..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------------

Phạm Văn Chung

TÌM HIỂU INTERNET OF THINGS

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy tính

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật máy tính

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. Ngơ Quỳnh Thu

Hà Nội - 2016


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đƣợc luận văn này, ngoài sự tìm hiểu, nghiên cứu và nỗ lực của bản
thân, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS. Ngơ Quỳnh Thu (Phó trƣởng bộ
mơn Truyền thơng và Mạng máy tính – Viện Cơng nghệ thơng tin và truyền thông –
Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội) là giáo viên trực tiếp hƣớng dẫn đã nhiệt tình giúp
đỡ, chỉ bảo và định hƣớng cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới tất cả các thầy cô giáo của Trƣờng
Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy và dìu dắt em trong suốt quá trình học tập
tại trƣờng.

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, gia đình, bạn bè, đặc biệt là các bạn
trong lớp cao học 13BMTTT những ngƣời đã luôn ở bên cổ vũ tinh thần, tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất cho em để em có thể học tập tốt và hoàn thành tốt luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................. 1
Lời cam đoan............................................................................................................. 3
CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ INTERNET OF THINGS (IoT) ................................ 7
1.1

Giới thiệu chung về Internet of Things(IoT) .............................................. 7

1.2 Khả năng định danh độc nhất của Internet of Things (IoT).......................... 9
1.3 Khả năng kết nối trong Internet of Things(IoT) ........................................... 10
1.4 Ứng dụng của Internet of Things(IoT)......................................................... 11
1.5 Mơ hình tham chiếu trong IoT .................................................................. 12
1.6

Bảo mật trong IoT ................................................................................. 13

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ M2M VÀ OM2M .............................................. 15
2.1 Giới thiệu chung về M2M ............................................................................ 15
2.2 Tổng quan về kiến trúc ETSI M2M ............................................................. 16
2.3 Tìm hiểu về nền tảng dịch vụ OM2M ......................................................... 17
2.3.1 Chuẩn ETSI M2M trong OM2M ......................................................... 17
CHƢƠNG 3: ĐỊNH HƢỚNG GIẢI PHÁP, TRIỂN KHAI, PHÂN TÍCH VÀ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................................................... 23
3.1 Đặt vấn đề .................................................................................................... 23

3.2 Định hƣớng ................................................................................................. 23
3.3 Giải pháp ..................................................................................................... 24
3.4 Công nghệ sử dụng ....................................................................................... 25
3.4.1 Phần cứng ............................................................................................... 25
3.4.1.1 Raspberry Pi 2 ................................................................................. 25
3.4.1.2 Arduino ......................................................................................... 27
3.4.1.3 Module RF 315MHZ ...................................................................... 29
3.4.1.4 Sensor temperature LM35............................................................... 30
3.4.2 Phần mềm............................................................................................. 30
3.4.2.1 Eclipse ............................................................................................. 31
3.4.2.2 AngularJS ....................................................................................... 31


3.5 Phân tích và thiết kế hệ thống ..................................................................... 32
3.5.1 Tổng quan hệ thống ............................................................................. 32
3.5.2 Chi tiết hệ thống ................................................................................... 33
3.5.3 Phân tích chi tiết hệ thống ...................................................................... 34
3.5.3.1 Lấy dữ liệu nhiệt độ từ Sensor temperature LM35 thông qua
Arduino ............................................................................................................. 35
3.5.3.2 Dữ liệu nhiệt độ đƣợc chuyển tới Arduino khác thông qua module
RF 315 MHZ .................................................................................................... 36
3.5.3.3 Tạo Plugin trên GSCL viết chƣơng trình đọc dữ liệu nhiệt độ trên
Raspberry Pi 2 thông qua cổng kết nối USB với Arduino ............................... 37
3.5.3.4 Dữ liệu nhiệt độ đƣợc đẩy lên Service nơi chạy NSCL................. 44
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN ...................................................................................... 46
4.1 Kết quả đạt đƣợc ........................................................................................... 46
4.2 Hƣớng phát triển trong tƣơng lai ................................................................ 51
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 53



Lời cam đoan

Luận văn Thạc sĩ “Tìm hiểu Internet of things”, chun ngành Kỹ thuật Máy
tính và Truyền thơng là cơng trình tìm hiểu, nghiên cứu của bản thân tơi dƣới sự
hƣớng dẫn của PGS.TS. Ngô Quỳnh Thu. Nội dung và kết quả trình bày trong luận
văn là trung thực, rõ ràng. Các tài liệu tham khảo, nội dung trích dẫn đã ghi rõ nguồn
gốc.

Hà Nội, Ngày 19 tháng 12 năm 2016
Tác giả luận văn

Phạm Văn Chung


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Tiêu chuẩn hình thành nên IoT…………………………………………..8
Hình 1.2: Lớp cơ bản trong IoT…………………………………………………….9
Hình 1.3: Khả năng kết nối trong IoT……………………………………………...10
Hình 1.4: Mơ hình tham chiếu M2M/IoT………………………………………….13
Hình 1.5: Kiến trúc bảo mật………………………………………………………..14
Hình 2.1: Mơ hình hoạt đơng của M2M…………………………………………...15
Hình 2.2:Tổng quan kiến trúc ETSI M2M…………………………………………16
Hình 2.3: Trƣờng dữ liệu SCL trong OM2M……………………………...……….18
Hình 2.4: Trƣờng dữ liệu Application trong OM2M…………………...………….18
Hình 2.5: Trƣờng dữ liệu Container trong OM2M…………………..…………….19
Hình 2.6: Trƣờng dữ liệu AccessRight trong OM2M……………...………………19
Hình 2.7:Nền tảng dịch vụ OM2M…..…………… ................................................ 20
Hình 2.8: Các thành phần trong OM2M……….…...……… .................................. 21
Hình 3.1: Hình ảnh và sơ đồ kiến trúc Raspberry Pi 2…… .................................... 25

Hình 3.2: Hình ảnh và sơ đồ kiến trúc Arduino……… ........................................... 27
Hình 3.3: Hình ảnh module RF315 MHZ ................................................................ 29
Hình 3.4: Hình ảnh và sơ đồ kiến trúc sensor temperature LM35………… ........... 30
Hình 3.5: Mơ hình phân tích hệ thống ứng dụng cảnh báo nhiệt độ….…............... 33
Hình 3.6: Mơ hình triển khai hệ thống ứng dụng cảnh báo nhiệt độ… ................... 34
Hình 3.7:Mơ hình kết nối sensor temperature LM35 với Arduino .......................... 35
Hình 3.8:Mơ hình kết nối Transmitter module với Arduino……............................ 36
Hình 3.9:Mơ hình kết nối Receiver module với Arduino. ....................................... 36
Hình 3.10:Mơ hình kết nối Arduino với Raspberry Pi 2………………… ............ 37
Hình 3.11: Tạo plugin “org.eclipse.om2m.ipu.sample” bƣớc 1……… .................. 37
Hình 3.12: Tạo plugin “org.eclipse.om2m.ipu.sample” bƣớc 2………… .............. 38
Hình 3.13: Tạo plugin “org.eclipse.om2m.ipu.sample” bƣớc 3……… .................. 38
Hình 3.14: Kết quả sau khi tạo“org.eclipse.om2m.ipu.sample”.. ……… ............... 39
Hình 3.15: Config file buil.propertes plugin…………………… ............................ 39
Hình 3.16: Tạo file pom.xml ……………………………… ................................... 40
Hình 3.17: Cấu hình file pom.xml……………………….… .................................. 40
Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

1


Hình 3.18: Kết quả sau khi buil plugin………………………… ............................ 41
Hình 3.19: Kết quả sau khi chạy GSCL…………………………… ....................... 42
Hình 3.20: Thêm thƣ viện RXTX………………………………… ........................ 43
Hình 4.1:Hình ảnh thực tế hệ thống ứng dụng cảnh báo nhiệt độ………… ........... 46
Hình 4.2: Kết quả nhiệt độ hiển thị ở GSCL…………………..… ......................... 47
Hình 4.3: Kết quả dữ liệu in ra file ở GSCL………………….. .............................. 47
Hình 4.4: Trang chủ hệ thống trên NSCL………………………… ........................ 48
Hình 4.5: Trang chủ hệ thống trên NSCL……………………… ............................ 49
Hình 4.6: Giao diện hệ thống khi dữ liệu nhiệt độ ở mức Low…… ....................... 50

Hình 4.7: Giao diện hệ thống khi dữ liệu nhiệt độ ở mức Nomal………................ 50
Hình 4.8: Giao diện hệ thống khi dữ liệu nhiệt độ ở mức High……… .................. 51

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các kiểu kết nối………………………………………………………11
Bảng 3.1: Kết nối Transmitter module với Arduino…………………………….29
Bảng 3.2: Kết nối Receiver module với Arduino………………………………..30

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

2


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ

Chữ viết tắt

Viết đầy đủ

Ý nghĩa

IoT

Internet of things

Mạng lƣới thiết bị kết nối
Internet

BI server


Business Intelligence
server

killer app

ứng dụng tạo ra sự đột phá về số
lƣợng ngƣời dùng đƣợc tìm kiếm
để tạo ra sự phát triển bền vững
của IoT

M2M

Machine-to-Machine

Máy tới máy

SCL

Service Capability
Layer

Lớp khả năng dịch vụ

OSGI
ND

Open Service
Gateway Initiative
Network Domain


Mạng lƣới tên miền

NSCL

Network Service
Capability Layer

Lớp khả năng dịch vụ mạng

GSCL

Gateway Service
Capability Layer

Lớp khả năng dịch vụ cổng

NA

Network Application

Ứng dụng mạng

URI

Uniform Resource
Identifire

Định dạng tài nguyên thống
nhất


TLS

Transport Layer
Security

Bảo mật tầng truyền tải

RFID

Radio Frequency
Identification

Nhận dạng sóng vơ truyến

IEEE
WSNs

Institute of Electrical
and Electronics Engineers
Wireless sensor
networks

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử
Mạng cảm biến không dây

3



CoAP
HTTP

Constrained
Application Protocol
HyperText Transfer
Protocol

ETSI

European
Telecommunications
Standards Institute

DSCL

Device Service
Capbility Layer

REST

Representational State
Tranfer

IPv6

Internet Protocol Version
6

IPv4


Internet Protocol Version
4

MAC

Media Access Control

QoS

Quality of Service

UDP

User Datagram Protocol

Viện Tiêu chuẩn Viễn thông
châu Âu

Kiến trúc đƣợc sử dụng trong
việc giao tiếp giữa client và server

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

4


MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghệ phát triển rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học

