Khóa luận Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh: quan sát và điều khiển trên PPC

1-1: Mô hình hệ thống nhà thông minh................................................................ 4 Hình 2-1: Giao thức Obex ............................................................................................ 7 Hình 2-2: Ứng dụng Bluetooth..................................................................................... 8 Hình 2-3: mô hình mạng Ad-hoc ............................................................................... 10 Hình 2-4: Mô hình mạng cơ sở .................................................................................. 10 Hình 2-5: Mô hình mạng mở rộng ............................................................................. 11 Hình 3-1: Mô hình module quan sát và điều khiển trên PPC ...................................... 16 Hình 3-2: Mô hình tầng quản lý kết nối ..................................................................... 17 Hình 3-3: Data Manager ............................................................................................ 19 Hình 3-4: Dữ liệu đối tượng ....................................................................................... 22 Hình 3-5: Vùng đối tượng đã được nhận diện ............................................................ 22 Hình 3-6: Mô hình quản lý Session và Aplication ...................................................... 23 Hình 3-7: Context Analyzer ....................................................................................... 25 Hình 3-8: Quản lý kết nối .......................................................................................... 26 Hình 3-9: Gửi dữ liệu ................................................................................................. 27 Hình 3-10: Phân luồng ứng dụng ............................................................................... 28 Hình 3-11: Luồng dữ liệu hệ thống ............................................................................ 29 Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Bảng so sánh Bluetooth và wireless ........................................................... 12 Bảng 2-2: Thực nghiệm wireless và bluetooth ........................................................... 14 Bảng 4-1: Thực nghiệm truyền dữ liệu ....................................................................... 31 Bảng 4-2: Dữ liệu tương tác ....................................................................................... 32 Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 1 Chương 1 GIỚI THIỆU Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ web, hạ tầng mạng và các ứng dụng cho thiết bị nhúng, các thiết bị cầm tay thông minh càng chứng tỏ vị trí quan trọng của mình trong cuộc các mạng chung của công nghệ và đóng vai trò không thể thiếu trong đời sống con người đang dần trở nên bận rộn và có xu hướng di chuyển nhiều. Với những thiết bị cầm tay thông minh, con người mới chỉ dừng lại ở mức ứng dụng nhỏ hoặc không phổ biến, trong khi thực tế những thiết bị cầm tay có thể giải quyết được nhiều công việc hơn so với những tiềm năng vốn có. Về hạn chế, các thiết bị nhúng dù phát triển nhưng vẫn luôn hạn chế cả về tốc độ tính toán lẫn lưu trữ dữ liệu so với máy tính để bàn. Điều này dẫn đến xu hướng tính toán tập trung và tải những phép tính phức tạp, đòi hỏi thời