Luận văn Thạc sĩ Kỹ Thuật: Xây dựng hệ thống Iot giám sát các trạm phát thanh cấp xã trong hệ thống truyền thanh không dây

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Kết cấu nội dung của Luận văn này gồm 4 chương: Chương 1 - Nghiên cứu tổng quan, thuyết minh ý tưởng; Chương 2 - Mô hình hệ thống truyền thanh không dây và ứng dụng công nghệ iot; Chương 3 - Xây dựng hệ thống iot quản lý hoạt động của các trạm phát thanh; Chương 4 - Kiểm thử IOT platform với phần cứng mô phỏng máy thu Internet Radio. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ Thuật: Xây dựng hệ thống Iot giám sát các trạm phát thanh cấp xã trong hệ thống truyền thanh không dây

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- PHẠM XUÂN MẠNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG IOT GIÁM SÁT CÁC TRẠM PHÁT THANH CẤP XÃ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN THANH KHÔNG DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2020
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- PHẠM XUÂN MẠNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG IOT GIÁM SÁT CÁC TRẠM PHÁT THANH CẤP XÃ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN THANH KHÔNG DÂY Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN QUỐC UY HÀ NỘI – 2020
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Nội dung của luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên những tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Tác giả luận văn PHẠM XUÂN MẠNH
ii LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành tốt luận văn của mình, đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS. Nguyễn Quốc Uy, người đã đồng hành cùng em trong suốt chặng đường vừa qua và cũng là người luôn tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, quý thầy cô trong Học viện đã tận tâm giảng dạy và truyền đạt những kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập của em tại Học viện. Vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học tập không chỉ là nền tảng cho quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp mà còn là hành trang quý báu cho sự nghiệp của em sau này. Em cũng xin cảm ơn sự ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình của gia đình, bạn bè, những người thân đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Mặc dù đã cố gắng hết sức, song chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý của quý thầy cô để em có thể rút kinh nghiệm và hoàn thành tốt hơn luận văn tốt nghiệp này. Cuối cùng em xin kính chúc quý thầy cô, gia đình và bạn bè dồi dào sức khỏe, thành công trong sự nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2020 Học viên PHẠM XUÂN MẠNH
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. v DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................vii CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS ..................................................................................................................... 4 1.1. Tổng quan về IoT và IoT platform ................................................................ 4 1.2. Các yêu cầu và đặc điểm của IoT platform.................................................... 5 1.3. Kết luận về nhu cầu thực tế và khả năng áp dụng của đề tài ......................... 6 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THANH KHÔNG DÂY VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IOT ............................................................................. 7 2.1. Lý thuyết về hệ thống truyền thanh không dây ................................................ 7 2.2. Mô hình hệ thống truyền thanh không dây đồng nhất 3 cấp .......................... 10 2.3. Ưu nhược điểm hệ thống truyền thanh hiện nay và nhu cầu xây dựng hệ thống truyền thanh không dây mới ........................................................................ 12 2.4. Vai trò của hệ thống IoT trong việc quản lí hệ thống truyền thanh không dây14 2.5. Kết chương...................................................................................................... 15 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG IOT QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC TRẠM PHÁT THANH ................................................................................. 17 3.1. Mô hình hệ thống và phương thức trao đổi dữ liệu trong hệ thống IoT ......... 17 3.1.2. Trao đổi dữ liệu với Socketio ................................................................. 18 3.2. Nghiên cứu, xây dựng giao diện phần mềm quản lý, giám sát và cảnh báo .. 20 3.2.1. Lựa chọn ngôn ngữ xây dựng frontend với ReactJS .............................. 20 3.2.2. Xây dựng giao diện phần mềm quản lý các máy phát sóng ................... 25
iv 3.3. Nghiên cứu, xây dựng phần mềm backend trên máy chủ............................... 33 3.3.1. RESTful API .......................................................................................... 33 3.3.2. ExpressJS ................................................................................................ 36 3.3.3. Socket-io ................................................................................................. 38 3.3.4. MongoDB ............................................................................................... 39 3.3.5. NodeJS và lý do lựa chọn NodeJS ......................................................... 42 3.3.6. Nghiên cứu xây dựng module backend thu thập, lưu trữ, trao đổi dữ liệu . 43 3.4. Nghiên cứu xây dựng module phần mềm xác thực người dùng trong hệ thống . 48 CHƯƠNG 4: KIỂM THỬ IOT PLATFORM VỚI PHẦN CỨNG MÔ PHỎNG MÁY THU INTERNET RADIO ........................................................................... 51 4.1. Kiểm thử giao diện phần mềm........................................................................ 51 4.2. Kiểm thử tương tác giữa phần cứng mô phỏng Internet radio với phần mềm54 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 56 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... 58 PHỤ LỤC 1: CODE CÁC FUNCTION CHÍNH CỦA FRONTEND CỦA IOT PLATFORM ............................................................................................................ 59
v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT API: Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng CSS: Cascading Style Sheets Ngôn ngữ tạo phong cách cho web DOM: Document Object Model Mô hình đối tượng trong tài liệu HTML: HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản HTTP: HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản IoT: Internet of Things Internet vạn vật JSON: Javascript Object Notation Kiểu dữ liệu mở rộng trong Javascript JSX: Javascript XML Cú pháp mở rộng cho Javascript RAM: Random Access Memory Bộ nhớ khả biến RDBMS: Relational Database Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan Management System hệ REST: Representational State Transfer Một dạng chuyển đổi cấu trúc dữ liệu UI: User Interface Giao diện người dùng URL: Uniform Resource Locator Đường dẫn XML: Extensible Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Mối quan hệ của thuật ngữ RDBMS với MongoDB ................................ 40 Bảng 3.2: Một số câu lệnh cơ bản của MongoDB .................................................... 41 Bảng 3.3: Danh sách các APIs của backend hệ thống .............................................. 47
vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của IoT system........................................................... 4 Hình 2.1: Tiến trình phát triển của phát thanh trên thế giới........................................... 9 Hình 2.2: Mô hình hệ thống truyền thông không dây đồng nhất 3 cấp. ...................... 11 Hình 3.1: Mô hình hệ thống IoT ................................................................................... 18 Hình 3.2: Mô hình truyền tải dữ liệu trong hệ thống truyền thanh không dây ............. 20 Hình 3.3: Sơ đồ frontend của IoT platform quản lý Internet Radio .............................. 25 Hình 3.4: Sơ đồ truyền nhận dữ liệu qua API ............................................................... 35 Hình 3.5: Sơ đồ cây thư mục trong ExpressJS .............................................................. 37 Hình 3.6: Quá trình xử lý một api của backend ............................................................ 38 Hình 3.7: Sơ đồ nhận dữ liệu của socket-io server ....................................................... 38 Hình 3.8: Sơ đồ truyền dữ liệu từ socket-io server tới một client xác định .................. 39 Hình 3.9: Sơ đồ truyền dữ liệu từ socket-io server tới tất cả client .............................. 39 Hình 3.10: Cấu trúc của cơ sở dữ liệu MongoDB ........................................................ 41 Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ thống IoT platform ............................................................... 45 Hình 3.12: Bảng dữ liệu của người dùng ...................................................................... 47 Hình 3.13: Quy trình tuần tự phần đăng ký tài khoản................................................... 49 Hình 3.14: Quy trình tuần tự phần đăng nhập tài khoản ............................................... 50 Hình 4.1: Giao diện đăng nhập tài khoản...................................................................... 51 Hình 4.2: Giao diện quản lý các trạm thu phát sóng ..................................................... 52 Hình 4.3: Giao diện quản lý các trạm thu phát sóng ..................................................... 52 Hình 4.4: Giao diện quản lý các trạm thu phát sóng sau khi tạo mới ........................... 53 Hình 4.5: Giao diện quản lý các trạm thu phát sóng (internet radio)............................ 53 Hình 4.6: Giao diện quản lý thông tin trạm thu/phát sóng ............................................ 54 Hình 4.7: Mô phỏng Internet Radio bằng Node MCU ................................................. 55 Hình 4.8: Giao diện điều khiển Internet radio từ xa ..................................................... 55
1 LỜI MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trên thế giới, các nghiên cứu về công nghệ Radio số (Internet radio) đã được quan tâm từ khá lâu với nhiều kết quả công bố, đặc biệt các hệ thống truyền thanh qua Internet, tuy nhiên việc ứng dụng công nghệ này tại Việt Nam vẫn chưa được thực sự quan tâm và mới chỉ bắt đầu triển khai mấy năm trở lại đây. Hướng ứng dụng chính trên thế giới hiện nay được tập trung nghiên cứu và triển khai là xây dựng các hệ thống máy chủ nội dung số và máy chủ phát thanh để truyền phát nội dung số qua Internet đến các thiết bị cuối thu tín hiệu qua Internet. Những thiết bị này có thể tích hợp các nút bẩm cảnh báo thông qua Internet để gửi tín hiệu lên máy chủ và hệ thống phần mềm quản lý. Ở Việt Nam, dù đã thu hút được khá nhiều sự quan tâm của các nhóm nghiên cứu, đặc biệt là nhóm nghiên cứu của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, do thầy TS. Nguyễn Quốc Uy chủ trì về mảng Radio số, truyền thanh qua Internet. Nhóm nghiên cứu tập trung vào phát triển ứng dụng quan trọng của hệ thống truyền thanh qua Internet kết hợp truyền thanh qua sóng FM tại Việt Nam. Các ưu điểm của hệ thống truyền thanh qua Internet như sau: - Tại những khu vực thành thị và tại những vùng sâu, xa, dân tộc thiểu số, hệ thống đều có thể truyền dữ liệu thông qua Internet và sóng FM. Phần mềm trên hệ thống máy chủ phát sóng có thể giám sát trạng thái và điều khiển các máy thu Internet Radio ứng dụng công nghệ IoT. - Trong các trường hợp thiên tai, cứu nạn, hệ thống ngoài chức năng thu phát, truyền thanh, còn có thể nhận phản hồi trong những tình huống khẩn cấp. Hệ thống nếu được triển khai trên các tỉnh, để phục vụ phủ sóng cho các vùng sâu, vùng xa, trong những tình huống lưu động khẩn cấp là một giải pháp mang lại lợi ích to lớn cho phát triển kinh tế, ý nghĩa chính trị và đảm bảo an ninh quốc phòng và chủ quyền quốc gia. Chính vì vậy, việc xây dựng hệ thống truyền thông radio số đồng nhất 03 cấp (tỉnh, huyện, xã) phục vụ phổ biến kiến thức thông