và đời sống, ngày càng nhiều thiết bị ra đời với những tính năng đa dạng, phong
phú và rất thông minh. “Internet of things” (IoT) đang trở thành một chủ đề ngày
càng đƣợc nhắc đến nhiều trong đời sống gia đình, ở cơng sở và những nơi khác.
IoT khơng chỉ có khả năng ảnh hƣởng đến cách chúng ta sống mà còn tới cách
chúng ta làm việc. Internet băng thông rộng ngày càng phổ biến hơn, làm giảm chi
phí, nhiều thiết bị thơng minh đƣợc kết nối với nhau thông qua mạng cảm biến
không dây kết nối wifi, giá thành công nghệ giảm xuống, điện thoại thơng minh tràn
ngập. Tất cả những thứ đó đang tạo cho IoT trở nên ngày càng hoàn hảo hơn.
Khái niệm về IoT là việc kết nối bất cứ thiết bị nào đó tới Internet (và/hoặc tới
thiết bị khác). Bao gồm tất cả mọi thứ từ điện thoại di động, đèn bàn, những vật có
thể mang đƣợc và tất cả các loại thiết bị khác mà bạn có thể nghĩ tới. Ngồi ra khái
niệm này cịn đƣợc triển khai cho những bộ phận của máy móc, ví dụ về động cơ
của một chiếc máy bay phản lực hoặc là mũi khoan của dàn khoan dầu. IoT là một
mạng khổng lồ để kết nối “tất cả mọi thứ “( thậm chí cả con ngƣời ). Mối quan hệ sẽ
là ngƣời – ngƣời, ngƣời – vật, và vật – vật.
Cảm biến nhiệt độ một trong những cảm biến đƣợc sử dụng vô cùng rộng rãi
trong đời sống và các ngành sản xuất đặc biệt là nơng nghiệp. Ứng dụng của nó là
vơ cùng rộng rãi và phổ biến.
Vì vậy, trong luận văn này tập trung thực hiện về loại cảm biến này và ứng dụng
của nó trong Internet of Things. Với mục đích tạo ra một hệ thống ứng dụng có khả
năng cung cấp cho ngƣời dùng một cách trực quan về nhiệt độ ở mọi nơi khi có kết
nối internet. Ứng dụng này có thể áp dụng vào nhiều mục đích trong đời sống con
ngƣời.

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

5


TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

Cấu trúc của luận văn gồm 4 chƣơng với nội dung chính nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tìm hiểu về Internet of things.
Giới thiệu chung về lịch sử, mơ hình kiến trúc tham chiếu, khả năng định danh
xu hƣớng, tính chất, các hệ thống phụ, bảo mật và ứng dụng của Internet of things.
Chƣơng 2: Giới thiệu về M2M , OM2M.
Giới thiệu chung về M2M, nền tảng dịch vụ ETSI M2M và nền tảng dịch vụ
OM2M.
Chƣơng 3: Đặt vấn đề, định hƣớng giải pháp và mơ hình triển khai
Nêu ra vấn đề và lý do chính chọn đề tài, đồng thời nêu ra định hƣớng và lựa
chọn giải pháp xây dựng hệ thống “Ứng dụng cảnh báo nhiệt độ” nhằm đáp ứng
những yêu cầu đặt ra và lý do nêu trên. Đây là ứng dụng trong đó sử dụng Arduino
một trong những thiết bị phần cứng đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong việc lấy
dữ liệu và Raspberry pi 2 thiết bị triển khai hạ tầng phía Gateway. Giải pháp này sẽ
áp dụng trong tồn bộ nội dung của luận văn.
Phân tích hệ thống đã triển khai bao gồm công nghệ đã sử dụng và mơ hình
thiết kế hệ thống “Ứng dụng cảnh báo nhiệt độ”.
Chƣơng 4: Kết luận
Đƣa ra kết quả đã đạt đƣợc và hƣớng phát triển trong tƣơng lai.