gian tính toán lớn lên máy tính, thiết bị nhúng chỉ mang tính chất hiển thị kết quả. Nền tảng của lý thuyết hệ tính toán khắp nơi (ubiquitous computing) là đẩy toàn bộ dữ liệu để xử lý tập trung, sau đó dữ liệu tập trung này sẽ được gửi tới những thiết bị khác. Một trong những ứng dụng của hệ thống tính toán khắp nơi là nhà thông minh (smart house). Nhà thông minh (tiếng Anh: smart-home hoặc intelli-home) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển… Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với internet và điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau… (Theo từ điển Wikipedia). Trong cuộc sống hiện đại, nhà thông minh dần trở thành một khái niệm quen thuộc với mọi người và là một xu hướng tất yếu. Nhà thông minh là sự kết hợp của nền tảng lý thuyết hệ tính toán khắp nơi, tương tác người máy, nhận diện ảnh và kiến trúc tổng thể kỹ thuật. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 2 1.1 Tổng quát nhà thông minh Nhà thông minh cơ chế cơ bản là sự kết hợp giữa các thiết bị đo để đưa ra một kết quả tổng quan nhất cho người dùng thông qua một thiết bị giao tiếp đặc biệt gọi là bộ điều khiển. Giới hạn trong bài nghiên cứu này, bộ điều khiển là các thiết bị cầm tay thông minh (smart phone, PPC…). Nhà thông minh được phân loại dựa vào những tiêu chí đánh giá khác nhau. Cơ bản nhà thông minh được phân làm hai loại: dựa vào hệ thống kỹ thuật và dựa vào cơ chế thông minh. 1.1.1 Phân loại theo hệ thống kỹ thuật Hệ thống điều khiển thông minh đi kèm với các thiết bị được lập trình sẵn, giao tiếp với người sử dụng linh hoạt không phụ thuộc vào khoảng cách, vị trí và thường có những hệ thống sau: - Hệ thống an ninh: bao gồm các hệ thống cửa tự động, camera quan sát, đầu ghi hình, bộ nhớ lưu trữ, bộ điều khiển trung tâm cho phép người sử dụng có thể nắm được trực tiếp hay xem lại toàn bộ mọi hoạt động diễn ra ở các khu vực có thiết bị kiểm soát. Hệ thống an ninh còn có thể báo động bằng còi, chiếu sáng, gọi đến các số điện thoại cần thiết và có khả năng phong toả khu vực bị đột nhập. - Hệ thống báo cháy và chữa cháy: hệ thống báo cháy cảm ứng khi có hiện tượng cháy (nồng độ khói, nhiệt độ), và thông báo bằng âm thanh (loa, còi), đèn chiếu sáng. Hệ thống chữa cháy tự động phun nước tại các nơi cần chữa cháy. Ở mức độ cao hơn, hệ thống báo cháy, chữa cháy cho phép khoanh vùng và hướng dẫn phân luồng thoát hiểm. - Hệ thống thiết bị nhiệt: điều hoà nhiệt độ, lò sưởi, bình nước nóng... - Hệ thống giải trí: truyền hình, đầu DVD, máy nghe nhạc… - Hệ thống cấp nước: phòng vệ sinh, tưới vườn... Tất cả các hệ thống thông minh trên có thể hoạt động theo lập trình hoặc cho phép người sử dụng điều khiển từ xa, hoặc kiểm tra trạng thái thiết bị thông qua bộ điều khiển từ xa (remote control), điện thoại di động hay internet. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 3 1.1.2 Phân loại theo cơ chế thông minh Có thể phân chia làm ba loại cơ chế hoạt động như sau: - Cơ chế nhận diện: cơ chế nhận diện cho phép ghi nhớ những đặc điểm được cài đặt sẵn trong bộ nhớ; trong trường hợp việc nhận diện xảy ra không trùng khớp, hệ thống sẽ từ chối phục vụ hoặc báo động. Ví dụ như cổng, cửa gara chỉ mở với những xe có biển số đã đăng ký với hệ thống, cửa tự động nhận diện vân tay chỉ mở đúng người; trong khoảng thời gian đêm, nếu có người lạ mặt trong phòng khách hệ thống sẽ báo động… - Cơ chế lập trình sẵn: một số hệ thống thiết bị được thiết kế hoạt động theo lịch trình nhất định. Ví dụ như bắt đầu từ 7 giờ tối đèn vườn, đèn bảo vệ tự động bật sáng và tắt vào thời điểm 5 giờ sáng, 7 giờ sáng ti vi tại khu vực bếp tự động bật đúng chương trình cài đặt để người ăn sáng có thể xem, 8 giờ sáng vòi nước tưới vườn hoạt động trong 15 phút; 10 giờ đêm các hệ thống cửa tự động an toàn sẽ đóng lại… - Cơ chế cảm ứng: cơ chế cảm ứng là một cơ chế linh hoạt, hoạt động trên sự biến đổi trạng thái mà hệ thống cảm ứng ghi nhận để tự điều khiển phù hợp. Ví dụ: tại cầu thang, vệ sinh, đèn sẽ tự động bật khi có người và tự động tắt sau một thời gian nhất định khi không có người; hệ thống báo động sẽ thông báo khi cửa có những chấn động cơ học hơn mức bình thường (do phá hoại, đột nhập), mái kính sẽ tự động đóng lại khi có mưa, mành – rèm tự hoạt động ở trạng thái thích hợp nhất khi cảm ứng với ánh nắng mặt trời, đèn tự động bật khi chiếu sáng tự nhiên không đủ… 1.2 Hướng tiếp cận 1.2.1 Phạm vi chung bài toán Do hạn chế về mặt thời gian, nhân lực và vật lực, toàn bộ công trình nghiên cứu khóa luận của chúng tôi sẽ triển khai xây dựng nhà thông minh theo cơ chế thông minh như đã trình bày ở trên. Hệ thống gồm 3 module: Module tương tác người máy, Module mô phỏng nhà thông minh, Module nhận diện điều khiển trạng thái vật thể qua IP Camera. Mỗi module quan hệ với nhau bởi một lớp giao diện - lớp dữ liệu. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 4 Hình 1-1: Mô hình hệ thống nhà thông minh. 1.2.1.1 Module nhận diện điều khiển qua IP Camera Nhận diện và khoanh vùng đối tượng theo từng miền xác định. Output của Camera giám sát là hình ảnh chụp được từ nhà thông minh và khoanh vùng đối tượng theo định dạng bao gồm: tọa độ góc dưới trái và góc trên phải của vật. 1.2.1.2 Quan sát và điều khiển trên PPC - Quản lý người dùng, dữ liệu người dùng và các đối tượng trong nhà thông minh. - Quản lý các tương tác người dùng đối với nhà thông minh. - Quản lý, phân bổ hạ tầng mạng và các kết nối. 1.2.1.3 Module mô phỏng 3D - Mô phỏng nhà 3D và nhận các tương tác người dùng. - Chuyển những tương tác người dùng thành các sự kiện trong nhà thông minh. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 5 1.2.2 Phạm vi module quan sát và điều khiển trên PPC Giới hạn phạm vi module quan sát và điều khiển trên PPC được xác định thông qua các yêu cầu: 1.2.2.1 Hạ tầng mạng - Đảm bảo dữ liệu thông suốt. - Thời gian chuyển và xử lý lệnh đạt trung bình từ 300 - 400 ms trong điều kiện tốt và từ 2000 - 3000 ms trong điều kiện mạng kém. - Mạng truyền dữ liệu không dây nhưng vẫn đảm bảo tốc độ truyền tốt và số lượng lớn người truy cập. - Tính bảo mật cao. Có thể dễ dàng triển khai ngăn chặn các cuộc tấn công qua sóng và môi trường truyền dẫn thông qua hoặc thiết bị bảo mặt, hoặc bởi thuật toán mã hóa dữ liệu, bất chấp sự phình ra một cách tương đối của dữ liệu. 1.2.2.2 Quản lý người dùng - Ngăn ngừa sự truy cập trái phép từ bên ngoài lên các đối tượng. - Phân quyền đối tượng đối với từng người dùng và nhóm người dùng. 1.2.2.3 Quản lý đối tượng - Dễ dàng truy cập tới các thông tin đối tượng và trạng thái đối tượng khi các tầng khác yêu cầu. - Dễ dàng ánh xạ giữa dữ liệu người dùng và dữ liệu đối tượng để nhận biết tính phân quyền của người dùng trên một đối tượng cụ thể. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 6 Chương 2 GIẢI PHÁP MẠNG Công nghệ mạng không dây có thể sử dụng trong truyền dữ liệu, đáp ứng được các tiêu chí cơ bản đề ra là Bluetooth, hồng ngoại và Wireless. Về cơ bản, Bluetooth là sự cải thiện và phát triển từ hồng ngoại (IrDA), vì thế nên trong bài khóa luận, chúng tôi chỉ đánh giá và so sánh hai mô hình mạng cơ bản là: Bluetooth và Wireless. 2.1 Bluetooth 2.1.1 Khái quát Bluetooth là một đặc tả công nghiệp cho truyền thông không dây tầm gần giữa các thiết bị điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn giữa các thiết bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network-PANs). Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mb/s. Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10 m–100 m. Khác với kết nối hồng ngoại (IrDA), kết nối Bluetooth là vô hướng và sử dụng giải tần 2,4 GHz. 2.1.2 Đặc điểm - OBEX (OBject EXchange) là giao thức trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị dùng cổng hồng ngoại được hiệp hội IrDA (Infrared Data Association) đưa ra lần đầu tiên năm 1997. - Ban đầu, giao thức này chỉ giới hạn cho các thiết bị sử dụng môi trường ánh sáng hồng ngoại, nhưng rất nhanh sau đó nó được tổ chức Bluetooth SIG (Bluetooth Special Interest Group) đưa vào hầu hết các thiết bị Bluetooth của mình. - Cũng giống như các giao thức khác, giao thức OBEX được xây dựng trên nền mô hình OSI (Open Systems Interconnection) bao gồm hai thành phần chính:  OBEX session protocol (giao thức phiên OBEX): mô tả cấu trúc gói tin trong phiên làm việc giữa hai thiết bị.  OBEX application framework: tập các dịch vụ OBEX cung cấp cho các ứng dụng đầu cuối như truyền file, in ảnh... Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 7 Hình 2-1: Giao thức Obex 2.1.3 Ưu điểm - Truyền dữ liệu giữa các thiết bị không cần cáp trong khoảng cách trung bình (10m, có thể xa hơn với thiết bị đặc biệt). - Sử dụng sóng radio ở băng tần không cần đăng ký 2.4GHz ISM (Industrial, Scientific, Medical). - Có khả năng xuyên qua vật thể rắn và phi kim, không cần phải truyền thẳng . - Khả năng kết nối point-point, point-multipoint. - Bluetooth sử dụng cùng một chuẩn giao thức nên mọi thiết bị - Bluetooth đều có thể làm việc với nhau. - Sử dụng ít năng lượng, thích hợp với các thiết bị di động có nguồn năng lượng hạn chế. - Có khả năng hỗ trợ 3 kênh thoại và 1 kênh dữ liệu. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 8 - Có khả năng bảo mật từ 8Æ128bit. - Thiết bị nhỏ gọn, số lượng thiết bị hỗ trợ Bluetooth ngày càng nhiều và đa dạng. - Giá thành thiết bị rẻ, truyền dữ liệu miễn phí. - Thiết lập kết nối dễ dàng và nhanh chóng, không cần access point. - Sử dụng được ở bất cứ nơi nào. - Được đỡ đầu bởi 9 tập đoàn khổng lồ, và ngày càng có nhiều tổ chức tham gia vào vì thế Bluetooth ngày càng được phát triển hoàn thiện và mạnh mẽ hơn. 2.1.4 Nhược điểm - Do sử dụng mô hình adhoc nên không thể thiết lập các ứng dụng thời gian thực. - Khoảng cách kết nối còn ngắn so với các công nghệ mạng không dây khác. - Số thiết bị active, pack cùng lúc trong một piconect còn hạn chế. - Tốc độ truyền của Bluetooth không cao. - Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác, các trang thiết bị khác. - Bảo mật còn thấp. Hình 2-2: Ứng dụng Bluetooth Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 9 2.2 Wireless 2.2.1 Khái quát WLAN là một loại mạng máy tính nhưng việc kết nối giữa các thành phần trong mạng không sử dụng các loại cáp như một mạng thông thường, môi trường truyền thông của các thành phần trong mạng là không khí. Các thành phần trong mạng sử dụng sóng điện từ để truyền thông với nhau. 2.2.2 Các mô hình WLAN: Gồm 3 mô hình mạng sau: - Mô hình mạng độc lập (IBSSs) hay còn gọi là mạng Ad hoc : Bao gồm các điểm truy nhập AP (Access Point) gắn với mạng đường trục hữu tuyến và giao tiếp với các thiết bị di động trong vùng phủ sóng của một cell. AP đóng vai trò điều khiển cell và điều khiển lưu lượng tới mạng. Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao tiếp với các AP. - Mô hình mạng cơ sở (BSSs) : Bao gồm các điểm truy nhập AP (Access Point) gắn với mạng đường trục hữu tuyến và giao tiếp với các thiết bị di động trong vùng phủ sóng của một cell. AP đóng vai trò điều khiển cell và điều khiển lưu lượng tới mạng. Các thiết bị di động không giao tiếp trực tiếp với nhau mà giao tiếp với các AP. - Mô hình mạng mở rộng(ESSs) : Mạng 802.11 mở rộng phạm vi di động tới một phạm vi bất kì thông qua ESS. Một ESSs là một tập hợp các BSSs nơi mà các Access Point giao tiếp với nhau để chuyển lưu lượng từ một BSS này đến một BSS khác để làm cho việc di chuyển dễ dàng của các trạm giữa các BSS, Access Point thực hiện việc giao tiếp thông qua hệ thống phân phối. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 10 Hình 2-3: mô hình mạng Ad-hoc Hình 2-4: Mô hình mạng cơ sở Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 11 Hình 2-5: Mô hình mạng mở rộng 2.2.3 Ưu điểm Sự tiện lợi: Mạng không dây cũng như hệ thống mạng thông thường. Nó cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng ở bất kỳ nơi đâu trong khu vực được triển khai(nhà hay văn phòng). Với sự gia tăng số người sử dụng máy tính xách tay(laptop), đó là một điều rất thuận lợi. Khả năng di động: Với sự phát triển của các mạng không dây công cộng, người dùng có thể truy cập Internet ở bất cứ đâu. Chẳng hạn ở các quán Cafe, người dùng có thể truy cập Internet không dây miễn phí. Hiệu quả: Người dùng có thể duy trì kết nối mạng khi họ đi từ nơi này đến nơi khác. Triển khai: Việc thiết lập hệ thống mạng không dây ban đầu chỉ cần ít nhất 1 access point. Với mạng dùng cáp, phải tốn thêm chi phí và có thể gặp khó khăn trong việc triển khai hệ thống cáp ở nhiều nơi trong tòa nhà. Khả năng mở rộng: Mạng không dây có thể đáp ứng tức thì khi gia tăng số lượng người dùng. Với hệ thống mạng dùng cáp cần phải gắn thêm cáp Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 12 2.2.4 Nhược điểm Bảo mật: Môi trường kết nối không dây là không khí nên khả năng bị tấn công của người dùng là rất cao. Phạm vi: Một mạng chuẩn 802.11g với các thiết bị chuẩn chỉ có thể hoạt động tốt trong phạm vi vài chục mét. Nó phù hợp trong 1 căn nhà, nhưngvới một tòa nhà lớn thì không đáp ứng được nhu cầu. Để đáp ứng cần phải mua thêm Repeater hay access point, dẫn đến chi phí gia tăng. Độ tin cậy: Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên việc bị nhiễu, tín hiệu bị giảm do tác động của các thiết bị khác(lò vi sóng,….) là không tránh khỏi. Làm giảm đáng kể hiệu quả hoạt động của mạng. Tốc độ: Tốc độ của mạng không dây (1- 125 Mbps) rất chậm so với mạng sử dụng cáp(100Mbps đến hàng Gbps). 