Nghiên cứu phát triển một số dịch vụ đa phương tiện và giám sát các thông số môi trường sản xuất trên nền mạng viễn thông WiMAX tại khu vực Tây Nguyên

Mã đề tài: KHCN-TN3/11-15, Tên chủ nhiệm: PGS.TS Thái Quang Vinh, Xếp loại: Khá, Thời gian thực hiện: 2011-2014

Mục tiêu đề tài:

Phối hợp cùng Công ty cổ phần Viễn thông Đông Dương Telecom đưa công nghệ WiMAX vào Tây Nguyên, tạo tiền đề cho việc triển khai và xây dựng một loạt các loại hình dịch vụ đa phương tiện trên nền mạng không dây.

Xây dựng thử nghiệm cơ sở hạ tầng mạng và cung cấp dịch vụ viễn thông di động mặt đất công nghệ WiMax trên phạm vi khu vực phủ sóng 8-10 km2 tại Thành phố Buôn Ma Thuột.

Nghiên cứu phát triển hệ tích hợp dịch vụ thoại và hình ảnh không dây trên nền công nghệ VoIP và CameraIP qua mạng WiMAX.

Nghiên cứu phát triển hệ thống dịch vụ thông tin vị trí địa lý LBS và giám sát môi trường trên nền công nghệ bản đồ số và công nghệ Web 2.0 qua mạng WiMAX.

Nghiên cứu phát triển hệ đo lường, thu thập số liệu và điều khiển (hệ SCADA) thực hiện giám sát môi trường sản xuất và truyền số liệu không dây qua mạng WiMAX.

Triển khai thử nghiệm hệ thống và cung cấp các dịch vụ trên trong phạm vi khu vực phủ sóng 8-10 km2 tại Thành phố Buôn Mê Thuột.

Đào tạo và chuyển giao công nghệ, tạo cơ hội người dân và doanh nghiệp tiếp cận với công nghệ hiện đại trong lĩnh vực CNTT, truyền thông và tự động hóa

Kết quả đạt được:

Về khoa học:

Về mặt thực tiễn: việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ WiMAX tốc độ cao băng thông rộng đảm bảo đưa vào thực tiễn các hệ thống thông tin và các hệ thống tự động hóa đo và thu thập số liệu do Viện CNTT đã nghiên cứu và xây dựng, tạo ra các dịch vụ giám sát và tìm kiếm thông tin hình ảnh, âm thanh, tiện ích liên quan vị trí và các số liệu đo liên quan đến môi trường sản xuất phục vụ các doanh nghiệp, an ninh xã hội, du lịch, tìm kiếm cứu nạn và giám sát các thông số đất, khí, nước phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp và chế biến.

Phạm vi phủ sóng WiMAX và triển khai hệ thống thử nghiệm trong hành lang diện tích khoảng 30-40 km2 từ trung tâm Tp.Buôn Ma Thuột tới lô cao su 30/4 ở ngoại vi.

Về mặt khoa học: Các hệ thống thông tin và hệ thống tự động hóa đo, điều khiển và thu thập số liệu đều được nghiên cứu xây dựng trên nền công nghệ tiên tiến, bao gồm xử lý và truyền thông tin hình ảnh và âm thanh trong thời gian thực, nghiên cứu nâng cao hiệu năng dịch vụ LBS thông qua tích hợp các công nghệ GPS, truyền thông không dây GSM/GPRS, WiFi, WiMAX, công nghệ Internet và công nghệ GIS/cơ sở dữ liệu không gian, các hệ đo trên nền công nghệ nhúng và kết nối không dây với hệ thống WiMAX.

Về mặt kinh tế - xã hội và triển vọng nhân rộng các kết quả: Sản phẩm đề tài là hệ thống đa phương tiện và giám sát các thông số môi trường sản xuất trên nền mạng WiMAX nhằm:

Giúp cho các nhà quản lý kiểm soát công việc, giám sát thông số môi trường sản xuất kịp thời và tăng cường thông tin hình ảnh cho doanh nghiệp một cách hiện đại

Hệ thống Camera an ninh ghi lại sự kiện xảy ra làm tư liệu, giúp tăng cường công tác bảo mật, an toàn giao thông, an ninh - quốc phòng

Dịch vụ hội nghị truyền hình trực tuyến hai chiều

Phục vụ du lịch, hỗ trợ các dịch vụ tìm kiếm và giám sát thông tin

Về ứng dụng:

Kết quả thử nghiệm một số dịch vụ đa phương tiện trên nền công nghệ VoIP, Camera IP, dịch vụ LBS với công nghệ bản đồ số, dịch vụ giám sát môi trường ứng dụng công nghệ tự động hóa, công nghệ nhúng và mạng không dây WiMAX tại tỉnh Đắk Lắk trong khu vực phủ sóng có diện tích 30-40 km2 cho thấy thành công ban đầu ứng dụng mạng viễn thông băng rộng tốc độ cao để triển khai thực tế các hệ thông tin ứng dụng cho địa bàn vùng Tây Nguyên.