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

6


Tìm hiểu Internet of Things

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ INTERNET OF THINGS (IoT)


1.1 Giới thiệu chung về Internet of Things(IoT)
Trong thực tế, Internet of Things (IoT) đã xuất hiện ngay từ thời kỳ sơ khai của
Internet, khi các nhà phát minh mong muốn kết nối tất cả mọi thứ qua một mạng lƣới
đồng nhất để có thể điều khiển chúng phục vụ cho mục đích của con ngƣời. Tuy nhiên
mãi đến năm 1999 cụm từ IoT mới đƣợc đƣa 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 phƣơng thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng nhƣ
một số loại cảm biến khác.
Con ngƣời chính là nhân tố quyết định trong thế giới Internet hiện nay. Thế nhƣng
con ngƣời lại có nhiều nhƣợc điểm: chúng ta chỉ có thời gian hạn chế, khả năng tập
trung và độ chính xác cũng ở mức thấp so với máy móc. Điều đó có nghĩa là chúng ta
khơng giỏi trong việc thu thập thông tin về thế giới xung quanh, và đây là một vấn đề
lớn. Còn nếu nhƣ máy tính có khả năng giúp con ngƣời thu thập tất cả những dữ liệu
về mọi thứ xung quanh, chúng ta có thể "theo dõi và đếm mọi thứ, giúp giảm hao phí,
chi phí và lỗ. Chúng ta sẽ biết chính xác khi nào các vật dụng cần phải sửa chữa, thay
thế, khi nào chúng còn mới và khi nào thì chúng hết hạn sử dụng. Chƣa kể đến việc
chúng ta có thể kiểm sốt chúng mọi lúc mọi nơi. IoT có tiềm năng thay đổi thế giới,
giống nhƣ cách mà Internet đã thay đổi cuộc sống của chúng ta. Ngơi nhà thơng minh
với các bóng đèn thơng minh, máy giặt thơng minh, tủ lạnh thơng minh,... có thể xem
là bƣớc đầu của IoT bởi chúng đều đƣợc liên kết với nhau và hoặc liên kết vào
Internet.

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

7


Tìm hiểu Internet of Things

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu


+ Tổng quan về IoT.

Hình 1.1: Tiều chuẩn hình thành nên IoT
Dựa theo tầm nhìn tƣơng lai về IoT theo các khái niệm chính, cơng nghệ và tiêu
chuẩn, sự xuất hiện các mơ hình IoT là kết quả sự hội tụ 3 vấn đề chính:
“Things oriented” bao gồm nhƣ: thẻ Radio-Frequency Identification (RFID),
điều khoản cơ bản xây dựng tạo tiền để phát triển IoT, công nghệ mạng cảm biến
không dây, UID…
“Internet oriented” định hƣớng về kết nối: để phù hợp với việc chạy thiết bị
giao tiếp nhỏ gọn, hoạt động dựa trên pin các thiết bị nhúng. Chẳng hạn kết hợp IEEE
802.15.4 vào kiển trúc IP, truyền dữ liệu qua 6LowPAN
“Semantic oriented” định hƣớng ngữ nghĩa: trong bối cảnh mà rất nhiều các
thiết bị đại diện cho lƣu trữ, kết nối, tìm kiếm tổ chức thông tin đƣợc tạo ra sẽ rất khó
quản lý. Nhƣ vậy cần hình thành mơi trƣờng ngữ nghĩa phù hợp với phát triển cơ sở hạ
tầng và thông tin liên lạc trong IoT.
Ý nghĩa học cơ bản của IoT bao gồm các lớp

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

8


Tìm hiểu Internet of Things

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

Hình 1.1: Lớp cơ bản trong IoT
Lớp trên cùng là lớp các Application liên kết với nhau, Lớp giữa Middleware là
một lớp phần mềm hoặc lớp phụ xem giữa của công nghệ và ứng dụng. Tính năng của

nó có thể là ẩn đi các chi tiết khác nhau không cần thiết ở lớp Devices từ đó lập trình
viên có thể đơn giản hóa viết phát triển mới ứng dụng, dịch vụ.
1.2 Khả năng định danh độc nhất của Internet of Things (IoT)
IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ khơng dây, cơng 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 ngồi để thực hiện một cơng 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 thơng minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe,
bóng đèn, và nhiều thiết bị khác. Ngồi những kĩ thuật nói trên, nếu nhìn từ thế giới
web, chúng ta có thể sử dụng các địa chỉ độc nhất để xác định từng vật, chẳng hạn nhƣ
địa chỉ IP. Mỗi thiết bị sẽ có một IP riêng biệt không nhầm lẫn.
 Sự xuất hiện của IPv6 với khơng gian địa chỉ cực kì rộng lớn sẽ giúp mọi thứ có
thể dễ dàng kết nối vào Internet cũng nhƣ kết nối với nhau.
IPv6 (Internet Protocol Version 6) là phiên bản địa chỉ Internet mới, đƣợc thiết kế
để thay thế cho phiên bản IPv4, với hai mục đích cơ bản: Khắc phục các nhƣợc điểm
trong thiết kế của địa chỉ IPv4 và thay thế cho nguồn địa chỉ IPv4 cạn kiệt để phát triển
hạ tầng thông tin và Internet bền vững.
Không gian IPv6 đƣợc phân chia thành rất nhiều dạng địa chỉ. Mỗi dạng địa chỉ có
chức năng nhất định trong phục vụ giao tiếp. Có dạng chỉ sử dụng trong giao tiếp nội
bộ trên một đƣờng kết nối, có dạng sử dụng trong kết nối tồn cầu.
Địa chỉ IPv6 khơng cịn duy trì khái niệm broadcast. Theo cách thức gói tin đƣợc
gửi đến đích, IPv6 bao gồm ba loại địa chỉ sau:
Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