2.3 So sánh công nghệ Bluetooth và Wireless Từ những nghiên cứu trên, ta có bảng so sánh lý thuyết: Bảng 2-1: Bảng so sánh Bluetooth và wireless STT Tiêu chí Wireless Bluetooth 1 Sử dụng điển hình (Typical usage) Phiên bản không dây của chuẩn Ethernet (wirelessEthernet), chỉ thay thế cáp cho truy cập mạng LAN. Truy cập mạng không dây với khoảng cách dài. Thay thế cáp cá nhân (wireless USB) cho nhiều ứng dụng khác nhau. Truy cập mạng không dây với khoảng cách trung bình. 2 Băng thông 11 Mbps, chia sẻ. 2 đến 3 Mbps với WEP. 1 Mbps, chia sẻ. Version 1.1 và 1.2 là 723.1 Kbps, version 2.0 là 2.1 Mbps, thấp hơn khi bị nhiễu. 3 Nhiễu Các thiết bị sử dụng sóng Các thiết bị sử dụng sóng Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 13 radio khác, các vật liệu xây dựng, trang thiết bị. radio khác, các vật liệu xây dựng, trang thiết bị. 4 Bảo mật Không an toàn nếu không bảo vệ tốt. Cần giải quyết những trục trặc của mạng, truy cập bất hợp pháp, hi-jacking, "Đánh hơi mạng" (hay còn gọi là dò tìm lỗ hổng mạng thông qua việc dò tuần tự các gói tin ở cổng mạng khác nhau), đánh cắp phiên làm việc và truy cập trái phép. Liên kết mức độ WEP dễ bị bẻ gãy. Tin cậy vào những truy cập ở cấp độ ứng dụng và sự mật hoá. Bảo mật thấp. Liên kết được thiết lập ở mức độ sự thẩm định quyền (authentication). Khó khăn hơn cho traffic sniffing. Vẫn còn phụ thuộc vào sự thẩm định quyền ở cấp độ ứng dụng và sự mật hoá. 5 Tiêu thụ năng lượng Khá cao. Thời gian sử dụng pin rất ngắn do tiêu thụ nhiều năng lượng và duy trì kết nối. Thấp. 6 Khoảng cách (ngoài trời) 200 m - 11 Mbps. 500 m - 1 Mbps. 30 m-100 m 7 Khoảng cách (trong nhà) 40 m - 11 Mbps. 100 m - 1 Mbps. 10 m-30 m. 8 Số kênh 11 DSSS. 79—FHSS. 79 Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 14 9 Năng lượng truyền tối đa 20 dBm—FHSS. 30 dBm—DSSS. 20 dBm 10 Tần số 2.4GHz -b/g 5.8GHz – a 2.4GHz 11 Giá thành Cao Thấp 12 Thiết bị hỗ trợ Hỗ trợ trong một số laptop hiện đại, PPC: đòi external H/W card, Notebook computer, desktop computer, server. Hỗ trợ trong laptop hiện đại, nhiều điện thoại di động, PPC, thiết bị điện tử, thiết bị tự động trong công nghiệp và văn phòng 13 Vị trí sử dụng Ở trong tầm hoạt động của các thiết bị WLAN, thường là trong các toà nhà. Bất cứ nơi nào có ít nhất 2 thiết bị Bluetooth. 14 Số thiết bị có thể truy cập đồng thời Nhiều, chia sẻ. IP&P2P. Tối đa 8, chia sẻ. P2P. Thực nghiệm đo đạc thông qua đồng bộ thời gian trên PC và PPC. Với thời gian (ms) và dung lượng truyền (B và Kb) được tính trung bình trong điều kiện tải là 1 PPC và 1 PC. Môi trường truyền dữ liệu trong nhà, khoảng cách với wireless là 30m và Bluetooth là 10m. Bảng 2-2: Thực nghiệm wireless và bluetooth STT Loại dữ liệu Dung lượng Thời gian Thời gian truyền Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 15 đóng gói Wireless Bluetooth 1 DL đăng nhập 15K 5ms 800 ms 1200ms 2 DL ping server 1B 0ms 20ms 40ms 3 DL chuyển ứng dụng 1B 0ms 30ms 50ms 4 DL chuyển đối tượng 5K 5ms 300ms 700ms 5 DL chuyển kết nối 1B 0ms 50ms 90ms 6 DL chuyển trạng thái đối tượng 15K 10ms 1000ms 1800ms 7 DL đối tượng 300K 50ms 2000ms 3500ms 8 DL nhận diện (hình ảnh và tọa độ) 250K 50ms 1500ms 2700ms Như vậy, với những yêu cầu hạ tầng mạng đặt ra cho ứng dụng thì công nghệ Bluetooth không thể đáp ứng đầy đủ như wireless. Trong phạm vi nghiên cứu khóa luận, việc chon ra kết nối tốt nhất để thực thi truyền dữ liệu là vô cùng quan trọng, vì thế, chúng tôi quyết định chọn wireless trong bước đầu xây dựng ứng dụng của nhóm. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 16 Chương 3 QUAN SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN PPC Module quan sát và điều khiển trên PPC quản lý các thông tin về người dùng, kết nối, dữ liệu tương tác giữa PPC và PC. Hình 3-1: Mô hình module quan sát và điều khiển trên PPC 3.1 Mô tả hệ thống 3.1.1 Connection Manager Tầng quản lý kết nối làm nhiệm vụ cung cấp kết nối tin cậy và truyền dữ liệu với thời gian phù hợp cho các ứng dụng nhà thông minh. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 17 Hình 3-2: Mô hình tầng quản lý kết nối 3.1.1.1 Yêu cầu và chức năng - Quản lý các kết nối, đảm bảo dữ liệu được truyền đi bảo mật và toàn vẹn. - Tốc độ truyền dữ liệu được đảm bảo chạy ổn định và không bị nghẽn lệnh với các ứng dụng trên PPC. - Độc lập và ẩn với các tầng khác. - Module mở giúp khả năng phát triển với các loại kết nối dữ liệu khác phù hợp hơn và cho phép người dùng phát triển về sau. 3.1.1.2 Thiết kế Tầng này bao gồm hai thành phần chính : - Lõi các kết nối chương trình: bao gồm nhiều thành phần kết nối. - Thành phần quản lý kết nối. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 18 3.1.1.3 Thành phần kết nối Là mức độ thấp nhất của tầng quản lý kết nối. Thành phần kết nối định nghĩa ra loại kết nối và hình thức kết nối. Ví dụ: wireless, Bluetooth, hồng ngoại…Với những khuôn khổ truyền dữ liệu, mỗi thành phần kết nối phải đảm bảo tối thiểu các chức năng mà hệ thống yêu cầu. Ví dụ có thể gửi hình ảnh với một độ trễ cho phép. Hiện tại trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu khóa luận và giới hạn về thời gian, chương trình chỉ sử dụng kết nối wireless. 3.1.1.4 Thành phần quản lý kết nối Thành phần quản lý định nghĩa ra cách dữ liệu trao đổi giữa hai hệ thống và độc lập hoàn toàn với thành phần kết nối. Nghĩa là thành phần này chỉ yêu cầu thành phần kết nối phải được cả hai thiết bị hỗ trợ và tốc độ truyền dữ liệu cũng như các tiêu chí truyền dữ liệu khác phải được đảm bảo trên mức tối thiểu. Tầng quản lý hỗ trợ người dùng tối đa trong việc cấu hình kết nối. 3.1.1.5 Hoạt động Trên PPC - Khi có yêu cầu gửi dữ liệu từ các tầng trên, tầng quản lý kết nối nhận biết kết nối hiện thời đang sử dụng và gọi kết nối đó tùy thuộc mục đích sử dụng. - Khi được tầng quản lý gọi, tầng kết nối phải cung cấp các dữ liệu cho việc mở kết nối và gửi dữ liệu. - Tầng quản lý sẽ hủy các loại kết nối không được sử dụng và chỉ giữ duy nhất một loại kết nối mà người dùng đã chọn. Trên PC - Thành phần quản lý trên PC duy trì các thành phần kết nối hiện có. Các thành phần kết nối này luôn trong tình trạng chờ dữ liệu từ PPC gửi sang. Với mô hình quản lý đa người dùng, tại một thời gian cụ thể luôn tồn tại những thành phần kết nối khác nhau. Các thành phần kết nối được sử dụng tùy vào vị trí và tính chất của người dùng. Ví dụ: nếu người dùng đang trong phòng thì có thể không cần sử dụng các kết nối tốc độ cao hơn như wireless… mà chỉ cần sử dụng Bluetooth để tiết kiệm nguồn hơn. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 19 Hình 3-3: Data Manager 3.1.2 Data Manager 3.1.2.1 Yêu cầu và chức năng Trên PC - Quản lý dữ liệu của tầng kết nối: trạng thái kết nối, loại kết nối, biến truy cập… - Quản lý dữ liệu của người dùng: tài khoản sử dụng, phân cấp người dùng, csdl về tài khoản sử dụng… - Quản lý tài nguyên và trạng thái các ứng dụng của những người dùng đang truy cập. - Quản lý dữ liệu nhà thông minh và các đối tượng trong nhà thông minh. - Quản lý dữ liệu hình ảnh trong nhà thông minh. Khi