Tài liệu Giao thức MQTT và ứng dụng trong IOT cho giải pháp ngôi nhà thông minh (LV thạc sĩ)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------LÊ HỮU TUẤN ANH LÊ HỮU TUẤN ANH CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG GIAO THỨC MQTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG IOT CHO GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT 2015 – 2017 HÀ NỘI 2017 HÀ NỘI - 2017 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- LÊ HỮU TUẤN ANH GIAO THỨC MQTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG IOT CHO GIẢI PHÁP NGÔI NHÀ THÔNG MINH Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. NGUYỄN TIẾN BAN HÀ NỘI - 2017 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 LÊ HỮU TUẤN ANH ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của gia đình, của thầy cô, các anh chị, các em và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám đốc Học viện, các thầy cô giảng dạy và làm việc tại Khoa Quốc tế và Đào tạo sau đại học – Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Phó giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Tiến Ban, người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn bố mẹ, anh chị và các em đã ở bên cạnh động viên, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt qua trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn cao học. Tác giả luận văn LÊ HỮU TUẤN ANH iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................. ii MỤC LỤC ................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ................................... v DANH SÁCH BẢNG .................................................................................. vi DANH SÁCH HÌNH VẼ ............................................................................ vii MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IOT VÀ ỨNG DỤNG ............................... 2 1.1 Giới thiệu chung về IoT ....................................................................... 2 1.1.1 Khái niệm về IoT ......................................................................... 2 1.1.2 Góc nhìn kỹ thuật về IoT ............................................................. 3 1.2 Công nghệ trong IoT............................................................................ 5 1.2.1 Công nghệ trong IoT.................................................................... 5 1.2.2 Đặc điểm của một hệ thống IoT ................................................. 12 1.3 Các ứng dụng trong IoT ..................................................................... 15 1.3.1 Các ứng dụng trong IoT ............................................................. 15 1.3.2 Các thách thức trong việc nghiên cứu, triển khai IoT ................. 20 1.4 Kết luận chương ................................................................................ 22 CHƯƠNG 2: GIAO THỨC MQTT ............................................................ 23 2.1 Giao thức MQTT ............................................................................... 23 2.1.1 Các khái niệm cơ bản ................................................................ 23 2.1.2 Mô hình MQTT ......................................................................... 24 2.2 MQTT v3.1 protocol specification ..................................................... 25 2.2.1 Định dạng của message ............................................................. 25 2.2.2 Câu lệnh của message ................................................................ 31 2.2.3 Quy trình truyền nhận dữ liệu chính trong MQTT ..................... 40 2.3 So sánh những điểm cơ bản giữa hai chuẩn giao thức MQTT và CoAP.44 iv 2.3.1 Điểm giống nhau giữa hai giao thức .......................................... 44 2.3.2 Điểm khác nhau giữa hai giao thức ............................................ 44 2.4 Kết luận chương ................................................................................ 46 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIAO THỨC MQTT TRONG IOT CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH ............................................................................................ 