2 tin kinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh, quốc phòng và các thông tin khẩn cấp của tỉnh Đắk Lắk và khu vực Tây Nguyên, đảm bảo an toàn thông tin và tính dự phòng hệ thống trong trường hợp khẩn cấp có ý nghĩa ứng dụng rất lớn. 2. Tổng quan vấn đề cần nghiên cứu IOT hiện nay đang là một xu hướng mạnh mẽ trên toàn thế giới, mở ra những cơ hội chưa từng có cho các nền kinh tế, doanh nghiệp, tổ chức và các cá nhân để cạnh tranh trong môi trường mới. Phạm vi ứng dụng công nghệ IoT thực sự rộng lớn và đa dạng, từ quản lý giao thông, quản lý đô thị, quản lý môi trường, ứng phó khẩn cấp đến các dịch vụ y tế chăm sóc sức khỏe, nhà thông minh, hướng tới nữa là thành phố thông minh và tất nhiên là cả hệ thống truyền thanh không dây qua Internet. Trong quá trình xây dựng hệ thống truyền thanh không dây đồng nhất 03 cấp cho một tỉnh, việc kiểm soát tình trạng hoạt động của hàng trăm xã, hàng trăm điểm thu phát sóng qua Internet Radio là vô cùng cần thiết. Việc này chỉ được thực hiện nếu áp dụng công nghệ IoT vào trong việc xây dựng hệ thống, kết hợp với các quy trình hoạt động của hệ thống truyền thanh qua Internet. 3. Mục đích nghiên cứu của luận văn Trong khuôn khổ luận văn, tác giả sẽ xây dựng một hệ thống IoT để theo dõi thông số từ các hệ thống Internet Radio phát thanh từ các xã. Dữ liệu sẽ được gửi về hệ thống phần mềm trên server cấp tỉnh. Hệ thống gồm demo phần cứng và phần mềm đáp ứng được yêu cầu đặt ra. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Về cơ bản, IoT platform là một hệ thống theo dõi và quản lý các thông số của máy thu Internet Radio từ xa mà không cần phải đến trực tiếp máy thu Internet Radio. Hệ thống tự động cập nhật các thông số cần thiết cho người quản lý, giúp cho người quản lý dễ dàng theo dõi cũng như quản lý nhiều máy thu Internet Radio một lúc. Việc theo dõi và quản lý thông qua IoT platform này vừa giúp tiết kiệm nhân lực, dễ dàng và đặc biệt là rất nhanh chóng, đáp ứng yêu cầu độ tin cậy cao của hệ thống khi hoạt động trong thực tế.
3 5. Phương pháp nghiên cứu: Nhờ sự hướng dẫn cũng như định hướng của thầy hướng dẫn, học viên thực hiện tìm kiếm và thu thập tài liệu, bài báo đã được công bố để tìm hiểu lý thuyết cơ bản về IoT platform, từ đó tìm hiều và phân tích các kết quả đã có được và xây dựng một IoT platform nhỏ chạy thực tế để khảo sát đưa ra kết quả và định hướng nghiên cứu tiếp sau này. Nội dung của luận văn gồm 4 phần chính:  Chương 1: Nghiên cứu tổng quan, thuyết minh ý tưởng  Chương 2: Mô hình hệ thống truyền thanh không dây và ứng dụng công nghệ iot  Chương 3: Xây dựng hệ thống iot quản lý hoạt động của các trạm phát thanh  Chương 4: Kiểm thử IOT platform với phần cứng mô phỏng máy thu Internet Radio
4 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS 1.1. Tổng quan về IoT và IoT platform Internet of Things, hay IoT là khái niệm kết nối các thiết bị với nhau và với Internet. IoT là một mạng lưới khổng lồ gồm các vật (things) và con người được kết nối - tất cả đều thu thập và chia sẻ dữ liệu với nhau. Việc kết nối có thể thực hiện qua Internet, 3G, Wifi, ZigBee, Bluetooth… Các thiết bị được kết nối với nhau và cùng kết nối trong cùng một mạng. Con người có thể giám sát, điều khiển thiết bị, thu thập dữ liệu ở bất cứ nơi nào và bất cứ thời điểm nào thông qua IoT Platform. Hệ thống IoT được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế. Các lĩnh vực ứng dụng IoT và kiến trúc tổng quát hệ thống IoT có thể được tìm kiếm trong hình vẽ dưới đây. Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của IoT system IoT platform là trung tâm của việc triển khai IoT, là một phần mềm để khai báo, định nghĩa thiết bị phần cứng, các giao thức kết nối và các ứng dụng phần mềm khác. Nó cung cấp một giải pháp hiệu quả cho việc quản lý và cấu hình thiết bị, thu thập và phân tích dữ liệu, có khả năng kết nối với các dịch vụ đám mây và
5 tích hợp với điện thoại thông minh và các thiết bị khác của người sử dụng. Có rất nhiều các IoT platform khác nhau, tuy nhiên hầu hết tất cả đều có các thành phần cơ bản chung giống nhau: - Thiết bị kết nối: Chúng là các loại máy móc, cảm biến hay các thiết bị kết nối khác thực hiện một hành động cụ thể: thu thập dữ liệu, kết nối với nhau, truyền và nhận dữ liệu, ... - Phương thức kết nối: Dựa trên mạng viễn thông mà các thiết bị có thể kết nối, giao tiếp được với nhau và với server/cloud. Điều này phụ thuộc vào yêu cầu của dự án IoT từ đó chọn ra phương thức kết nối hiệu quả nhất. - Xử lý dữ liệu: Được xử lý ở trên server/cloud. Nhận dữ liệu từ các thiết bị, từ đó phân tích và đưa ra hành động sẽ được thực hiện trong IoT platform. - Giao diện: Cung cấp cho người dùng một giao diện trực quan để có thể tương tác và nhìn thấy được hoạt động của toàn bộ hệ thống. 1.2. Các yêu cầu và đặc điểm của IoT platform Các IoT platform đảm bảo việc tích hợp liền mạch các phần cứng khác nhau bằng cách sử dụng một loạt các giao thức giao tiếp phổ biến (như MQTT, HTTP, CoAP, …). Sử dụng các API do IoT platform cung cấp, ta có thể tải dữ liệu IoT thu thập được vào các hệ thống phân tích, lưu trữ hoặc xử lý dữ liệu tới các thiết bị được kết nối hoặc truyền dữ liệu giữa chúng bằng việc sử dụng các loại ứng dụng người dùng khác nhau. Để đánh giá xem liệu một IoT platform có thật sự tốt hay không, cần dựa vào các tiêu chí sau đây: - Tính khả mở: Cho phép chạy trên các thiết bị có nền tảng hệ điều hành khác nhau. - Dễ sử dụng: Cung cấp một giao diện dễ nhìn, thân thiện, cung cấp các API đa dạng để người dùng có thể tùy chỉnh hệ thống theo cách riêng. - Tương tác và thích hợp: Cung cấp khả năng xử lý nhiều loại thiết bị phần cứng thông qua nhiều loại giao thức kết nối để truyền dữ liệu cho server/cloud.
6 - Tính bảo mật: Mã hóa thông tin truyền giữa các thiết bị với server/cloud, kiểm soát quyền truy cập vào hệ thống, bảo mật dữ liệu lưu trữ, ... Để đạt được giá trị từ Internet of Things (IoT), việc cần phải có là một nền tảng để tạo và quản lý ứng dụng, chạy các phân tích, lưu trữ và bảo mật dữ liệu. Giống như một hệ điều hành dành cho máy tính, một nền tảng làm rất nhiều thứ đằng sau đó, tạo tra môi trường cho các nhà phát triển, giúp nhà quản lý và người dùng sử dụng dễ dàng hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Do đó, các IoT platform góp phần xây dựng những ứng dụng to lớn và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: điện lực, giao thông, xây dựng nhà thông minh, thành phố thông minh … 1.3. Kết luận về nhu cầu thực tế và khả năng áp dụng của đề tài Ở Việt Nam hiện nay, số lượng các máy thu Internet Radio là rất lớn do đó để quản lý và theo dõi các thông số của máy thu Internet Radio cần một số lượng lớn nhân lực. Điều này dẫn đến việc lãng phí nguồn nhân lực, trong khi nguồn nhân lực đó cần thiết cho những công việc khác quan trọng hơn. Hơn nữa, để truyền tải công suất điện lớn từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ, thì giải pháp tăng điện áp để hạn chế tổn thất công suất và giảm giá thành đầu tư đường dây là một lựa chọn tối ưu. Để lượng công suất tải truyền đi càng lớn thì điện áp càng cao. Vì thế mà việc quản lý và theo dõi các thông số trực tiếp tại trạm biếm áp là rất khó khăn và khá nguy hiểm cho người tham gia thực hiện. Để giải quyết được bài toán thực tế này thì việc xây dựng một IoT platform để quản lý và theo dõi thông số từ máy thu Internet Radio là rất cần thiết. Chính vì thế, trong khuôn khổ đề tài em mong muốn xây dựng một IoT platform dùng để quản lý các máy thu Internet Radio và theo dõi các thông số của các máy thu Internet Radio đó.