9


Tìm hiểu Internet of Things


GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

- Unicast: Địa chỉ unicast xác định một giao diện duy nhất. Trong mơ hình định
tuyến, các gói tin có địa chỉ đích là địa chỉ unicast chỉ đƣợc gửi tới một giao diện duy
nhất. Địa chỉ unicast đƣợc sử dụng trong giao tiếp một – một.
- Multicast: Địa chỉ multicast định danh một nhóm nhiều giao diện. Gói tin có địa
chỉ đích là địa chỉ multicast sẽ đƣợc gửi tới tất cả các giao diện trong nhóm đƣợc gắn
địa chỉ đó. Địa chỉ multicast đƣợc sử dụng trong giao tiếp một – nhiều.
Trong địa chỉ IPv6 khơng cịn tồn tại khái niệm địa chỉ broadcast. Mọi chức năng
của địa chỉ broadcast trong IPv4 đƣợc đảm nhiệm thay thế bởi địa chỉ IPv6 multicast.
- Anycast: Anycast là khái niệm mới của địa chỉ IPv6. Địa chỉ anycast cũng xác
định tập hợp nhiều giao diện. Tuy nhiên, trong mơ hình định tuyến, gói tin có địa chỉ
đích anycast chỉ đƣợc gửi tới một giao diện duy nhất trong tập hợp. Giao diện đó là
giao diện “gần nhất” theo khái niệm của thủ tục định tuyến.

1.3 Khả năng kết nối trong Internet of Things(IoT)

Hình 1.3: Khả năng kết nối trong IoT
Có hai kiểu kết nối các thiết bị trong Internet of things bao gồm:
 Kết nối ngắn cho các thiết bị trong IoT
 Kết nối xa cho các thiết bị trong IoT
Mô tả kiểu kết nối qua bảng sau:

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

10


Tìm hiểu Internet of Things


GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

Kết nối gần
Chi tiết

Blutooth 802.11
(Wi-Fi)

802.15.4
(Zigbee/
6LoWP
AN)

Kết nối xa
RFID

256 bits 128 bits, Chậm
Bảo mật 64/128
bit AES AES
AES
CCM
encryption
Độ trễ

100ms /

LPWAN

Cellular


Chậm

Bảo mật

1.5ms

20ms

~90ms

Nomadic
subnet
roaming

có

Cố định có

Có thể chuyển
vùng tồn cầu

<3ms
(LE)
Di động

Cố định

Khoảng
cách


10-100 m 50-100 m

10-200
m

<3m

< 10km

>1km

Tiêu
hao
năng
lƣợng

Trung
bình

Cao

Thấp

Thấp

Cực thấp

Trung bình

Giờ


năm

năm

>5

ngày

Varies

< 100 bps 12Mb/s
(4GLTE)

thấp (LE)

Tuổi thọ Năm
(LE)
pin

22Mb/s
250Kb/s
Tốc độ 3Mb/s
(802.11 g)
dữ liệu 1Mb/s
cực đại (cơ bản / 144 Mb/s
LE)
(802.11 n)

Bảng 1.1: Các kiểu kết nối

1.4 Ứng dụng của Internet of Things(IoT)
IoT có ứng dụng rộng vơ cùng, có thể kể ra một số thƣ nhƣ sau:
Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

11


Tìm hiểu Internet of Things

o

Quản lí chất thải

o

Quản lí và lập kế hoạch quản lí đơ thị

o

Quản lí mơi trƣờng

o

Phản hồi trong các tình huống khẩn cấp

o

Mua sắm thơng minh

o


Quản lí các thiết bị cá nhân

o

Đồng hồ đo thơng minh

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

1.5 Mơ hình tham chiếu trong IoT
Mơ hình tham chiếu gồm 5 tầng:
-

-

Trên cùng là tầng định hƣớng ứng dụng
Sau đó tầng 2 sẽ chia thành các ứng dụng cụ thể nhƣ quản lý sự kiện, quản lý
việc làm, quản lý dữ liệu thu về, API … việc chia này chƣa thực hiện việc xử lý
quản lý mà thực chất chỉ là lớp base mô tả cấu trúc và các công việc quản lý
Tầng 3 sẽ đi vào việc xử lý trực tiếp các quản lý đã phân ở tầng 2
Tầng 4 – tầng kết nối mọi hành động xác thực, giao vận, kết nối trung gian
giữa thiết bị và hệ thống sẽ qua tầng này
Tầng 5 – Things đây là tầng của các thiết bị khác nhau, các cảm biến môi
trƣờng …

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

12



Tìm hiểu Internet of Things

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

Hình 1.4: Mơ hình tham chiếu M2M/IoT
Kết hợp mơ hình tham chiếu IoT vào mạng M2M có thể phân thành mơ hình khối
chứa các chức năng cụ thể và xuyên suốt trong hạ tầng mạng IoT. Để đảm bảo tính
xun suốt thì trong cả 5 tầng đều phải đƣợc thiết kế di động kết nối liền mạch giữa
các tầng, mỗi tầng đều có quản lý và định danh rõ ràng.
1.6 Bảo mật trong IoT
Đối với mục đích của mơ hình tham chiếu IoT, các biện pháp bảo mật cần phải:
o
o
o

Bảo mật cho mỗi thiết bị hoặc hệ thống
Cung cấp bảo mật cho tất cả các tiến trình ở mỗi lớp.
Bảo mật di chuyển và truyền thông giữa mỗi lớp.