Từ kết quả thử nghiệm kết hợp với việc phân tích, đánh giá đặc thù về địa chính trị, các đặc điểm lợi thế tự nhiên đối với phát triển kinh tế xã hội và môi trường vùng Tây Nguyên cho thấy mô hình hệ thống đề xuất phù hợp với địa bàn, điều kiện tự nhiên và tiềm năng lợi thế vùng Tây Nguyên với các dịch vụ ứng dụng trên nền tảng WiMAX sẽ thu được những giá trị kinh tế-xã hội rất lớn nếu được áp dụng trên diện rộng và qui mô lớn.

Chính vì thế đề tài TN3/C07 kiến nghị được tiếp tục được đầu tư mở rộng vùng phủ sóng, tạo ra dịch vụ thực tiễn trên diện rộng cho nhiều loại hình đa phương tiện từ giám sát hình ảnh, hội nghị từ xa, dịch vụ thông tin vị trí và giám sát các thông số môi trường sản xuất, từng bước mở rộng thực hiện truy cập internet không dây (wifi) cho Tp. Buôn Ma Thuột. Việc ứng dụng các dịch vụ trên không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế xã hội cho vùng Tây Nguyên mà nó còn giúp Tây Nguyên hướng tới trở thành các đô thị thông minh phù hợp với xu hướng phát triển của các đô thị hiện đại trong khu vực và thế giới.

Những đóng góp mới:

Việc nghiên cứu phát triển các hệ thống dịch vụ đa phương tiện và giám sát các thông số môi trường sản xuất trên nền mạng viễn thông băng thông rộng tốc độ cao dựa trên các công nghệ VoIP, Camera IP; hệ LBS ứng dụng công nghệ bản đồ số, hệ giám sát môi trường sản xuất ứng công nghệ nhúng và mạng không dây WiMAX đòi hỏi nhiều công sức và kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực khác nhau như CNTT, viễn thám, công nghệ tự động hóa, công nghệ nhúng, công nghệ viễn thông.

Đề tài TN3/C07 tại Đắc Lắk đã triển khai thử nghiệm thành công một số dịch vụ tiện ích tại Tp. Buôn Ma Thuột sau:

Hệ thống dịch vụ giám sát hình ảnh, video qua mạng viễn thông WIMAX: Hệ thống camera kết nối qua mạng WiMAX và Internet đảm bảo ở bất cứ đâu và bất cứ lúc nào đều có thể giám sát hình ảnh. Hệ thống giao tiếp video và âm thanh hai chiều và qua mạng viễn thông WIMAX cùng các phần mềm quản lý và thực hiện cuộc gọi (Video conferencing)

Hệ thống dịch vụ thông tin vị trí LBS qua mạng viễn thông WIMAX: Dịch vụ thông tin vị trí LBS sử dụng thiết bị di động kết nối với GIS Server qua Internet/Intranet thực hiện chức năng dẫn đường và những thông tin khác liên quan vị trí.

Hệ thống đo giám sát các thông số môi trường sản xuất qua mạng viễn thông WIMAX: Hệ thống gồm các trạm đo giám sát thông số môi trường sản xuất (đất, khí, nước trong các lô trồng café, hồ tiêu, cao su,... hoặc các thông số dây chuyền sản xuất) được xây dựng trên các nền công nghệ PLC điều khiển giám sát, thu thập số liệu và công nghệ PSoC cho các module cảm biến đo lường. Hệ phần mềm SCADA giám sát và điều khiển thực hiện đo các thông số môi trường sản xuất và kết nối không dây với Trung tâm giám sát và điều khiển qua mạng viễn thông WiMAX.

Ngoài ra với việc triển khai thử nghiệm hạ tầng viễn thông WiMAX còn đảm bảo thêm dịch vụ truy cập internet không dây băng thông rộng qua mạng viễn thông WiMAX.