48 3.1 Giới thiệu về arduino IDE.................................................................. 48 3.1.1 Tổng quan về arduino ................................................................ 48 3.1.2 Arduino IDE .............................................................................. 48 3.2 Cài đặt Arduino IDE .......................................................................... 49 3.2.1 Cài đặt chương trình Arduino IDE ............................................. 49 3.2.2 Arduino IDE .............................................................................. 50 3.3 Quá trình mô phỏng dùng giao thức MQTT trong một số ứng dụng cho ngôi nhà thông minh........................................................................................... 54 3.3.1 Mô tả yêu cầu thiết kế hệ thống ................................................. 54 3.3.2 Lưu đồ thuật toán....................................................................... 56 3.3.3 Phần cứng .................................................................................. 56 3.3.4 Phần mềm .................................................................................. 58 3.3.5 Quá trình mô phỏng ................................................................... 59 3.4 Đánh giá kết quả mô phỏng ............................................................... 64 3.5 Kết luận chương ................................................................................ 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................... 66 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................... 67 v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt MQTT Tiếng Anh Message Queuing Telemetry Transport Tiếng Việt Bản tin hàng đợi truyền từ xa IOT Internet of Thing Internet của vạn vật HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản SMTP Simple Mail Transfer Protocol IMAP Internet Message Access Protocol M2M Mobile to mobile Thoại với thoại CoAP Constrained Application Protocol Giao thức ứng dụng hạn chế RFID Radio Frequency Identification giao thức truyền tải thư tín đơn giản Giao thức truy cập thông điệp internet Nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến Extensible Messaging and Presence Giao thức hiện diện và nhắn tin Protocol mở rộng Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch Network công cộng LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn BLE Bluetooth low energy Bluetooth năng lượng thấp WSN Wireless Sensor Networks Mạng cảm biến không dây TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền QoS DSL Quality of Service Chất lượng dịch vụ Kênh thuê bao số XMPP PSTN IEEE Digital Subcriber Line Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ thuật điện-điện tử vi DANH SÁCH BẢNG Bảng 2. 1 Header cố định ............................................................................ 26 Bảng 2. 2 Loại message .............................................................................. 26 Bảng 2. 3 Bảng các cờ ................................................................................ 27 Bảng 2. 4 Giá trị QoS ................................................................................. 27 Bảng 2. 5 Bảng miêu tả độ dài ứng với số byte ........................................... 29 Bảng 2. 6 Biểu diễn giá trị của trường Protocol version .............................. 29 Bảng 2. 7 Định dạng header cố định câu lệnh connect ................................ 32 Bảng 2. 8 Định dạng header cố định câu lệnh connack................................ 33 Bảng 2. 9 Ý nghĩa gói CONNACK ............................................................. 33 Bảng 2. 10 Định dạng header cố định câu lệnh publish ............................... 34 Bảng 2. 11 Giá trị mức QoS ........................................................................ 34 Bảng 2. 12 Định dạng header cố định câu lệnh puback ............................... 35 Bảng 2. 13 Định dạng header cố định câu lệnh pubrec(1) ........................... 35 Bảng 2. 14 Định dạng header cố định câu lệnh pubrel(2) ............................ 36 Bảng 2. 15 Định dạng header cố định câu lệnh pubcomp(3)........................ 