế năng lực hỗ trợ và tạo ra thông điệp sử dụng một định dạng dữ liệu mở
tương thích với XML.
EXI định nghĩa hai loại mã hóa, cụ thể là schema-less và schema-informed.
Trong khi schema - less mã hóa được tạo ra trực tiếp từ dữ liệu XML và có thể
được giải mã bởi bất kỳ thực thể EXI mà không cần bất kỳ kiến thức về dữ liệu, mã
hóa schema- informed hình thành giả định rằng 2 bộ xử lý EXI chia sẻ một lược đồ
XML trước khi mã hóa thực tế và giải mã có thể mất địa điểm. Sơ đồ chia sẻ điều
này làm cho nó có thể chỉ định định dạng số để các thẻ XML trong lược đồ và xây
dựng văn phạm EXI khi mã hóa như vậy. Một bộ xử lý schema-informed EXI mục
đích chung là có thể được tích hợp dễ dàng ngay cả trong các thiết bị rất hạn chế,
cho phép họ để giải thích các định dạng EXI , do đó, làm cho nó có thể để xây
dựng đa chức năng nút

IOT thậm chí ra khỏi thiết bị rất hạn chế. Sử dụng phương pháp schema-informed,
tuy nhiên, đòi hỏi phải quan tâm thêm trong phát triển các ứng dụng lớp cao hơn,
kể từ khi các nhà phát triển cần phải xác định một lược đồ XML cho các tin nhắn
liên quan đến việc ứng dụng và sử dụng bộ vi xử lý EXI có hỗ trợ chế độ hoạt động
này.
Tích hợp nhiều nguồn dữ liệu XML / EXI vào một hệ thống IOT có thể thu
được bằng cách sử dụng các cơ sở dữ liệu thường được tạo ra và duy trì bởi các
ứng dụng cao cấp. Trong thực tế, các ứng dụng IOT thường xây dựng một cơ sở dữ
liệu của các nút điều khiển bởi các ứng dụng, thường xuyên và các dữ liệu được tạo
ra bởi các nút đó. Các cơ sở dữ liệu làm cho nó có thể tích hợp các dữ liệu nhận
20


được bởi bất kỳ thiết bị IOT để cung cấp các dịch vụ cụ thể ứng dụng được xây
dựng.

2.3.1.2
Lớp ứng dụng và lớp vận chuyển
Hầu hết các lưu lượng đi qua mạng Internet ngày nay được thực hiện ở lớp ứng
dụng của HTTP qua TCP. Tuy nhiên, tính cách rườm rà và phức tạp của HTTP bản
xứ làm cho nó không phù hợp cho việc triển khai thẳng trên các thiết bị IOT hạn
chế. Đối với một môi trường như vậy, trên thực tế, các định dạng có thể đọc được
các HTTP, mà đã là một trong những lý do thành công của nó trong các mạng
truyền thống, hóa ra lại là một yếu tố hạn chế do số lượng lớn rất nhiều sự tương
quan dữ liệu. Hơn nữa, HTTP thường dựa vào các giao thức truyền tải TCP đó, tuy
nhiên, cũng không quy mô trên các thiết bị hạn chế, năng suất hoạt động kém hiệu
cho dữ liệu nhỏ chảy trong môi trường tổn hao.
Các giao thức CoAP vượt qua những khó khăn này bằng cách đề xuất một định
dạng nhị phân vận chuyển qua UDP, xử lý chỉ truyền lại yêu cầu nghiêm ngặt để
cung cấp một dịch vụ đáng tin cậy.

Mặc dù các máy chủ Internet thường có thể hỗ trợ CoAP để nói chuyện trực
tiếp với các thiết bị IOT, các giải pháp chung nhất và dễ dàng tương thích đòi hỏi
việc triển khai trung gian HTTP-CoAP, cũng được biết đến như một proxy chéo mà
có thể dịch các yêu cầu / phản ứng giữa hai giao thức, vì thế cho phép tương hỗ
minh bạch với các thiết bị HTTP bản xứ và các ứng dụng của nó.
2.3.1.3

Lớp mạng

IPv4 là công nghệ giải quyết hàng đầu được hỗ trợ bởi các máy chủ Internet.
Tuy nhiên, IANA, các tổ chức quốc tế mà gán địa chỉ IP ở cấp độ toàn cầu, gần đây
đã công bố sự cạn kiệt của các khối địa chỉ IPv4. Mạng IOT, lần lượt được dự kiến
sẽ bao gồm hàng tỷ các nút, 1 trong số đó là (về nguyên tắc) địa chỉ duy nhất. Một
giải pháp cho vấn đề này được cung cấp bởi các tiêu chuẩn IPv6, trong đó cung cấp
một trường địa chỉ 128-bit, do đó làm cho nó có thể để gán một địa chỉ IPv6 độc
đáo đến bất kỳ nút nào có thể có trong mạng IOT.
Trong khi đó, một mặt, không gian địa chỉ lớn của IPv6 làm cho nó có thể giải
quyết các vấn đề giải quyết trong IOT; Mặt khác, nó giới thiệu các chi phí không
tương thích với khả năng khan hiếm của các nút bị hạn chế. Vấn đề này có thể được
21