Sản phẩm đề tài:

Các bài báo đã công bố (liệt kê):

[1] Đỗ Anh Tuấn, Nguyễn Đăng Chung, Nguyễn Thành Long, Chu Ngọc Liêm, Thái Quang Vinh, Phạm Ngọc Minh, “Nghiên cứu thiết kế trạm đo giám sát các thông số môi trường sản xuất qua mạng không dây băng rộng WIMAX”, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia lần thứ XV: Một số vấn đề chọn lọc của Công nghệ thông tin và truyền thông- Hà Nội, 03-04/12/2012.

[2] Đỗ Anh Tuấn, Nguyễn Đăng Chung, Nguyễn Thành Long, Chu Ngọc Liêm, Phạm Ngọc Minh, Thái Quang Vinh, “Nghiên cứu và phát triển hệ thống giám sát môi trường trên nền mạng di động không dây băng thông rộng WIMAX 4G”, Kỷ yếu Hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về Cơ Điện tử - VCM-2012.

[3] Thái Quang Vinh, Phạm Ngọc Minh, Nguyễn Tiến Phương, Phạm Thanh Giang, Phạm Quang Anh, “Xây dựng mô hình dịch vụ đa phương tiện và giám sát môi trường qua mạng không dây băng rộng WIMAX tại khu vực Tây Nguyên”, Tạp chí Tự động hóa ngày nay, ISSN: 1859-0551, số 145, tháng 1+2/2013, trang 42-47.

[4] Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Thanh Giang, “Đảm bảo chất lượng dịch vụ các luồng camera giám sát thích nghi theo băng rộng”, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia lần thứ XV: Một số vấn đề chọn lọc của Công nghệ thông tin và truyền thông- Hà Nội, 03-04/12/2012.

[5] Vũ Dương Tùng, Đặng Văn Đức, Nguyễn Tiến Phương, Vũ Trọng Sinh, Trần Mạnh Trường, “Phát triển dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) trên nền tảng điện toán đám mây”, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia lần thứ XV: Một số vấn đề chọn lọc của Công nghệ thông tin và truyền thông- Hà Nội, 03-04/12/2012.

Các bằng sáng chế, giải pháp hữu ích (liệt kê):

[1] Công văn Số 59631/QĐ-SHTT ngày 06/10/2014 của Cục Sở hữu trí tuệ - Bộ Khoa học và Công nghệ về việc chấp nhận đơn hợp lệ cho giải pháp hữu ích “Phương pháp nâng cao chất lượng truyền dữ liệu đa phương tiện thích ứng theo băng thông”.

[2] Công văn Số 63300/QĐ-SHTT ngày 22/10/2014 của Cục Sở hữu trí tuệ - Bộ Khoa học và Công nghệ về việc chấp nhận đơn hợp lệ cho giải pháp hữu ích “Phương pháp giám sát môi trường trên nền tảng điện toán đám mây qua mạng viễn thông không dây WiMAX”

Các sản phẩm cụ thể (mô tả sản phẩm, nơi lưu giữ)

Sản phẩm dạng I:

[1] Hạ tầng mạng viễn thông công nghệ WiMAX

Hệ thống truy nhập ASN

• 03Thiết bị thu phát sóng

• 01 Thiết bị ASN Gateway

• 03 Thiết bị truyền dẫn vi ba

• 03 Thiết bị nguồn DC cho nhà trạm

Hệ thống kết nối CSN

• 01 Máy chủ DHCP/DNS

• 01 Bộ định tuyến mạng lõi

• 01 Thiết bị chuyển mạch

• 01 Thiết bị nguồn DC cho trung tâm dữ liệu IDC

Thiết bị đầu cuối truy cập băng thông rộng WiMAX/Wifi

• 60 Thiết bị đầu cuối WiMAX/WiFi ngoài trời

• 15 Thiết bị đầu cuối WiMAX/WiFi trong nhà

• 10 Thiết bị đầu cuối USB Dongle

[2]. Trạm đo, thu thập dữ liệu và điều khiển đa kênh ES-RTUTN3: Thu thập dữ liệu đo từ các cảm biến môi trường và truyền dữ liệu không dây về máy chủ qua mạng viễn thông WiMAX

• Nguồn cung cấp: 220 VAC

• Số cổng vào số (DI): 08

• Số cổng ra số (DO): 08

• Số cổng vào tương tự (AI): 08

• Số cổng truyền thông RS232: 01

• Nhiệt độ làm việc: -10 ÷ 700C

• Kết nối không dây: Wifi

• Tích hợp module định vị toàn cầu GPS

• Kết nối với các cảm biến đo môi trường

[3].Hệ thống camera giám sát: Hệ thống sẽ bao gồm các thành phần chức năng chính: chức năng giám sát, chức năng truyền dẫn và chức năng xử lý thông tin