37 Bảng 2. 16 Định dạng header cố định câu lệnh subscribe ............................ 37 Bảng 2. 17 Định dạng header cố định câu lệnh suback ................................ 38 Bảng 2. 18 Định dạng header cố định câu lệnh unsubcribe ......................... 38 Bảng 2. 19 Định dạng header cố định câu lệnh pingreq ............................... 39 Bảng 2. 20 Định dạng header cố định câu lệnh pingresp ............................. 39 Bảng 2. 21 Định dạng header cố định câu lệnh disconnect .......................... 40 vii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1. 1“Internet of Thing” ......................................................................... 2 Hình 1. 2 IoT kết nối vạn vật ........................................................................ 3 Hình 1. 3 Sự gia tăng nhanh chóng của giao tiếp máy-máy ........................... 4 Hình 1. 4 Ứng dụng tủ lạnh trong IoT ........................................................... 5 Hình 1. 5 Ví dụ về MQTT............................................................................. 6 Hình 1. 6 Ví dụ về XMPP ............................................................................. 7 Hình 1. 7 Năng lực truyền thông ................................................................... 8 Hình 1. 8 Mô hình vận hành hệ thống RFID trong thư viện .......................... 9 Hình 1. 9 Mô hình mạng Zigbee ................................................................. 10 Hình 1. 10 Một số loại cảm biến hay gặp .................................................... 11 Hình 1. 11 Đáp ứng thời gian cho ứng dụng IoT ......................................... 11 Hình 1. 12 Tổng quan một mô hình hệ thống IoT ....................................... 13 Hình 1. 13 Tổng quan về ứng dụng của IoT ................................................ 15 Hình 1. 14 Theo dõi lộ trình đi của các xe chở hàng ................................... 16 Hình 1. 15 Theo dõi tình trạng sinh trưởng của cây trồng ........................... 17 Hình 1. 16 Mô hình ứng dụng nhà thông minh ............................................ 18 Hình 1. 17 Thành phố thông minh .............................................................. 19 Hình 1. 18 Mô hình lưới điện thông minh ................................................... 19 Hình 2. 1 Ví dụ về kết nối trong mạng lưới MQTT ..................................... 24 Hình 2. 2 Mô hình cơ bản của giao thức MQTT.......................................... 25 Hình 2. 3 Session và subscription được thiết lập với clean session flag = 1 . 40 Hình 2. 4 Session và subscription được thiết lập với clean session flag = 0 . 41 Hình 2. 5 QoS mức 0 .................................................................................. 42 Hình 2. 6 QoS mức 1 .................................................................................. 43 Hình 2. 7 QoS mức 2. ................................................................................. 43 Hình 3. 1 Giao diện chương trình tải arduino IDE....................................... 49 viii Hình 3. 2 Giao diện Arduino IDE ............................................................... 50 Hình 3. 3 Arduino Toolbar .......................................................................... 50 Hình 3. 4 IDE Menu ................................................................................... 51 Hình 3. 5 File menu. ................................................................................... 51 Hình 3. 6 Click Examples ........................................................................... 52 Hình 3. 7 Edit menu .................................................................................... 52 Hình 3. 8 Sketch menu ................................................................................ 53 Hình 3. 9 Tool menu ................................................................................... 53 Hình 3. 10 Chọn Board ............................................................................... 54 Hình 3. 11 Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................ 55 Hình 3. 