khắc phục bằng cách áp dụng 6LoWPAN, đây là một định dạng nén thành lập cho
IPv6 và UDP tiêu đề trên các mạng công suất thấp hạn chế. Một bộ định tuyến biên,
mà là một thiết bị gắn trực tiếp vào mạng 6LoWPAN, minh bạch thực hiện việc
chuyển đổi giữa IPv6 và 6LoWPAN, dịch bất kỳ gói tin IPv6 dành cho một nút
trong mạng 6LoWPAN vào một gói tin với định dạng nén 6LoWPAN tiêu đề, và
điều hành dịch ngược theo hướng ngược lại.
Trong khi việc triển khai một bộ định tuyến biên 6LoWPAN cho phép tương tác
minh bạch giữa các nút IOT và bất kỳ máy chủ IPv6 trên mạng Internet, sự tương

tác với IPv4 chỉ các máy chủ vẫn còn là một vấn đề. Cụ thể hơn, các vấn đề bao
gồm trong việc tìm kiếm một cách để giải quyết một máy chủ IPv6 cụ thể sử dụng
một địa chỉ IPv4 và siêu dữ liệu khác có sẵn trong các gói tin. Sau đây, chúng tôi
trình bày các cách tiếp cận khác nhau để đạt được mục tiêu này.
Cổng dịch chuyển địa chỉ v4/v6 (v4 / v6 PAT). Đây là hương pháp bản đồ theo cặp
tùy ý các địa chỉ IPv4 và TCP / UDP thành địa chỉ IPv6 và các cổng TCP / UDP. Nó
giống như địa chỉ mạng cổ điển và dịch vụ cổng dịch (NAPT) hiện đang hỗ trợ
nhiều mạng LAN để cung cấp truy cập Internet cho một số máy chủ trong một
mạng riêng bằng cách chia sẻ một địa chỉ IPv4 công phổ biến, được sử dụng để giải
quyết các gói dữ liệu qua mạng Internet công cộng . Khi một gói được trả lại cho
các địa chỉ IPv4 chung, router cạnh đó hỗ trợ dịch vụ NATP sẽ đánh chặn gói dữ
liệu và thay thế các địa chỉ đích chung IPv4 với địa chỉ (riêng) của người nhận dự
định, được xác định bằng cách nhìn lên trong bảng NATP địa chỉ của các máy chủ
liên quan đến cổng đích cụ thể thực hiện bởi các gói tin. Kỹ thuật tương tự có thể
được sử dụng để ánhxạ nhiều địa chỉ IPv6 vào một địa chỉ công cộng IPv4 duy
nhất, cho phép chuyển tiếp các gói dữ liệu trong mạng IPv4 và quản lý chính xác
của nó ở IPv4 chỉ có máy chủ. Việc áp dụng kỹ thuật này đòi hỏi phức tạp thấp,
thực sự, lập bản đồ cổng là một kỹ thuật được thiết lập cho quá trình chuyển đổi
v4 / v6. Mặt khác, phương pháp này làm nảy sinh một vấn đề khả năng mở rộng, vì
số lượng máy chủ IPv6 có thể được ghép vào một địa chỉ IPv4 duy nhất được giới
hạn bởi số lượng có sẵn các cổng TCP
/ UDP (65535). Hơn nữa, phương pháp này đòi hỏi rằng kết nối được khởi tạo bởi
các nút IPv6 để tạo ra các mục nhập đúng trong NATP bảng nhìn lên. Kết nối bắt
đầu từ đám mây IPv4 cũng có thể được nhận ra, nhưng điều này đòi hỏi một kiến
trúc phức tạp hơn, với các DNS địa phương được đặt trong mạng IPv6 và tĩnh liên
quan đến một địa chỉ IPv4 công cộng trong bảng dịch NATP.