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

13


Tìm hiểu Internet of Things

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

Hình 1.5: Kiến trúc bảo mật
Nhƣ vậy hệ thống sẽ tồn tại những thách thức về bảo mật nhƣ sau:

- Cơ chế bảo mật RFID: hàm vật lý, cơ chế code
- Công nghệ cảm biến và bảo mật mạng: bảo mật framework, mã hóa và giải mã,
quản lý khóa, bảo mật định tuyến, cơ chế bảo mật xâm nhập.
- Bảo mật IoT Gateway: xử lý tiến trình dữ liệu, xác thực đăng nhập, kiểm sốt
dữ liệu truy cập, kênh mã hóa.
- Thơng tin truyền trên IoT: lỗ hổng an ninh, giao thức bảo mật, IPv6
- Bảo mật việc xử lý thông tin: Ứng dụng, service, clould, privacy
Kết luận: Nhƣ vậy để giải quyết các thách thức kĩ thuật còn tồn tại trong IoT bƣớc
đầu cần một nền tảng có khả năng hỗ trợ đa dạng, khả năng phát triển và mở rộng lớn.
Nền tảng đƣa ra cần phải phát triển phù hợp dựa trên tiêu chuẩn về M2M và IoT. Hiện
nay có rất nhiều IoT platform đƣợc phát triển, và đi đầu trong lĩnh vực này có thể kể
đến nhƣ AWS IoT platform của Amazon, Microsoft Azure IoT của Microsoft,
ThingWorx IoT Platform của ThingWorx,... ngồi ra cịn rất nhiều platform của các
tập đồn, cơng ty khác trên tồn thế giới.

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

14


Tìm hiểu Internet of Things

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ M2M VÀ OM2M

2.1 Giới thiệu chung về M2M
Machine-to-Machine ( M2M ) là một công nghệ cho phép giao tiếp giữa các thiết
bị với thiết bị thông qua mơi trƣờng truyền thơng (có dây hoặc khơng dây), là sự kết
hợp của công nghệ thông tin và truyền thông với các thực thể giao tiếp thông minh

nhằm cung cấp khả năng tƣơng tác lẫn nhau mà không cần sự can thiệp của con ngƣời.
Số lƣợng kết nối M2M liên tục tăng nhanh với tốc độ chóng mặt. Đây đƣợc xem là
giải pháp hứa hẹn trong tƣơng lai trong việc quản lý và sử dụng dịch vụ một cách có
hiệu quả. M2M đã đƣợc phát triển và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới bao gồm
nhiều lĩnh vực khác nhau từ xây dựng, y tế, công nghiệp, giao thông, bán lẻ, bảo mật
cho các dịch vụ mơi trƣờng,...

Hình 2.1: Mơ hình hoạt đơng của M2M
Hệ thống M2M bao gồm các bộ phận cấu thành: các thiết bị giao tiếp thông minh,
mạng truy cập và nền tảng dịch vụ M2M. Trong đó:
o Thiết bị: bao gồm các thiết bị cảm biến, phƣơng tiện vận tải, trang thiết bị, máy
móc,.. đƣợc trang bị mô đun giao tiếp qua Wifi, WiMAX, Blutooth, ZigBee,..
o Mạng truy cập: cung cấp hầu hết các chuẩn kết nối: mạng có dây, mạng khơng
dây (GSM, GPRS, WCDMA, LTE, Wifi, WiMAX,…) và cả hệ thống truyền
dẫn vệ tinh.
o Nền tảng M2M: bao gồm các công cụ thu thập và xử lý thông tin, lƣu trữ dữ
liệu và các công cụ quản lý, khai thác thiết bị. Cung cấp giao diện hiển thị
những thông tin liên quan đến thiết bị.