12 Lưu đồ thuật toán chương trình ................................................. 56 Hình 3. 13 NodeMCU Esp8266 .................................................................. 57 Hình 3. 14 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ............................................. 58 Hình 3. 15 Cài đặt thư viện esp8266 ........................................................... 58 Hình 3. 16 Cài đặt thành công library esp8266............................................ 59 Hình 3. 17 Cài đặt thành công library sensor DHT11 .................................. 59 Hình 3. 18 Cấu hình MQTT broker ............................................................. 60 Hình 3. 19 Quá trình kết nối thành công thiết bị lên webserver ................... 61 Hình 3. 20 Quá trình bật/tắt LED từ webserver truyền về thiết bị ................ 61 Hình 3. 21 Sơ đồ đấu nối cảm biến DHT11 với NodeMCU ........................ 62 Hình 3. 22 Tạo hai trường dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm trên thinkspeak ............. 63 Hình 3. 23 Dữ liệu trường nhiệt độ trên webserver ..................................... 63 Hình 3. 24 Dữ liệu trường độ ẩm trên webserver ........................................ 64 1 MỞ ĐẦU 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 mua sắm thông minh, các dịch vụ y tế chăm sóc sức khỏe, nhà thông minh và hướng tới nữa là thành phố thông minh. Để các thiết bị có thể giao tiếp được với nhau, thiết bị sẽ cần một hoặc nhiều giao thức, đó là HTTP được dùng phổ biến để tải web hay một số khác như SMTP, IMAP cho email… Những giao thức này ít khi trao đổi thông tin, khi cần sẽ có một trung gian đứng ra giải mã cho hai bên hiểu. Còn với các thiết bị IoT, chúng phải đảm đương nhiều thứ, trao đổi thông tin với nhiều loại thiết bị khác nhau, nhưng hiện người ta chưa có sự đồng nhất về các giao thức để IoT trao đổi dữ liệu. Nói cách khác, tình huống này gọi là “communication fail”, một bên nói nhưng bên kia không tiếp nhận. Hiện nay có rất nhiều giao thức giao tiếp giữa các thiết bị IoT như: HTTP, UpnP, CoAp, MQTT. Trong giai đoạn gần đây giao thức MQTT đang nổi lên như một giao thức được sử dụng phổ biến dùng trong IoT, rất nhiều hãng công nghệ đã áp dụng và hỗ trợ giao thức MQTT cho các ứng dụng sản phẩm của mình như Facebook cho ứng dụng facebook message, IBM cho dự án bảo vệ môi trường, Intel, Microsoft. Luận văn được xây dựng với nội dung chính như sau: Chương 1: Tổng quan về IoT và ứng dụng Chương 2: Giao thức MQTT Chương 3: Ứng dụng giao thức MQTT trong IoT cho ngôi nhà thông minh. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IOT VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Giới thiệu chung về IoT 1.1.1 Khái niệm về IoT Internet of Things (IoT) là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết cũng như sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối. Đây là một viễn cảnh trong đó mọi vật, mọi con vật hoặc con người được cung cấp các định danh và khả năng tự động truyền tải dữ liệu qua một mạng lưới mà không cần sự tương tác giữa con người-với-con người hoặc con người-với-máy tính. IoT tiến hoá từ sự hội tụ của các công nghệ không dây, hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) và Internet. Cụm từ này được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999. Ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một số loại cảm biến khác [13]. Hình 1. 1“Internet of Thing” IoT có thể được coi là một tầm nhìn sâu rộng của công nghệ và cuộc sống. Từ quan điểm của tiêu chuẩn kỹ thuật, IoT có thể được xem như là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, tạo điều kiện cho các dịch vụ tiên tiến thông qua sự liên kết các “Things”. IoT dự kiến sẽ tích hợp rất nhiều công nghệ 3 mới, chẳng hạn như các công nghệ thông tin machine-to-machine, mạng tự trị, khai thác dữ liệu và ra quyết định, bảo vệ sự an ninh và sự riêng tư, điện toán đám mây. Như hình dưới, một hệ thống thông tin trước đây đã mang đến 2 chiều – “Any TIME” và “Any PLACE” communication. Giờ IoT đã tạo thêm một chiều mới trong hệ thống thông tin đó là “Any THING” Communication [2]. Hình 1. 