7 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRUYỀN THANH KHÔNG DÂY VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IOT 2.1. Lý thuyết về hệ thống truyền thanh không dây Truyền thanh không dây hiện nay không chỉ còn được hiểu là truyền thanh qua sóng FM mà nó đã được nâng lên một tầng cao hơn – truyền thanh qua Internet. Truy cập Internet rất quan trọng, bởi vì nó đòi hỏi một đài phát thanh có khả năng giao tiếp với một mạng lưới toàn cầu. Hiện nay, các thiết bị sử dụng phổ biến nhất chủ yếu là máy tính xách tay, để bàn và điện thoại di động. Chúng ta không thể quên về điện thoại di động, đặc biệt là các thiết bị nghe nhạc bỏ túi như iPod của Apple. Trong năm 2010 và 2011 Internet Radio đã trở thành xu hướng mới trong việc phát triển khả năng kết nối Internet. Mục đích chính là cung cấp cho người dùng truy cập vào một loạt các nội dung thông tin, đặc biệt là thông qua các mạng truyền thông toàn cầu. Kết nối Internet tương tự có thể được thực hiện cả trong cách truyền thống, ví dụ - thông qua cáp kết nối được đến thiết bị - thông qua việc sử dụng công nghệ không dây. Ví dụ về các công nghệ như là sóng radio FM và tín hiệu vệ tinh hoặc cơ sở hạ tầng điện thoại di động, cho phép chuyển hàng Megabit mỗi giây, đảm bảo nội dung có chất lượng rất cao. Sự phát triển của Internet là cần thiết nhưng chưa đủ cho Internet Radio. Sự xuất hiện của Internet radio sẽ không thể thực hiện được mà không có phát triển đáng kể của công nghệ truyền âm thanh theo thời gian thực trên phạm vi toàn cầu. Với mục đích này cần phải có kết nối Internet với băng thông lớn. Vai trò của Internet Radio rất quan trọng, đặc biệt trong trường hợp truyền tải đa phương tiện, đòi hỏi kết nối Internet tốc độ cao, đi kèm chi phí đang tăng lên tương ứng với số lượng người dùng. Công nghệ tiến bộ kỹ thuật trong việc truyền tải hiệu quả của âm thanh cũng là một yếu tố quan trọng, được thực hiện bởi các phương pháp mới và hiệu quả hơn trong việc nén dữ liệu. Với việc nén dữ liệu, chúng ta chỉ cần ít băng thông để gửi cùng một lượng dữ liệu. Từ đó, sự ra đời công nghệ streaming, công nghệ mà cho phép bạn truyền âm thanh và video trong nhiều luồng. Công nghệ streaming hiện nay có thể được thực hiện bởi các phần mềm độc
8 quyền hoặc mã nguồn mở để truyền và nhận sóng vô tuyến hoặc các tin tức đa phương tiện. Chương trình đầu tiên đã được thực hiện vào tháng 04/1996 khi công ty Real Networks, tác giả của phần mềm Real Player nổi tiếng và coder đặc trưng bởi tỷ lệ nén tốt. Kết quả là các định dạng phương tiện truyền thông trực tuyến đã được giới thiệu bởi những người khổng lồ CNTT như Microsoft với định dạng file WMA (Windows Media Audio) và Windows Media Player hay như Apple với công nghệ Quick Time. Công nghệ Shoutcast được phát triển như một phương pháp cho phép truyền phát các file nhạc ở định dạng MP3, đi kèm với công nghệ Podcasting cho phép tự động lựa chọn và tải các