• 03 Camera IP

• 03 Máy trạm cài đặt Video Conference

Sản phẩm dạng II:

[1]. Hệ thống phần mềm cho trung tâm giám sát và điều khiển cung cấp một số dịch vụ giám sát thông số môi trường, trên nền công nghệ bản đồ số, hệ quản trị cơ sở dữ liệu nâng cao (Oracle, SQL Server,...) và công nghệ Web 2.0

• Hiển thị trực quan các thông số đo tại từng vị trí theo tọa độ thu từ GPS trực tuyến trên bản đồ nền thành phố Buôn Ma Thuột. Các thông số đo môi trường và tọa độ vị trí đo được truyền về trung tâm qua mạng viễn thông WiMAX.

• Lưu trữ cơ sở dữ liệu thông số môi trường nồng độ khí CO, CO2, CH4, NOx, SO2, nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất, …v.v theo thời gian thực.

• Thiết lập chế độ cảnh báo cập nhật tức thời, ví dụ cảnh báo mức độ ô nhiễm môi trường theo tiêu chuẩn quản lý của cơ quan chức năng.

• Tạo báo cáo thống kê đảm bảo quy trình quản lý dữ liệu của người dùng theo ngày/tháng/năm.

• Sử dụng công nghệ Web 2.0 đảm bảo khả năng tương tác của người điều hành và khả năng truy cập vào hệ thống từ bất cứ đâu, bất cứ lúc nào.

• Bảo mật và phân quyền hệ thống theo các cấp độ khác nhau.

[2]. Hệ thống phần mềm cho dịch vụ LBS trên máy chủ

• Hiển thị bản đồ số của thành phố Buôn Ma Thuột bao gồm các lớp hành chính, giao thông, du lịch...

• Có khả năng nhận các yêu cầu truy vấn LBS và cung cấp các dịch vụ LBS cho người dân:

• Dịch vụ tìm đường

• Dịch vụ tìm điểm tiện ích xung quanh (ATM, nhà hàng, khách sạn,...)

[3]. Phần mềm cài đặt trên điện thoại di động cung cấp dịch vụ truy vấn LBS

• Gửi các yêu cầu truy vấn dịch vụ LBS

• Dịch vụ tìm đường

• Dịch vụ tìm điểm tiện ích xung quanh (ATM, nhà hàng, khách sạn,...)

• Nhận và hiển thị kết quả truy vấn

[4]. Bản đồ thành phố Buôn Mê Thuột: Thể hiện bản đồ số của thành phố Buôn Ma Thuột bao gồm các lớp hành chính, giao thông, du lịch... cùng các lớp biểu diễn các điểm đo thông số đo nồng độ khí CO, CO2, CH4, NOx, SO2, nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm đất,…v.v và hiển thị theo tọa độ thu từ GPS

[5]. Hệ thống phần mềm Video conference:

• Thực hiện các cuộc gọi tiếng nói trên tầng IP

• Thực hiện hội nghị truyển hình

• Hỗ trợ các tính năng về an ninh, an toàn, có thể mã hóa thông tin voice/video trên đường truyền

[6]. Hệ thống phần mềm Camera giám sát

• Hiển thị thông tin giám sát từ các Camera IP theo thời gian thực

• Lưu trữ thông tin giám sát trong khoảng thời gian nhất định để có thể sử dụng hỗ trợ việc phân tích đánh giá

[7]. Các tài liệu thiết kế kỹ thuật mạng WiMAX

[8]. Tài liệu hướng dẫn quy trình khai thác, vận hành và bảo dưỡng mạng WiMAX

[9]. Bộ số liệu và cơ sở dữ liệu:

• Cơ sở dữ liệu các thông số đo môi trường trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu nâng cao (Oracle, SQL Server,...v.v)

• Cơ sở dữ liệu bản đồ thành phố Buôn Ma Thuột để biểu diễn trên hệ thống (GIS Server)

• Nhật ký theo dõi thí nghiệm, lắp đặt, vận hành và chạy thử

• Các báo cáo theo dõi thí nghiệm

• Phụ lục các phiếu kiểm định chất lượng thiết bị

[10]. Bộ bản vẽ thiết kế tủ điều khiển trạm đo ES-RTUTN3

• Bộ bản vẽ thiết kế tủ điều khiển

• Bộ bản vẽ thi công, lắp đặt tại hiện trường

• Bộ bản vẽ kết nối truyền thông giữa mạng trạm đo ES-RTUTN3 với trung tâm giám sát và điều khiển.

