ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Duy Hưng XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH: QUAN SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN PPC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Duy Hưng XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH: QUAN SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN PPC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: ThS. Vũ Quang Dũng Cán bộ đồng hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Nhật Thanh HÀ NỘI - 2009 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể Trường đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội trong những năm học qua đã tạo điều kiện cho em xây dựng, tích lũy những kiến thức và bài học để em có thể hoàn thành khóa học. Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong bộ môn Công Nghệ Phần Mềm - khoa Công Nghệ Thông Tin, đã tận tình dạy dỗ và truyền đạt những kiến thức quý báu, đồng thời bộ môn cũng đã tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành bài nghiên cứu khóa luận này. Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Vũ Quang Dũng và cô Nguyễn Thị Nhật Thanh đã hướng dẫn tận tình và cùng chúng em giải quyết những khó khăn trong bài khóa luận. Em xin cám ơn thầy, cô đã từng ngày nhắc nhở chúng em chăm chỉ nghiên cứu và học tập, giúp chúng em đi đúng hướng và không xao nhãng công việc nghiên cứu. Em xin cám ơn thầy, cô đã tỉ mỉ giúp chúng em sửa từ những lỗi nhỏ nhất trong bài khóa luận. Tôi xin cám ơn các bạn trong phòng nghiên cứu Toshiba-Coltech đã ủng hộ cả về tinh thần lẫn trí tuệ trong suốt quá trình tìm hiểu và xây dựng hệ thống. Đặc biệt là hai bạn trong nhóm nghiên cứu hệ thống giám sát và điểu khiển nhà thông minh: Nguyễn Văn Hiển và Nguyễn Đình Anh Cương đã giúp đỡ và cùng tôi hoàn thành bài khóa luận, góp phần hoàn thành cho bài toán chung. Em xin cám ơn gia đình, bạn bè đã bên cạnh, ủng hộ và động viên em trong suốt thời gian làm khóa luận. Hà Nội, ngày 20/05/2009 Trần Duy Hưng Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh i TÓM TẮT Năm 1991, Weiser đưa ra thuật ngữ “tính toán khắp nơi” để “tăng cường một cách không thấy thế giới đã tồn tại”, với đích là làm ẩn dụ giao diện ra khỏi tầm nhìn của người dùng theo cách như hệ thống máy tính không hiện đối với ứng dụng tại nhà. Hệ tính toán khắp nơi định nghĩa ra cách thức tương tác giữa các đối tượng tồn tại độc lập như một thực thể riêng biệt trong môi trường truyền dẫn và tính toán được gọi là môi trường tính toán khắp nơi. Nơi đó, các đối tượng được tương tác thông qua một thiết bị cuối là điện thoại di động. Theo những định nghĩa đó, hệ tính toán khắp nơi cho phép một sự tương tác qua lại giữa các đối tượng với người sử dụng thông qua thiết bị đầu cuối. Thiết bị đầu cuối này không cần thiết phải có cơ chế để giao tiếp với các thiết bị khác, mà chỉ cần có một cách thức giao tiếp cơ bản – đủ mạnh, tức là đảm bảo nhanh, an toàn, phổ biến và linh động – để có thể giao tiếp với tối thiểu máy tính. Người sử dụng tương tác với các đối tượng khác thông qua thiết bị di động, thiết bị di động sẽ gửi các lệnh, các tính toán tới máy tính để bàn, từ đây máy tính sẽ thu gom các dữ liệu từ các đối tượng liên quan tới phép tính người sử dụng yêu cầu và thực hiện các thuật toán, các phép toán. Kết quả trả về sẽ được máy tính gửi lại cho thiết bị di động. Nhiệm vụ còn lại của thiết bị di động là hiển thị kết quả cho người dùng theo dõi và đưa ra những quyết định tiếp theo. Về mặt lý thuyết, hệ tính khắp nơi cơ bản là một thế giới ảo, trong đó có những đối tượng là những thực thể được định danh và phân biệt. Các thực thể này làm những nhiệm vụ khác nhau hoặc cùng một nhiệm vụ nhưng tại những vị trí khác nhau. Điều đó làm đa dạng và phức tạp trong hệ tính toán nhưng bù lại là những phép đo chính xác và đầy đủ. Sự khác biệt giữa các đối tượng trong môi trường tính toán khắp nơi và thế giới thực là sự giao tiếp hạn chế giữa các đối tượng với nhau. Các đối tượng muốn giao tiếp với nhau cần thiết phải thông qua một máy tính đặc biệt, đóng vai trò là trung tâm của hệ tính toán khắp nơi thay vì giao tiếp trực tiếp với nhau. Đây cũng là một hạn chế và là vấn đề chính mà bài khóa luận muốn đề cập đến. Mỗi đối tượng là một thực thể riêng biệt, do đó cần phải có những cơ chế để định vị và phân biệt các đối tượng này trong hệ tính toán khắp nơi. Ngoài ra yếu tố mạng cũng là yếu tố quan trọng để quyết định thời gian tính toán và tương tác. Do đó bài khóa luận sẽ tập trung vào hai phần chủ yếu: ii 1. Đưa ra tiêu chí cho mạng giao tiếp sử dụng trong hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh. Nghiên cứu và đánh giá các mạng phổ biến để chọn lọc. 2. Cách thức phân biệt các thực thể và phân quyền người dùng cho từng ứng dụng. Trong bài khóa luận cũng sẽ nêu ra cách áp dụng lý thuyết và tư tưởng của hệ tính toán khắp nơi vào hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh. 5 MỤC LỤC TÓM T Ắ T ii M Ụ C L Ụ C iv DANH M Ụ C T Ừ VI Ế T T Ắ T vi DANH M Ụ C HÌNH V Ẽ vii DANH M Ụ C B Ả NG BI Ể U viii Chương 1 GI Ớ I THI Ệ U 1 1.1 T ổ ng quát nhà thông minh 2 1.1.1 Phân lo ạ i theo h ệ th ố ng k ỹ thu ậ t 2 1.1.2 Phân lo ại theo cơ chế thông minh 3 1.2 Hướ ng ti ế p c ậ n 3 1.2.1 Ph ạ m vi chung bài toán 3 1.2.1.1 Module nh ậ n di ện điề u khi ể n qua IP Camera 4 1.2.1.2 Quan sát và điề u khi ể n trên PPC 4 1.2.1.3 Module mô ph ỏ ng 3D 4 1.2.2 Ph ạ m vi module qu an sát và điề u khi ể n trên PPC 5 1.2.2.1 H ạ t ầ ng m ạ ng 5 1.2.2.2 Qu ả n lý ng ườ i dùng 5 1.2.2.3 Q u ả n l ý đố i t ư ợ n g 5 Chương 2 GI Ả I PHÁP M Ạ NG 6 2.1 Bluetooth 6 2.1.1 Khái quát 6 2.1.2 Đặc điể m 6 2.1.3 Ưu điể m 7 2.1.4 Nhược điể m 8 2.2 Wireless 9 2.2.1 Khái quát 9 2.2.2 Các mô hình WLAN 9 2.2.3 Ưu điể m 11 2.2.4 Nhược điể m 12 2.3 So sánh công ngh ệ Bluetooth và Wireless 12 6 Chương 3 QUAN SÁT VÀ ĐIỀ U KHI Ể N TRÊN PPC 16 3.1 Mô t ả h ệ th ố ng 16 3.1.1 Connection Manager 16 3.1.1.1 Yêu c ầ u và ch ức năng 17 3.1.1.2 Thi ế t k ế 17 3.1.1.3 Thành ph ầ n k ế t n ố i 18 3.1.1.4 Thành ph ầ n qu ả n lý k ế t n ố i 18 3.1.1.5 Ho ạt độ ng 18 3.1.2 Data Manager 19 3.1.2.1 Yêu c ầ u và ch ức năng 19 3.1.2.2 Thi ế t k ế 20 3.1.2.3 Ho ạt độ ng 21 3.1.3 Session & Application Manager 23 3.1.3.1 Yêu c ầ u và ch ức năng 23 3.1.3.2 Thi ế t k ế 24 3.1.3.3 Session 24 3.1.3.4 Application 24 3.1.3.5 Ho ạt độ ng 25 3.2 Bi ểu đồ tu ầ n t ự 25 3.2.1 Qu ả n lý k ế t n ố i 25 3.2.2 G ử i d ữ li ệ u 26 3.2.3 Phân lu ồ ng ứ ng d ụ ng 27 3.2.4 Lu ồ ng d ữ li ệ u h ệ th ố ng 28 Chương 4 TH Ự C NGHI Ệ M 30 4.1 Ghép n ố i module 30 4.2 Th ự c nghi ệ m 30 4.2.1 Yêu c ầ u c ấ u hình 30 4.2.1.1 PPC 30 4.2.1.2 PC 30 4.2.2 S ố li ệ u th ự c nghi ệ m 31 4.2.2.1 Th ự c nghi ệ m truy ề n d ữ li ệ u 31 4.2.2.2 S ố li ệ u th ự c nghi ệ m sau khi ghép v ớ i các module khác 31 Chương 5 K Ế T LU Ậ N 33 TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O 34 7 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 1. PPC: Pocket personal computer 2. PC: Personal computer DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 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 vii 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 viii [...]... 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 k thuật và dựa vào cơ chế thông minh 1.1.1 Phân loại theo hệ thống k thuật Hệ thống điều khiển thông minh đi k m 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. .. liệu là vô cùng quan trọng, vì thế, chúng tôi quyết định chọn wireless trong bước đầu xây dựng ứng dụng của nhóm 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, k t 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 k t nối làm nhiệm... 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. .. nhà thông minh - Quản lý các tương tác người dùng đối với nhà thông minh - Quản lý, phân bổ hạ tầng mạng và các k t 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 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. .. yếu Nhà thông minh là sự k t hợp của nền tảng lý thuyết hệ tính toán khắp nơi, tương tác người máy, nhận diện ảnh và kiến trúc tổng thể k thuật 1 1 1.1 Tổng quát nhà thông minh Nhà thông minh cơ chế cơ bản là sự k t hợp giữa các thiết bị đo để đưa ra một k t 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. .. 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. .. 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... 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. .. 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... truy cập Internet không dây miễn phí Hiệu quả: Người dùng có thể duy trì k t 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 . CÔNG NGHỆ Trần Duy Hưng XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH: QUAN SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN PPC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng. ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Duy Hưng XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH: QUAN SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN PPC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ. cho từng ứng dụng. Trong bài khóa luận cũng sẽ nêu ra cách áp dụng lý thuyết và tư tưởng của hệ tính toán khắp nơi vào hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh. 5 MỤC LỤC TÓM T Ắ