22



Tên miền chuyển đổi v4/v6. Phương pháp này được sử dụng để cung cấp dịch vụ
lưu trữ ảo trong HTTP 1.1, phương pháp này làm cho nó có thể để hỗ trợ nhiều
trang web trên cùng một web server, chia sẻ các địa chỉ IPv4 tương tự, bằng cách
khai thác thông tin trong tiêu đề máy chủ HTTP để xác định các trang web cụ thể
theo yêu cầu của người sử dụng. Tương tự như vậy, nó có thể để chương trình máy
chủ DNS trong một cách như vậy mà, khi một yêu cầu DNS cho tên miền của một
dịch vụ web IOT, DNS trả về địa chỉ IPv4 của một HTTP CoAP proxy chéo được
liên lạc để truy cập vào các nút IOT. Khi giải quyết một yêu cầu HTTP, các proxy
đòi hỏi độ phân giải của các tên miền chứa trong tiêu đề của HTTP Máy chủ lưu trữ
cho máy chủ DNS IPv6, mà trả lời với địa chỉ IPv6 xác định các IOT nút cuối cùng
liên quan đến việc yêu cầu. sau đó các proxy có thể chuyển tiếp tin nhắn HTTP đến
IOT dự định qua CoAP.
Lập bản đồ URI. Universal Resource Identifier (URI) kỹ thuật lập bản này liên
quan đến một loại hình cụ thể của HTTP-CoAP chéo proxy, proxy chéo ngược.
Proxy này chạy như là máy chủ web cuối cùng cho khách hàng HTTP IPv4/ và là
khách hàng ban đầu để các CoAP máy chủ web / IPv6. Kể từ khi máy tính này cần
phải được đặt trong một phần của mạng kết nối IPv6 có mặt để cho phép truy cập
trực tiếp đến các hạch IOT chính thức, IPv4 / IPv6 chuyển đổi nội bộ giải quyết
bằng việc áp dụng chức năng lập bản đồ URI.
2.3.2. Lớp liên kết công nghệ
Trong một hệ thống đô thị IOT, do khu vực sử dụng vốn lớn, đòi hỏi phải có
một tập hợp các lớp công nghệ liên kết có thể dễ dàng bao gồm một khu vực địa lý
rộng , cùng một lúc, hỗ trợ một số lượng có thể lưu thông lớn kết quả từ sự kết hợp
của một số lượng các luồng dữ liệu nhỏ hơn. Đối với những lý do này, các công
nghệ lớp liên kết cho phép thực hiện một hệ thống đô thị IOT được phân thành các
công nghệ không bị ràng buộc và hạn chế. Nhóm thứ nhất bao gồm tất cả các công
nghệ giao tiếp mạng LAN, MAN, WAN truyền thống, chẳng hạn như Ethernet,
WiFi, cáp quang, băng thông rộng Power Line Communication (PLC), và các công
nghệ di động như UMTS và LTE. Chúng thường được đặc trưng bởi độ tin cậy cao
cấp, độ trễ thấp, tốc độ truyền cao cấp ( Mbit / s hoặc cao hơn), do sự phức tạp vốn

có của nó và tiêu thụ năng lượng nói chung là không thích hợp cho các nút IOT
ngoại vi.
23


Các lớp công nghệ vật lý và liên kết hạn chế được, thay vào đó, thường được
đặc trưng bởi sự tiêu thụ năng lượng thấp và tốc độ truyền tương đối thấp, thường
nhỏ hơn 1 Mbit / s. Các giải pháp nổi bật hơn trong thể loại này là IEEE
802.15.4
,Bluetooth và Bluetooth năng lượng thấp, 8 IEEE 802.11 Low Power, PLC, NFC và
RFID. Các liên kết này thường hiện độ trễ dài, chủ yếu là do hai yếu tố: 1) tốc độ
truyền dẫn chất thấp tại lớp vật lý và 2) các chính sách powersaving thực hiện bởi
các nút để tiết kiệm năng lượng, mà thường liên quan đến nhiệm vụ đi xe đạp với
thời gian hoạt động ngắn.
2.3.3. Thiết bị
2.3.3.1

Máy chủ phụ trợ

Vào thư mục gốc của hệ thống, chúng tôi tìm thấy các máy chủ phụ trợ, nằm
trong trung tâm điều khiển, nơi dữ liệu được thu thập, lưu trữ, và xử lý để tạo ra các
dịch vụ giá trị gia tăng. Về nguyên tắc, các máy chủ phụ trợ là không bắt buộc đối
với một hệ thống IOT để hoạt động đúng cách, mặc dù nó trở thành một thành phần
cơ bản của một đô thị IOT, nơi nó có thể tạo thuận lợi cho việc tiếp cận với các
dịch vụ
thành phố và các dữ liệu mở thông minh thông qua các cơ sở hạ tầng mạng truyền
thống. Hệ thống phụ trợ bao gồm:
Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu: các hệ thống này phụ trách lưu trữ lượng lớn thông
tin được sản xuất bởi các hạch ngoại vi IOT, chẳng hạn như cảm biến. Tùy thuộc
vào các kịch bản sử dụng, tải trọng trên các hệ thống này có thể khá lớn, vì vậy đo

kích thước thích hợp của các hệ thống phụ trợ là cần thiết.
website: sự làm quen phổ biến của người dân với các giao diện web làm cho họ sự
lựa chọn đầu tiên để cho phép hoạt động liên hệ giữa hệ IOT và "người tiêu dùng
dữ liệu", ví dụ, cơ quan công quyền, các nhà khai thác dịch vụ, cung cấp dịch vụ
tiện ích, và công chúng.
Hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP): thành phần ERP hỗ trợ một
24