Xây dựng gateway đa giao thức cho hệ thống IoT

Bài viết này đề xuất một IoT gateway có cấu hình mới với 3 ưu điểm: (1) có thể cắm được các module có giao thức truyền thông khác nhau của các mạng khác nhau; (2) có các giao diện bên ngoài hợp nhất để phát triển phần mềm linh hoạt; (3) có giao thức linh hoạt để chuyển dữ liệu từ các cảm biến khác nhau thành một định dạng thống nhất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng gateway đa giao thức cho hệ thống IoT TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN SAIGON UNIVERSITY TẠP CHÍ KHOA HỌC SCIENTIFIC JOURNAL ĐẠI HỌC SÀI GÒN OF SAIGON UNIVERSITY Số 61 (01/2019) No. 61 (01/2019) Email: tcdhsg@sgu.edu.vn ; Website: https://tapchikhoahoc.sgu.edu.vn XÂY DỰNG GATEWAY ĐA GIAO THỨC CHO HỆ THỐNG IOT Implementation of a multi-protocol IoT gateway ThS. Trần Quang Thuận Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Tóm tắt Sự phát triển nhanh chóng của Internet vạn vật (IoT) hiện nay kéo theo nhu cầu ngày càng tăng về việc kết nối các thiết bị phổ biến với các giao thức khác nhau như BLE, Wi-fi, RFID, Zigbee, LAN, v.v., thành một mạng thống nhất. Một số ứng dụng điển hình như giao thông thông minh, nhà thông minh, điều khiển công nghiệp.., cần có cổng kết nối (gateway) thông minh cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao, các thiết bị đầu cuối sử dụng băng thông rộng với các giao thức khác nhau trong các mạng không đồng nhất. Bài báo này đề xuất một IoT gateway có cấu hình mới với 3 ưu điểm: (1) có thể cắm được các module có giao thức truyền thông khác nhau của các mạng khác nhau; (2) có các giao diện bên ngoài hợp nhất để phát triển phần mềm linh hoạt; (3) có giao thức linh hoạt để chuyển dữ liệu từ các cảm biến khác nhau thành một định dạng thống nhất. Từ khóa: cổng kết nối, internet vạn vật, IoT, giao thức. Abstract With rapid development of Internet of Things (IoT), there exists an ever-growing demand for ubiquitous connectivity to integrate multiple heterogeneous networks, such as BLE, Wi-fi, RFID, Zigbee, LAN, etc. Some typical applications, namely intelligent transportation, smart home, industry control, etc., require a smart gateway to provide high data rate, end-to-end connectivity utilizing the higher bandwidth of multi-hop networks among those heterogeneous networks. This paper proposes a novel configurable IoT gateway which has three important benefits. Firstly, the gateway has pluggable architecture, whose modules with different communication protocols can be customized and plugged in. Secondly, it has unified external interfaces which are fit for flexible software development. Finally, it has flexible protocol to transfer data from different sensors into a unified format. Keywords: gateway, internet of Things, IoT, protocol. 1. Giới thiệu IoT - mạng kết nối tất cả mọi vật đã trở nên Internet of Things (IoT) đang thúc đẩy phổ biến cùng với các khái niệm như Smart sự đổi mới trong gần như mọi khía cạnh City (thành phố thông minh), Smart Grid cuộc sống. Việc kết nối những đối tượng (lưới điện thông minh), Smart Building chưa từng được kết nối trước đây đang cho (tòa nhà thông minh), Smart Home (ngôi phép thu thập những thông tin dữ liệu đầy nhà thông minh)… đã dần trở thành hiện đủ và chuyên sâu dẫn đến sự thay đổi có ý thực và đi vào cuộc sống. nghĩa trong cuộc sống. Hiện nay, khái niệm Hệ thống IoT bao gồm các module cảm Email: thuantq@ptithcm.edu.vn 24 TRẦN QUANG THUẬN TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN biến, gateway và máy chủ trung tâm. Các chủ cảm biến phụ thuộc vào mạng khác module cảm biến đại diện cho đối tượng hơn là một gateway thông minh. Điều này (things), thể hiện như các node trong mạng. làm cho chi phí phần cứng quá cao. Gateway là thiết bị làm chức năng chuyển Năm 2011, nhóm nghiên cứu của tác đổi giữa các loại mạng hoặc các ứng dụng giả Anurag Bansal ứng dụng công nghệ khác nhau, thực hiện kết nối các node của Bluetooth để thiết kế một thiết bị kết nối mạng với máy chủ. Máy chủ với ứng dụng đến internet trung tâm. Thiết bị này sử công nghệ đám mây (cloud) thực hiện điều dụng mô hình IGAP [2] với ý tưởng xây hành và quản lý toàn bộ mạng IoT. dựng một lớp ứng dụng phần mềm chạy Đối với IoT gateway, việc kết nối trên điện thoại di động và một lớp phần nhiều loại giao thức (protocol) hiện có và mềm chạy trên PC có kết nối với Internet truyền tải lưu lượng thông tin lớn là một và Bluetooh, từ đó điện thoại di động có thách thức. Ngoài ra, yêu cầu bảo mật cao thể kết nối vào Internet thông qua kết nối cho hệ thống IoT cũng là một khó khăn. với máy tính thông qua Bluetooth. Tuy Với sự tồn tại của nhiều kỹ thuật kết nối nhiên, giải pháp này phụ thuộc nhiều vào đang được sử dụng như LAN, WiFi, ứng dụng phần mềm và chưa tập trung vào 3G/4G, Bluetooth, Z-Wave, ZigBee, giảm thiểu năng lượng tiêu thụ của thiết bị LoRA, việc tổ chức một Gateway đáp ứng cảm biến. Một trong những nhược điểm đầy đủ các giao thức kết nối là vấn đề hết của công trình [2] là không phát triển một sức phức tạp. Để giải quyết những vấn đề thiết bị Gateway độc lập mà sử dụng máy này, tác giả bài báo đề xuất một gateway tính thu thập dữ liệu từ các thiết bị cảm thông minh với các tính năng có thể cấu biến sử dụng công nghệ Bluetooth. hình, đa chức năng và tiết kiệm chi phí. Lin Wu và các tác giả của công trình Ngoài giới thiệu trên đây, bài báo có [6] đã thiết kế gateway định hướng dịch vụ phần 2 khái quát các nghiên cứu liên quan, có thể cấu hình plug-play, nhằm làm cho phần 3 trình bày cấu trúc của Smart IoT nó nhanh hơn và dễ sử dụng các ứng dụng gateway, phần 4 trình bày việc thực hiện mạng ...