IoT Gateway Platform các ứng dụng: (Phần 3) