Tổ chức mạng truy nhập trong hệ thống giám sát môi trường sử dụng sensor (P1)

Cùng với xu hướng ứng dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin và viễn thông (ICT) phục vụ phát triển hạ tầng kinh tế - xã hội thời gian gần đấy, nhu cầu triển khai hệ thống giám sát môi trường sử dụng cảm biến (sensor) ngày càng cao. Các hệ thống giám sát môi trường sử dụng sensor sẽ là đối tượng có tiềm năng lớn trong triển khai dịch vụ và khai thác mạng lưới viễn thông Việt Nam trong tương lai. Việc xem xét tổ chức các mạng truy nhập viễn thông phù hợp với các hệ thống này là rất cần thiết. Bài báo này trình bày một số đề xuất mô hình ứng dụng hạ tầng ICT và các giải pháp mạng truy nhập cho triển khai hệ thống giám sát môi trường sử dụng sensor.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Các hệ thống giám sát môi trường có thể phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau như giám sát và cảnh báo thảm họa thiên nhiên, giám sát chất lượng môi trường, giám sát điều kiện môi trường và ứng dụng trong nhiều ngành kinh tế - kỹ thuật như tài nguyên môi trường, giao thông, nông nghiệp, y tế,... Các hệ thống giám sát môi trường hiện nay đều ứng dụng các mạng cảm biến không dấy trên các địa hình khác nhau và được trang bị các giao thức truyền thông phổ biến như Bluetooth, WiFi, WiMAX, 3G.

Thông số của mạng sensor giám sát tương tự như mạng viễn thông, bao gồm định tuyến, chống nghẽn mạng, quản lý mạng, quản lý hiệu năng,... Do đó, cần sử dụng các hạ tầng mạng viễn thông hiện có (mạng cáp và vô tuyến) để triển khai hệ thống giám sát sử dụng sensor. Giải pháp này sẽ hiệu quả hơn là tự xấy dựng một mạng hoàn toàn mới với các thiết bị máy móc chuyên dụng, nhất là nghiên cứu ứng dụng ngay các giao diện vô tuyến dùng phổ biến trong viễn thông cho các thiết bị sensor. Để đảm bảo các gói dữ liệu thu thập được trên mạng sensor theo thời gian thực, liên tục, tin cậy và dựa trên hạ tầng viễn thông thì các mạng viễn thông cũng phải được xấy dựng và vận hành dựa trên các công nghệ tiên tiến, trên nền tảng gói hiện nay.

MÔ HÌNH ỨNG DỤNG HẠ TẦNG ICT TRONG HỆ THỐNG GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG SỬ DỤNG SENSOR

Khi ứng dụng hạ tầng ICT để xây dựng hệ thống giám sát môi trường sử dụng sensor, mô hình hệ thống giám sát sử dụng sensor được phân thành 4 lớp cơ bản là lớp ứng dụng, lớp dữ liệu, lớp cổng và mạng sensor [1]. Trên phương diện truyền tải viễn thông, mỗi sensor (hoặc một mạng lưới các sensor) là một thiết bị đầu cuối của mạng viễn thông. Các ứng dụng của hệ thống chạy trên các thiết bị, máy tính cá nhân cũng nên được xem như các thiết bị đầu cuối. Cơ sở dữ liệu của hệ thống cần được lưu trữ tại các trung tâm dữ liệu. Cổng (gateway) kết nối các mạng sensor với các mạng truyền dữ liệu như mạng Internet (Hình 1).

Phân hệ Internet

Trong hệ thống giám sát môi trường, việc thu thập và phân tích số liệu là vô cùng quan trọng. Khối lượng dữ liệu khá lớn, đa dạng từ các vùng địa lý khác nhau. Do đó, việc truyền nhận và lưu trữ dữ liệu cần phải tổ chức tập trung để đảm bảo hạn chế được không gian lưu trữ tại chỗ (giảm đầu tư hạ tầng thiết bị giám sát) và dùng chung cho nhiều đối tượng với nhiều mục đích khác nhau. Các dịch vụ điện toán đám mây sẽ đáp ứng được các yêu cầu này. Để phục vụ lưu trữ dữ liệu với dung lượng lớn, có cấu trúc hoặc không có cấu trúc thì cần đẩy mạnh việc phát triển các trung tâm dữ liệu lớn, sẵn sàng cung cấp các dịch vụ thuê hạ tầng để lưu trữ thông tin.

Phân hệ mạng viễn thông

Đây là nền tảng hạ tầng mạng viễn thông Việt Nam sẵn có với nhiều công nghệ tiên tiến cho phép truyền nhận dữ liệu băng rộng và mạng được tổ chức theo mô hình mạng NGN. Nền tảng hạ tầng IP đã được triển khai đến cả mạng lõi, mạng đường trục và mạng truy nhập cho phép truyền nhận dữ liệu tốc độ cao ngay từ các thiết bị đầu cuối của người dùng.

Nếu mạng sensor được lắp đặt trong các thành phố, thị xã, các khu đô thị, các khu vực tập trung đông dân cư,... thì hạ tầng mạng viễn thông tại đây khá hoàn thiện. Tuy nhiên, để đảm bảo khả năng giám sát và phòng ngừa, các mạng sensor còn triển khai tại các vùng rừng núi, rừng đầu nguồn, vùng sâu, vùng xa. Ở đó, cần nghiên cứu việc sử dụng hoặc triển khai hạ tầng mạng viễn thông phù hợp để hỗ trợ triển khai các hệ thống giám sát môi trường.

Phân hệ người dùng

Các thiết bị đầu cuối của hệ thống giám sát trong phân hệ người dùng chính là các thiết bị cảm biến (sensor node) hay các mạng cảm biến với một gateway hỗ trợ kết nối với bên ngoài (gọi chung là thiết bị đầu cuối cảm biến). Các thiết bị này nhận các tín hiệu điều khiển để thu thập các thông số cần giám sát và truyền về cơ sở dữ liệu tập trung. Với giao diện vô tuyến 3G, WiMAX, các thiết bị cảm biến này có thể kết nối trực tiếp với hệ thống mạng thông tin di động 3G để truyền nhận dữ liệu và có thể coi chúng là thiết bị đầu cuối cảm biến của mạng viễn thông. Với giao diện vô tuyến khác như Wi-Fi, Bluetooth thì cần các điểm hotspot (PC, laptop, điện thoại, bộ thu phát WiFi chuyên dụng) có giao diện tương thích để kết nối nhiều thiết bị cảm biến với các mạng truyền dữ liệu. Khi đó, các hotspot này là thiết bị đầu cuối cảm biến của mạng viễn thông.

Ngoài ra, phân hệ người dùng còn bao gồm các máy tính/server có kết nối Internet phục vụ quản lý, điều khiển và khai thác dữ liệu thu được. Các máy tính điều khiển sẽ nằm tại các trung tâm giám sát của hệ thống. Các máy tính này thường trao đổi dữ liệu (thông tin điều khiển và thu thập dữ liệu) với dung lượng lớn nên cần lưu ý đến tổ chức kết nối cho các máy tính này bằng các đường truyền tốc độ cao như ADSL, FTTx...

KS. Hoàng Anh,TS. Vũ Văn San

(còn  nữa)