chương trình này, có thể được chạy lại khi nào muốn. Sự kết hợp Shoutcast và Podcast mang đến một giải pháp Internet Radio khá hoàn thiện. Điều này dẫn đến việc các thiết bị nghe nhìn không cần thiết phải là các đài có sóng FM, không cần thiết phải là các máy tính để bàn, laptop mà chỉ cần đơn giản là thiết bị nhỏ gọn mà kết nối được Internet, qua 3G, wifi là có thể đài phát thanh Internet. Sự khác biệt giữa các đài phát thanh cổ điển và đài phát thanh Internet không chỉ nằm ở các giải pháp công nghệ mà còn nằm ở khía cạnh pháp luật. Trước hết, phát thanh Radio Internet không cần phải xin giấy phép như trong trường hợp của đài phát thanh truyền thống. Lí do là không có nhu cầu về phân bổ tần số. Internet là một phương tiện để chung và tất cả mọi người trên thế giới có thể sử dụng nó. Họ có quyền lựa chọn được nghe gì, xem gì. Internet Radio sẽ là giải pháp tốt nếu nội dung phong phú, dẫn đến số người nghe có thể lên đến hàng triệu. Waldemar Dubaniowski tại hội thảo "Dịch vụ nghe nhìn trên Internet và bản quyền bảo vệ trong môi trường kỹ thuật số" đã lưu ý rằng sự phát triển nhanh chóng của phương tiện truyền thông số như phát thanh truyền hình đã chọn một hướng đi khác nhau. Đài phát thanh Internet đã có một sự phát triển cực kỳ mạnh mẽ bởi chi phí phát triển và vận hành Radio Internet là rất thấp so với hệ thống Radio cổ điển. Radio Internet phát triển mạnh mẽ ở mảng cá nhân, khi họ khởi đầu từ những công việc yêu thích như hát, kể chuyện, làm Vlog… rồi sau đó khi lượng người
9 dùng quan tâm, số lượng người theo dõi tăng lên, họ phát triển kênh Internet Radio của họ trở thành một kênh truyền thông rất mạnh, nội dung phong phú, đáp ứng yêu cầu của thính giả. Vì tính cá nhân, phát thanh truyền hình qua Internet có tập khách hàng rất hẹp, ví dụ, sinh viên của nhạc phim, các bạn trẻ, yêu thích bóng đá… Bằng cách này, ngày càng có nhiều đài phát thanh Internet được lấp đầy khoảng trống đã tồn tại nhiều năm trong phát thanh truyền hình truyền thống. Chúng tương ứng với các yêu cầu và nhu cầu của khán giả mà các đài phát thanh truyền thống, vì nhiều lý do, sẽ không bao giờ có thể cung cấp cụ thể. Hình 2.1: Tiến trình phát triển của phát thanh trên thế giới Tóm lại, các Radio truyền thống có một phạm vi rộng lớn, chất lượng âm thanh tốt, nhưng thiếu một con đường thuận tiện cho việc áp dụng công nghệ mới. Việc phải được cấp giấy phép hoạt động bởi cơ quan có thẩm quyền làm hạn chế số lượng đài phát thanh truyền thống. Mặt khác, phát thanh truyền hình qua Internet có thể được mô tả như một hình thức giao tiếp với phạm vi không giới hạn (vì nó có thể được sử dụng từ bất cứ nơi nào trên thế giới), và nó có một điểm mạnh vô cùng đó là khả năng tương tác với người nghe, mặc dù số lượng không nhiều. Chi phí phát triển một kênh Internet Radio cũng thấp hơn rất nhiều so với truyền thống là một ưu điểm nổi trội dẫn đến việc lép vế của Radio truyền thống.