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

15


Tìm hiểu Internet of Things

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

2.2 Tổng quan về kiến trúc ETSI M2M


Hình 2.2: Tổng quan kiến trúc ETSI M2M
Các thiết bị trong M2M chạy các ứng dụng bằng cách sử dụng SCL. Nó kết nối
trực tiếp thơng qua Network Domain để truy cập mạng và có thể cung cấp các dịch vụ
khác nhau khi kết nối đến nó. Nó cũng có thể kết nối vào dịch vụ tên miền thông qua
các gateway từ một mạng lƣới khu vực. Một Gateway cũng có thể chạy ứng dụng
M2M thông qua SCL và hoạt động nhƣ một proxy giữa những thiết bị và Network
Domain. SCL cung cấp chức năng chia sẻ giữa các ứng dụng khác nhau, bao gồm cả
chức năng quản lý truy cập, giám sát, quản lý lỗi. Chức năng quản lý M2M bao gồm
tất cả chức năng cần thiết để quản lý SCL trong Network Domain.
Hình 2.2 mô tả kiến trúc chức năng ETSI M2M. Một SCL đƣợc triển khai thông
qua một M2M Network (NSCL), một gateway (GSCL), hoặc một Device (DSCL). Nó
cung cấp dịch vụ cho phép đăng ký trên máy tính, truyền thơng đồng bộ và không
đồng bộ, khai phá tài nguyên, quyền quản lý truy cập, quảng bá,…Có ba quan hệ tham
chiếu dựa trên các API mở bao gồm : mIa, dIa, và mId. Mối quan hệ mIa cho phép các
ứng dụng mạng (NA) truy cập vào NSCL. Một dIa cho phép một thiết bị hoặc ứng
dụng gateway (D/GA) truy cập vào D/GSCL. Mối quan hệ mId cho phép một D/GSCL
truy cập vào NSCL. Các giao diện này đƣợc định nghĩa một cách chung chung, hỗ trợ
một loạt các công nghệ mạng và các giao thức để tăng cƣờng khả năng tƣơng tác.
ETSI M2M áp dụng kiểu kiến trúc RESTful. Mỗi một SCL chứa một tài nguyên chuẩn
nơi chứa các thông tin đƣợc lƣu trữ. Một tài nguyên đƣợc đánh địa chỉ thông qua một
định dạng tài nguyên thống nhất(URI ). SCL giống nhƣ một cây tài nguyên nơi lƣu trữ
dữ liệu khác nhau trong đó có thể thực hiện các thao tác lấy, cập nhật, xóa. SclBase để
mơ tả một lớp SCL sử dụng một lớp “sclBase” là lớp cơ sở cho tất cả các nguồn của
SCL. Scl lƣu trữ các thông tin liên quan đến các “scls” ở xa, ở nơi tại các máy khác
nhau, sau khi đƣợc xác thực lẫn nhau thành công. Application lƣu trữ các thông tin về
Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

16



Tìm hiểu Internet of Things

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

ứng dụng sau khi đăng kí thành cơng trên SCL. Container đóng vai trò trung gian cho
dữ liệu đệm cho phép trao đổi giữa các ứng dụng và SCLs. ContentInstance đại diện
cho một trƣờng dữ liệu trong “container”. AccessRight quản lý quyền và là ngƣời nắm
giữ các quyền để giới hạn và bảo vệ các quyền truy cập vào cấu trúc cây tài nguyên.
Group tăng cƣờng khả năng hoạt động của cây tài ngun bởi sử dụng các tính năng
phân nhóm. Subscription cho phép nhận thơng báo khơng đồng bộ khi có một sự kiện
xảy ra nhƣ việc tiếp nhận sự kiện của một cảm biến hoặc tạo ra, cập nhật, hay xóa một
tài nguyên. Announced chứa một đại diện cho một phần của tài nguyên trong một SCL
để đơn giản hóa yêu cầu phát hiện một “scls” phân phối. Discovery đóng vài trị nhƣ
một cơng cụ tìm kiếm các nguồn tài nguyên. Bộ sƣu tập các nhóm tài nguyên bao gồm
các tài nguyên chung với nhau.

2.3 Tìm hiểu về nền tảng dịch vụ OM2M
2.3.1 Chuẩn ETSI M2M trong OM2M
Các yếu tố thể hiện chuẩn ETSI M2M trong OM2M bao gồm:
o M2M Device: Một máy chạy M2M device SCL (DSCL), nó có thể đƣợc
truy vấn bởi các ứng dụng từ các thiết bị M2M thông qua một giao diện mở.
Một thiết bị M2M có thể kết nối trực tiếp với mạng M2M hoặc gián tiếp
thông qua cổng hoạt động nhƣ một proxy mạng.
o M2M Area Network: cung cấp kết nối giữa các thiết bị M2M, và giữa thiết
bị với cổng mạng. Nó dựa trên các cơng nghệ hiện có nhƣ Zigbee, Phidgets,
M_Bus, KNX,…
o M2M Gateway: một máy khi chạy M2M gateway SCL(GSCL) có thể truy
vấn bởi các ứng dụng M2M gateway. Nó giải quyết và xác định các thiết bị
không đồng nhất và kết nối mạng M2M với những giao thức công nghệ
khác nhau bằng cách thực hiện ánh xạ và chuyển đổi hoạt động.

o Wide Area Network cung cấp mạng lõi và truy cập mạng để các thiết bị
M2M giao tiếp với các cổng thông qua mạng lƣới M2M. Dựa trên các cơng
nghệ hiện có nhƣ: xDSL, GERAN, UTRAN, eUTRAN, W-LAN,
WiMAX,…
o M2M Network: cung cấp một M2M Network SCL (NSCL) mà có thể truy
vấn bởi các ứng dụng M2M Network (NA) thông qua một giao diện mở.
o M2M Service Capabilites Layer (SCL): cung cấp một dịch vụ cho các ứng
dụng M2M một cách trừu tƣợng hóa cho sự phức tạp của các thiết bị.
o M2M Application là một ứng dụng phần mềm có tên miền cụ thể tƣơng tác
với các máy M2M bằng cách truy vấn các lớp dịch vụ thông qua một tập
hợp các giao diện mở.
Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