2 IoT kết nối vạn vật [12] 1.1.2 Góc nhìn kỹ thuật về IoT Internet Of Things là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, mang đến những dịch vụ tiên tiến bằng cách kết nối các “Things” (cả physical lẫn virtual) dựa trên sự tồn tại của thông tin, dựa trên khả năng tương tác của các thông tin đó, và dựa trên các công nghệ truyền thông. Devices là một phần của cả hệ thống với chức năng bắt buộc là truyền thông và chức năng không bắt buộc là: cảm biến, thực thi,thu thập dữ liệu, lưu trữ và xử lý dữ liệu. Things là một đối tượng của thế giới vật chất (physical things) hay thế giới thông tin ảo(virtual things). “Things” có khả năng được nhận diện, và “Things” có thể được tích hợp vào trong mạng lưới thong tin liên lạc. Hai loại đối tượng này có thể ánh xạ (mapping) qua lại lẫn nhau. Một đối tượng vật lý có thể được trình bài 4 hay đại diện bởi một đối tượng thông tin, tuy nhiên một đối tượng thông tin có thể tồn tại mà không nhất thiết phải được ánh xạ từ một đối tượng vật lý nào [6]. Yêu cầu tối thiểu của các “device” trong IOT là khả năng giao tiếp. Devices sẽ được phân loại vào các dạng như device mang thông tin, device thu thập dữ liệu, device cảm nhận(sensor), device thực thi, hay general device. IoT phải có 2 thuộc tính: một là đó phải là một ứng dụng internet. Hai là, nó phải lấy được thông tin của vật chủ. Hình 1. 3 Sự gia tăng nhanh chóng của giao tiếp máy-máy Một ví dụ điển hình cho IoT là tủ lạnh thông minh, nó có thể là một chiếc tủ lạnh bình thường nhưng có gắn thêm các cảm biến bên trong giúp kiểm tra được số lượng các loại thực phẩm có trong tủ lạnh, cảm biến nhiệt độ, cảm biến phát hiện mở cửa,…và các thông tin này được đưa lên internet. Với một danh mục thực phẩm được thiết lập trước bởi người dùng, khi mà một trong các loại thực phẩm đó sắp hết thì nó sẽ thông báo ngay cho chủ nhân nó biết rằng cần phải bổ sung gấp, thậm chí nếu các loại sản phẩm được gắn mã ID thì nó sẽ tự động trực tiếp gửi thông báo cần nhập hàng đến siêu thị và nhân viên siêu thị sẽ gửi loại thực phẩm đó đến tận nhà. 5 Hình 1. 4 Ứng dụng tủ lạnh trong IoT 1.2 Công nghệ trong IoT 1.2.1 Công nghệ trong IoT 1.2.1.1 Giao thức chính Trong IoT, các thiết bị phải giao tiếp được với nhau (D2D). Dữ liệu sau đó phải được thu thập và gửi tới máy chủ (D2S). Máy chủ cũng có để chia sẻ dữ liệu với nhau (S2S), có thể cung cấp lại cho các thiết bị, để phân tích các chương trình, hoặc cho người dùng. Các giao thức có thể dùng trong IoT là: - MQTT: một giao thức cho việc thu thập dữ liệu và giao tiếp cho các máy chủ (D2S). - XMPP: giao thức tốt nhất để kết nối các thiết bị với mọi người, một trường hợp đặc biệt của mô hình D2S, kể từ khi người được kết nối với các máy chủ. - DDS: giao thức tốc độ cao cho việc tích hợp máy thông minh (D2D). - AMQP: hệ thống hàng đợi được thiết kế để kết nối các máy chủ với nhau (S2S). 6  MQTT MQTT (Message Queue Telemetry Transport), mục tiêu thu thập dữ liệu và giao tiếp D2S. Mục đích là đo đạc từ xa, hoặc giám sát từ xa, thu thập dữ liệu từ nhiều thiết bị và vận chuyển dữ liệu đó đến máy trạm với ít xung đột nhất. MQTT nhắm đến các mạng lớn của các thiết bị nhỏ mà cần phải được theo dõi hoặc kiểm soát từ các đám mây. Hình 1. 5 Ví dụ về MQTT MQTT hoạt động đơn giản, cung cấp nhiều lựa chọn điều khiển và QoS. MQTT không có yêu cầu quá khắt khe về thời gian, tuy nhiên hiều quả của nó là rất lớn, đáp ứng tính thời gian thực với đơn vị tính bằng giây. Các giao thức hoạt động trên nền tàng TCP, cung cấp các đáp ứng đơn giản, đáng tin cậy.  XMPP XMPP ban đầu được gọi là "Jabber." Nó được phát triển cho các tin nhắn tức thời (IM) để kết nối mọi người với những người khác thông qua tin nhắn văn bản. XMPP là viết tắt của Extensible Messaging và Presence Protocol. 7 Hình 1. 