[11]. Luận chứng kinh tế - kỹ thuật

• Phân tích được hiệu quả Kinh tế - Kỹ thuật sản xuất quy mô nhỏ, quy mô công nghiệp.

• Phân tích lợi ích của sản phẩm đề tài trong đời sống xã hội và môi trường.

[12]. Đĩa CDROM: Đĩa CDROM chứa toàn bộ kết quả nghiên cứu của đề tài

Sản phẩm dạng III:

[1] Đỗ Anh Tuấn, Nguyễn Đăng Chung, Nguyễn Thành Long, Chu Ngọc Liêm, Thái Quang Vinh, Phạm Ngọc Minh, “Nghiên cứu thiết kế trạm đo giám sát các thông số môi trường sản xuất qua mạng không dây băng rộng WIMAX”, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia lần thứ XV: Một số vấn đề chọn lọc của Công nghệ thông tin và truyền thông- Hà Nội, 03-04/12/2012.

[2] Đỗ Anh Tuấn, Nguyễn Đăng Chung, Nguyễn Thành Long, Chu Ngọc Liêm, Phạm Ngọc Minh, Thái Quang Vinh, “Nghiên cứu và phát triển hệ thống giám sát môi trường trên nền mạng di động không dây băng thông rộng WIMAX 4G”, Kỷ yếu Hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về Cơ Điện tử - VCM-2012.

[3] Thái Quang Vinh, Phạm Ngọc Minh, Nguyễn Tiến Phương, Phạm Thanh Giang, Phạm Quang Anh, “Xây dựng mô hình dịch vụ đa phương tiện và giám sát môi trường qua mạng không dây băng rộng WIMAX tại khu vực Tây Nguyên”, Tạp chí Tự động hóa ngày nay, ISSN: 1859-0551, số 145, tháng 1+2/2013, trang 42-47.

[4] Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Thanh Giang, “Đảm bảo chất lượng dịch vụ các luồng camera giám sát thích nghi theo băng rộng”, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia lần thứ XV: Một số vấn đề chọn lọc của Công nghệ thông tin và truyền thông- Hà Nội, 03-04/12/2012.

[5] Vũ Dương Tùng, Đặng Văn Đức, Nguyễn Tiến Phương, Vũ Trọng Sinh, Trần Mạnh Trường, “Phát triển dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) trên nền tảng điện toán đám mây”, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia lần thứ XV: Một số vấn đề chọn lọc của Công nghệ thông tin và truyền thông- Hà Nội, 03-04/12/2012.

Địa chỉ ứng dụng:

Địa bàn đề án

Trong 5 tỉnh trực thuộc Tây Nguyên, Đắk Lắk là tỉnh có dân số cao nhất vào khoảng 1,7 triệu người/ tổng diện tích 13.000 km2, là vùng kinh tế phát triển nhất Tây Nguyên với các lợi thế về nông lâm nghiệp như café, cao su, chế biến gỗ…

Tại thời điểm hiện tại, một số dịch vụ băng rộng đã được cung cấp tại tỉnh Đắk Lắk, tuy nhiên không đáp ứng được nhu cầu sử dụng của người dân địa phương, cũng như ban ngành của tỉnh. Vì vậy dự án sẽ tập trung triển khai xây dựng mạng và cung cấp các dịch vụ băng rộng tại thành phố Buôn Ma Thuột, được coi là trung tâm văn hóa xã hội và kinh tế của tỉnh Đắk Lắk.

Quy mô

Vùng phủ sóng: mạng thử nghiệm cho phép triển khai cung cấp dịch vụ trong khu vực phủ sóng 8-10 km2

Loại hình dịch vụ: đề án tập trung thử nghiệm dịch vụ internet băng rộng, dịch vụ WiFi công ích, dịch vụ giám sát bằng camera.

Số thuê bao: hệ thống cho phép kết nối không quá 5000 thuê bao với băng thông 1Mbit/s.

Phạm vi thử nghiệm: Mạng thử nghiệm trong phạm vi khu vực phủ sóng WiMAX có khu vực phủ sóng 8-10 km2 cho phép nghiên cứu đa ứng dụng hoạt động trên nền IP trong nhiều lĩnh vực khác nhau như văn hóa xã hội, giáo dục, y tế, an ninh quốc phòng…