10 2.2. Mô hình hệ thống truyền thanh không dây đồng nhất 3 cấp Trong mục này, sau khi nghiên cứu về công nghệ truyền thông qua Internet, nhóm tác giả đi vào thiết kế mô hình hệ thống truyền thông không dây đồng nhất 03 cấp, áp dụng cho hệ thống truyền thông tại Đắk Lắk. Trước tiên nhóm thực hiện đề tài sẽ làm rõ khái niệm Radio số đồng nhất 03 cấp: Truyền thanh Radio số đồng nhất ba cấp, có nghĩa là hệ thống sử dụng công nghệ truyền thanh qua Internet. Nội dung được truyền từ máy chủ cấp Tỉnh, thông qua Internet (cáp quang, wifi, 3G) để truyền sóng đến các đài truyền thanh cấp Huyện, cấp Xã. Tại các điểm cấp Huyện, Xã có trang bị máy thu Internet Radio. Do đó các đài truyền thanh tại Tỉnh, Huyện, Xã đều có thể đồng loạt phát đi cùng một nội dung (đồng nhất về phát nội dung). Ngoài ra nội dung có thể được gửi lên máy chủ từ cấp Xã, cấp Huyện và cấp Tỉnh, và nội dung này có thể được lấy từ xã này, huyện này rồi phát sang xã khác, huyện khác (đồng nhất về tạo nội dung). Ngoài tính đồng nhất, thì hệ thống phải đảm bảo hoạt động tốt khi Internet có vấn đề, do đó nhóm đề xuất sử dụng mô hình lai ghép, tức là mặc định truyền thanh qua Internet, nhưng khi Internet có vấn đề thì sẽ truyền thanh qua sóng FM. Ngoài tính đồng nhất, tính bền vững chính là điểm nổi bật của hệ thống mới so với hệ thống cũ. Để đảm bảo các yêu cầu trên, hệ thống phải đảm bảo được sự đồng nhất từ phần cứng đến phần mềm. Do đó nhóm thực hiện đề tài phải nghiên cứu, thiết kế, xây dựng mô hình phần cứng, phần mềm, hệ thống lưu trữ và quản lí cơ sở dữ liệu cần thiết và quy trình hoạt động để đảm bảo cho toàn bộ hệ thống có thể hoạt động trơn tru, linh hoạt. Hướng giải quyết mới của đề tài là nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền thông radio số đồng nhất 3 cấp (tỉnh, huyện, xã) dựa trên công nghệ truyền thanh qua Internet. Mục tiêu đạt được là nâng cao chất lượng dịch vụ, hệ thống phải bảo mật, có thể phát thanh đồng nhất 3 cấp, qua Internet và không dây (truyền thanh qua sóng FM). Ngoài ra hệ thống có thể giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị tại nơi
11 thu sóng Internet và phát sóng FM. Để cụ thể hóa mục tiêu trên, những nội dung cần nghiên cứu của đề tài như sau: - Nghiên cứu lý thuyết, thiết kế, xây dựng mô hình hệ thống truyền thông radio số đồng nhất 3 cấp (tỉnh, huyện, xã), bao gồm nghiên cứu lí thuyết chính về xây dựng hệ thống Radio số, truyển thanh qua Internet, thiết kế mô hình phần cứng truyền phát thông tin, thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu, thiết kế chức năng phần mềm lưu trữ dữ liệu và hiết kế phần mềm quản lý cho hệ thống máy chủ phát thanh. - Nghiên cứu xây dựng hệ thống máy chủ sản xuất nội dung số và thống máy chủ phát sóng: từ thiết kế, xây dựng và tích hợp, chế tạo phần cứng đến thiết kế xây dựng và phát triển phần mềm. - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy thu Internet Radio (cạnh máy phát FM), kết hợp nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy phát mã RDS-OTP để truyền tín hiệu số cùng với sóng FM và máy thu FM tích hợp bộ giải mã RDS-OTP. Đây là bộ giải pháp tổng thể đảm bảo rằng hệ thống phát thanh được bảo mật, tin cậy, đồng nhất 3 cấp. Hình 2.2: Mô hình hệ thống truyền thông không dây đồng nhất 3 cấp