6 Ví dụ về XMPP XMPP sử dụng định dạng văn bản XML, và cũng tương tự như MQTT chạy, XMPP chạy trên nền tảng TCP, hoặc có thể qua HTTP trên TCP. Sức mạnh chính của nó là một chương trình [email protected] trong mạng Internet khổng lồ. 1.2.1.2 Năng lực truyền thông Địa chỉ IP được coi là yếu tố quan trọng trong IoT, khi mà mỗi thiết bị được gán một địa chỉ IP riêng biệt. Do đó khả năng cấp phát địa chỉ IP sẽ quyết định đến tương lai của IoT. Hệ thống địa chỉ IPv4 được tạo ra mới mục đích đánh cho mỗi máy tính kết nối vào mạng internet một con số riêng biệt, giúp cho thông tin có thể tìm tới đúng nơi cần đến ngay khi nó được chuyển đi từ bất cứ địa điểm nào trên thế giới. Theo thiết kế, Ipv4 có thể cung cấp 2^32 (tương ứng với khoảng 4,2 tỉ) địa chỉ IP, một con số lớn không tưởng cách đây 30 năm. Tuy nhiên, sự bùng nổ mạnh mẽ của Internet đã khiến cho số lượng địa chỉ IP tự do càng ngày càng khan hiếm. Mới đây, RIPE NCC - Hiệp hội các tổ chức quản lý mạng Internet khu vực châu Âu phải 8 đưa ra tuyên bố rằng họ đã sử dụng đến gói địa chỉ IP chưa cấp phát cuối cùng (khoảng 1,8 triệu địa chỉ). Hình 1. 7 Năng lực truyền thông Và sự ra đời của IPv6 như là một giải pháp cứu sống kịp thời cho sự cạn kiệt của IPv4. Độ dài bit của là 128. Sự gia tăng mạnh mẽ của IPv6 trong không gian địa chỉ là một yếu tố quan trọng trong phát triển Internet of Things. 1.2.1.3 Công suất thiết bị Các tiêu chí hình thức chính của thiết bị khi triển khai một ứng dụng IoT là phải giá thành thấp, mỏng, nhẹ…và như vậy phần năng lượng nuôi thiết bị cũng sẽ trở nên nhỏ gọn lại, năng lượng tích trữ cũng sẽ trở nên ít đi. Do đó đòi hỏi thiết bị phải tiêu tốn một công suất cực nhỏ (Ultra Low Power) để sử dụng nguồn năng lượng có hạn đó. Bên cạnh đó yêu cầu có những giao thức truyền thông không dây gọn nhẹ hơn, đơn giản hơn, đòi hỏi ít công suất hơn (Low Energy Wireless Technologies) như Zigbee, BLE (Bluetooth low energy), RFID, …  RFID Trong đó RFID là một trong các công nghệ chủ chốt của IoT trong môi trường truyền thông tỏa khắp mọi nơi (ubiquitius), là kỹ thuật nhận dạng bằng song 9 vô tuyến sử dụng song radio để truyền dữ liệu từ một thiết bị điện tử gắn liền với một đối tượng (hoặc một sản phẩm hàng hóa) đến một hệ thống trung tâm thông qua một đầu đọc với mục đích xác định và theo dõi các đối tượng. Hình 1. 8 Mô hình vận hành hệ thống RFID trong thư viện Kỹ thuật RFID có liên quan đến hệ thống không dây cho phép một thiết bị đọc thông tin được chứa trong một chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, mà không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc yêu cầu một sự nhìn thấy giữa hai cái. Nó cho ta phương pháp truyền và nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác. RFID đã có trong thương mại trong một số hình thức từ những năm 1970. Bây giờ nó là một phần trong cuộc sống hàng ngày, có thể thấy trong những chìa khóa xe hơi, thẻ lệ phí quốc lộ và các loại thẻ truy cập an toàn, cũng như trong môi trường mà nơi đó việc đánh nhãn bằng mã số vạch trên hàng hóa là không thực tế hoặc không hiệu quả lắm.  ZigBee Công nghệ ZigBee được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn 802.15.4 của tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Tiêu chuẩn 802.15.4 này 10 sử dụng tín hiệu radio có tần sóng ngắn, và cấu trúc của 802.15.4 có 2 tầng là tầng vật lý và tầng MAC (medicum Access Control). Công nghệ ZigBee vì thế cũng dùng sóng radio và có 2 tầng. Hơn thế nữa ZigBee còn thiết lập các tầng khác nhờ thế mà các thiết bị của các nhà sản xuất dù khác nhau nhưng cùng tiêu chuẩn có thể kết nối với nhau và vận hành trong vùng bảo mật của hệ thống. Hình 1. 9 Mô hình mạng Zigbee Nhờ chức năng điều khiển từ xa không dây, truyền dữ liệu ổn định, tiêu thụ năng lượng cực thấp, công nghệ mở đã giúp công nghệ ZigBee trở nên hấp dẫn sử dụng cho các ứng dụng, đặc biệt là ứng dụng trong IoT hiện nay. Tín hiệu công nghệ ZigBee có thể truyền xa đến 75m tính từ trạm phát, và khoảng cách có thể xa hơn rất nhiều nếu được tiếp tục phát từ nút liên kết tiếp theo trong cùng hệ thống. Các dữ liệu được truyền theo gói, gói tối đa là 128bytes cho phép tải xuống tối đa 104 bytes. Tiêu chuẩn này hỗ trợ địa chỉ 64bit cũng như địa chỉ ngắn 16bit. Loại địa chỉ 64bit chỉ xác đinh được mỗi thiết bị có cùng 1 địa chỉ IP duy nhất. Khi mạng được thiết lập, những địa chỉ ngắn có thể được sử dụng và cho phép hơn 65000 nút được liên kết. 1.2.1.4 Công nghệ cảm biến Trong Internet of Things, cảm biến đóng vai trò then chốt, nó đo đạt cảm nhận giá trị từ môi trường xung quanh rồi gửi đến bộ vi xử lý sau đó được gửi lên mạng. Chúng ta có thể bắt gặp một số loại cảm biến về cảnh báo cháy rừng, cảnh