17


Tìm hiểu Internet of Things

-

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

o Phát triển ứng dụng mới một tên miền cụ thể.
o ETSI M2M áp dụng một kiến trúc tính RESTful, Mỗi SCL là một cây tài
nguyên chuẩn nơi lƣu trữ thông tin, trong đó có thể thực hiện thao tác lấy,
cập nhật, xóa, thực hiện.
o Một cây tài nguyên SCL hỗ trợ nhiều loại tài nguyên khác nhau:
Để mô tả một lớp SCL lƣu trữ OM2M sử dụng một lớp base “sclBase” đây là
một lớp gốc cho tất cả nguồn lực lƣu trữ khác trong SCL. Nhƣng “scl” resource
lƣu trữ thông tin của các scls khác ở trên những máy khác sau khi xác thực

thành cơng.

Hình 2.3: Trƣờng dữ liệu SCL trong OM2M
-

Các “application” lƣu trữ thông tin về ứng dụng sau khi đăng kí thành cơng trên
SCL hosting.

Hình 2.4: Trƣờng dữ liệu Application trong OM2M

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

18


Tìm hiểu Internet of Things

-

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

Các nguồn tài nguyên “container” hoạt động nhƣ một trung gian giữa các dữ
liệu đệm cho phép trao đổi giữa “application” và SCLs. Các tài nguyên
“contentInstance” đại diện cho một trƣờng dữ liệu trong các container.

Hình 2.5: Trƣờng dữ liệu Container trong OM2M
-

Các tài nguyên “accessRight” quản lý quyền điều hành của chủ sở hữu để hạn
chế vào bảo vệ các quyền truy cập vào cơ cấu cây tài nguyên.


Hình 2.6: Trƣờng dữ liệu AccessRight trong OM2M
-

Các tài nguyên “group” tăng cƣờng hoạt động của cây tài nguyên bằng cách bổ
xung tính năng cho nhóm.

Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

19


Tìm hiểu Internet of Things

-

GVHD: PGS.TS Ngơ Quỳnh Thu

Các tài nguyên “subscription” cho phép thuê bao đăng kí nhận đƣợc thông báo
không đông bộ khi một sự kiện xảy ra nhƣ tiếp nhận một cảm biến mới, hoặc
tạo ra, cập nhật, xóa các tài nguyên.
Các tài nguyên “announced” chứa một đại diện một phần của một tài nguyên
trong một SCL từ xa để đơn giản hóa các yêu cầu phát hiện trên SCLs phân
phối.
Các nguồn tài nguyên "discovery" đóng vai trị nhƣ một cơng cụ tìm kiếm các
nguồn tài ngun. Các nhóm tài nguyên bộ sƣu tập tài nguyên chung với nhau.

2.3.2 Nền tảng dịch vụ OM2M
OM2M cung cấp một API RESTful để trao đổi dữ liệu XML thông qua các kết
nối không đáng tin cậy trong một môi trƣờng phân tán cao. Nó cung cấp một modular

kiến trúc chạy phía trên của lớp OSGI nhƣ thể hiện ở hình dƣới. OM2M cung cấp một
SCL linh hoạt có thể triển khai trong một mạng M2M, một gateway, hoặc một thiết bị.
Mỗi SCL bao gồm tập hợp các plugin nhỏ, mỗi một plugin thực hiện một chức năng cụ
thể. Một plugin có thể đƣợc cài đặt từ xa, khởi chạy, cập nhật và gỡ cài đặt mà không
cần phải khởi động lại hệ thống. Nó có thể phát hiện việc bổ xung và loại bỏ các dịch
vụ thông qua việc đăng ký dịch vụ và thích nghi phù hợp tạo điều kiện việc mở rộng
SCL.

Hình 2.7: Nền tảng dịch vụ OM2M
Core là plugin chính đƣợc triển khai tại mỗi SCL.Nó cung cấp một dịch vụ giao
thức độc lập để xử lý các u cầu REST. Nó sẽ ánh xạ các thơng tin cụ thể là nó có thể
đƣợc thêm vào để hỗ trợ nhiều giao thức ràng buộc nhƣ HTTP và CoAP. OM2M có
thể đƣợc mở rộng bằng việc thêm các plugin quản lý các thiết bị cụ thể để thực hiện
cập nhật phần mềm bằng cách dùng lại các giao thức hiện có nhƣ OMA-DM và BBF
TR-069. Nó cũng có thể đƣợc mở rộng bằng cách bổ xung các liên kết mạng proxy
khác nhau để cho phép giao tiếp liền mạch với các thiết bị nhƣ Phidgets, ZigBee,…
Học viên thực hiện: Phạm Văn Chung – KTMT&TT 2013B

20