zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Công Nghệ Thông Tin

» Quản trị mạng

Nghiên cứu phương pháp kết nối và quản lý kết nối cho mạng cảm biến không dây mật độ cao của hệ thống bãi đỗ xe thông minh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

9
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu và lựa chọn giải pháp phù hợp để kết nối và quản lý kết nối áp dụng cho mạng cảm biến không dây mật độ lớn. Triển khai thử nghiệm giải pháp trong hệ thống bãi đỗ xe thông minh sử dụng hay tích hợp mạng cảm biến LPWAN. Nội dung chính đề tài là phân tích, đánh giá và đưa ra giải pháp phù hợp để kết nối và quản lý kết nối áp dụng cho mạng cảm biến không dây mật độ lớn được triển khai trong hệ thống bãi đỗ xe thông minh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu phương pháp kết nối và quản lý kết nối cho mạng cảm biến không dây mật độ cao của hệ thống bãi đỗ xe thông minh

Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP KẾT NỐI VÀ QUẢN LÝ KẾT NỐI CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY MẬT ĐỘ CAO CỦA HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH Giảng viên hướng dẫn: ThS. Lê Minh Tuấn Sinh viên thực hiện: Lê Trần Nguyên Hiếu Lớp: KTVT2 K59 Nguyễn Thế Anh Lớp: KTVT2 K59 Nguyễn Trung Anh Lớp: KTVT2 K59 Phạm Quang Hải Lớp: KTVT2 K59 Trịnh Anh Đức Lớp: KTVT2 K59 Tóm tắt: Nghiên cứu và lựa chọn giải pháp phù hợp để kết nối và quản lý kết nối áp dụng cho mạng cảm biến không dây mật độ lớn. Triển khai thử nghiệm giải pháp trong hệ thống bãi đỗ xe thông minh sử dụng hay tích hợp mạng cảm biến LPWAN. Nội dung chính đề tài là phân tích, đánh giá và đưa ra giải pháp phù hợp để kết nối và quản lý kết nối áp dụng cho mạng cảm biến không dây mật độ lớn được triển khai trong hệ thống bãi đỗ xe thông minh. Từ khóa: Internet of Things, Smart parking, LoRaWan, LPWAN. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Bãi đỗ xe thông minh hiện nay đang là một chủ đề nóng bỏng trên thế giới. Chủ đề đã và đang được khai thác và nghiên cứu nhiều. Smart parking là một trong những giải pháp của smart city và cũng là một trong những giải pháp phát triển nhanh nhất trên thế giới. Những sân bay, những trường đại học, trung tâm mua sắm chỉ là một vài ví dụ cho việc nhận thấy những lợi ích đáng kể của công nghệ đỗ xe tự động. Khả năng kết nối, phân tích và tự động hóa dữ liệu thu thập từ các thiết bị được hỗ trợ bởi Internet of Thing là những gì ta có thể thấy rất rõ ở những bài đỗ xe thông minh. Ngày nay tại nước ta số lượng ô tô và xe máy ngày càng tăng nhanh trong khi số lượng và diện tích các bãi đỗ xe chưa đủ để đáp ứng. Thực trạng này đòi hỏi sự ra đời của các bãi đỗ xe thông minh. 2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH a. Mô hình bãi đỗ xe thông minh xây dựng dựa trên mạng LoRaWan và IoT. Đối với các hệ thống bãi đỗ xe thông minh được nghiên cứu và triển khai từ trước cho tới nay, đã áp dụng nhiều chuẩn kết nối không dây, nhưng chủ yếu là các chuẩn kết ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 100
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- nối không dây tầm gần như Zigbee, Wifi….Với sự phát triển của các công nghệ, kỹ thuật kết nối không dây thế hệ mới, trong đó là các công nghệ không dây tầm xa tiêu thụ ít năng lượng, thì việc áp dụng các công nghệ này vào bãi đỗ xe sẽ giúp cho hệ thống được mở rộng các tính năng, cũng như quy mô. Trong các công nghệ kết nối không dây diện rộng đang được áp dụng trong hệ thống bãi đỗ xe thông minh cần phải kể đến công nghệ kết nối LoRa. Nguyên tắc hoạt động của cảm biến từ trường trên thiết bị cảm biến thông minh Thiết bị cổng LoRaWan Cơ sở dữ liệu GateWay mạng cục bộ Mạng Máy chủ Cơ sở dữ liệu LoRaWan mạng cục bộ trên đám mây Ethernet Thiết bị cảm biến đỗ xe Máy chủ đám GateWay mây IoT Wifi TTN Mạng Internet 3G/GPRS Trường hợp thiết bị Các kết nối cảm thông minh đặt Internet tại bãi đỗ trong nhà LoRaWan End Node Trường hợp thiết bị cảm biến thông minh đặt tại bãi đỗ ngoài trời Thiết bị cảm biến thông minh Hình 1. Mô hình hệ thống quản lý bãi đỗ xe thông minh ứng dụng công nghệ mạng cảm biến không dây LoRa và Internet vạn vật (IoT) Các module LoRa hiện nay có thể sử dụng kỹ thuật điều chế LoRa, là kỹ thuật dựa trên điều chế Chirp Spread Spectrum (CSS), sử dụng tần số chirp với một biến đổi tuyến tính của tần số theo thời gian để mã hóa thông tin, kỹ thuật này giúp cho độ lệch về tần số giữa bộ phát và bộ thu dễ dàng được loại bỏ trong bộ giải mã và còn giúp miễn dịch với hiệu ứng Doppler. Độ lệch tần số giữa bộ phát và bộ thu có thể lên đến 20% băng thông mà không ảnh hưởng đến hiệu suất giải mã. Ngoài ra, các module có thể chuyển sang sử dụng kỹ thuật điều chế FSK hoặc GFSK tùy nhu cầu. Các tham số dùng để tùy biến điều chế LoRa là: băng thông (Bandwidth – BW), yếu tố lan truyền (Spreading Factor – SF) và tỉ lệ mã hóa (Code Rate – CR). Với công nghệ LoRa cấu trúc mạng điển hình thường được sử dụng là kiến trúc hình sao, với các thiết bị cảm biến đầu cuối (end-device) giao tiếp với thiết bị cổng (gateway) sử dụng kỹ thuật LoRa và giao thức LoRaWAN. Gateway sẽ chuyển tiếp gói tin từ thiết bị đến hệ thống máy chủ theo 2 chiều. Với hệ thống bãi đỗ xe thông minh được nghiên cứu thử nghiệm, thiết bị cảm biến đầu cuối tích hợp cảm biến từ trường 3 trục, xác định trạng thái dừng/đỗ của phương ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 101
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- tiện dựa trên sự thay đổi từ trường tại điểm đặt thiết bị cảm biến. Thông tin trạng thái đỗ, cường độ từ trường được thiết bị truyền về hệ thống máy chủ IoT thông qua thiết bị cổng. Các thiết bị này được thiết kế sử dụng nguồn điện cấp từ pin Lithium, tiêu thụ ít năng lượng để đảm bảo hoạt động trong khoảng thời gian dài. Thiết bị cổng có chức năng thiết lập kết nối với nhiều thiết bị cảm biến để chuyển tiếp thông tin từ các thiết bị cảm biến lên hệ thống máy chủ IoT trên Internet qua kết nối Wifi Hệ thống quản lý được xây dựng dựa trên máy chủ IoT ThingsBoard, với giao diện quản lý trực quan, nhiều tính năng, sẽ được giới thiệu trong phần sau của bài báo. b. Phương pháp điều khiển kết nối và quản lý kết nối cho mạng cảm biến không dây trong bãi đỗ xe thông minh Với một hệ thống bãi đỗ xe được xây dựng dựa trên mạng cảm biến không dây LoRa mật độ cao, cấu hình kết nối dạng hình sao kết hợp – tức là nhiều nút mạng cảm biến cùng kết nối với một thiết bị cổng, thì “xung đột” sẽ có thể xảy ra, gây lỗi dữ liệu và giãn đoạn kết nối. Như vậy, cần áp dụng cơ chế điều khiển truy nhập trên mạng cảm biến không dây, nhằm tránh xung đột trong mạng. Cơ chế điều khiển truy nhập được phát triển cho mạng cảm biến không dây LoRa được phát triển cho mạng cảm biến không dây của hệ thống dựa trên việc đồng bộ xử lý theo thời gian giữa các nút mạng. Trong đó, các chương trình xử lý cho các nút mạng sẽ được đồng bộ về nhịp xử lý, hay sẽ có giá trị như nhau đối với một biến thời gian trong chương trình. Biến thời gian trong chương trình xử lý, được gọi là nhãn thời gian hay nhịp thời gian, là biến đếm có giá trị tăng dần theo nhịp định thời, được thiết lập dựa trên các phần cứng định thời (timer) được hỗ trợ trong các chíp vi xử lý chính của thiết bị. Để đảm bảo độ chính xác về “đồng bộ”, thì nhịp định thời phải càng nhỏ càng tốt. Khung thời gian truyền thông Truyền thông không theo đồng bộ thời gian TS 1 TS 2 TS 3 TS k TS N TS 1 Chu kỳ Chu kỳ Nút mạng truyền thông truyền thông cảm biến N1 Chu kỳ Chu kỳ Nút mạng truyền thông truyền thông cảm biến N2 Chu kỳ Chu kỳ Nút mạng truyền thông truyền thông cổng (GW) Truyền thông theo khe thời gian (Đồng bộ thời gian) “Xung đột” dữ liệu ➔ Không xảy ra “xung đột” ➔ Lỗi dữ liệu Hình 2. Mô hình điều khiển truy nhập phân chia theo khe thời gian (TDMA) triển khai trên mạng cảm biến không dây LoRa mật độ cao của Bãi đỗ xe thông minh. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 102
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Phương pháp đồng bộ xử lý giữa các nút mạng, dựa trên đồng bộ nhãn thời gian được thực hiện thông qua chuỗi xử lý như mô tả trong hình ???. Khoảng định thời ngẫu nhiên Chu kỳ truyền thông theo chu kỳ một khe thời gian Chu kỳ đồng bộ dữ liệu Nút mạng TDel ay 1 4 5 cảm biến 0 …… …… …... Nút mạng cổng (GW) 2 3 Khung thời gian TS 1 TS 2 TS 3 TS k TS N TS 1 TS 2 TS k TS N Hình 3. Giản đồ theo thời gian các bước xử lý “đồng bộ” giữa nút mạng cảm biến và thiết bị cổng. Trong mô hình, các nút mạng cảm biến sẽ “chủ động” đồng bộ nhịp thời gian của mình theo nhịp thời gian tại nút mạng cổng. Nút mạng cổng sẽ quản lý một “khung thời gian”, theo giá trị của biến đếm thời gian tại nút mạng này. Một khung thời gian sẽ được phân chia thành N khoảng thời gian nhỏ, được gọi là các khe thời gian, và lần lượt được gán một chỉ số có giá trị từ 1 đến N. Tại thời điểm đầu của một khung thời gian, trong “khe thời gian” đầu tiên (TS1), GW sẽ luôn phát đi một bản tin quảng bá chứa nhãn thời gian, mang thông tin về nhịp thời gian của nút mạng. Giá trị nhịp thời gian ở nút mạng cảm biến sẽ “đồng bộ”, hay có giá trị tương ứng với giá trị nhịp thời gian tại nút GW. Như vậy các quá trình xử lý theo nhịp thời gian ở các nút mạng này sẽ được thực hiện đồng thời tương ứng nhau, hay giữa các nút mạng đã được đồng bộ xử lý. Sau khi nút mạng cảm biến báo nhận đồng bộ cho nút mạng GW thông qua một bản tin báo nhận, nút mạng GW sẽ ấn định hay cấp phát một khe thời gian duy nhất trong khung thời gian mà nó quản lý và gửi thông tin này cho nút mạng cảm biến. Một nút mạng cảm biến chỉ được phép thực hiện phát/truyền dữ liệu trong chu kỳ khe thời gian đã được GW ấn định, như mô tả trong hình. Điều này sẽ đảm bảo không xảy ra xung đột dữ liệu, vì mỗi một nút mạng chỉ truyền dữ liệu trong khe thời gian riêng biệt, đã được GW chỉ định. Các thông tin từ thiết bị cảm biến đầu cuối sẽ được chuyển tiếp qua GW để gửi lên máy chủ IoT – ThingsBoard, được xây dựng để quản lý các thông tin của bãi đỗ xe, cũng như của từng thiết bị cảm biến. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 103
Trường Đại học Giao thông vận tải https://www.utc.edu.vn/ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 3. Mô hình quản lý bãi đỗ xe trên máy chủ IoT Thingsboard. Hình 4. Giao diện quản lý trên máy chủ IoT ThingsBoard cho hệ thống bãi đỗ xe thông minh. 3. KẾT LUẬN Nội dung nghiên cứu chính của đề tài là phân tích, đánh giá và đưa ra giải pháp phù hợp để kết nối và quản lý kết nối áp dụng cho mạng cảm biến không dây mật độ lớn được triển khai trong hệ thống bãi đỗ xe thông minh, ứng dụng công nghệ kết nối không dây thế hệ mới là LoRa, kết hợp với IoT nhằm mang lại những tiện ích trong việc quản lý của bãi đỗ xe nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống mạng. Tài liệu tham khảo [1]. ] Kimmo Karvinen & Tero Karvinen: Getting Started With Sensors. Maker Media, 2014 [2]. Maik Schmidt Arduino A Quick Start Guide, The Pragmatic Bookshelf, 2015 [3] Robert Faludi, “Building Wireless Sensor Networks”, O’Reilly Media, 2010 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Kỷ yếu NCKHSV năm học 2021-2022 104

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.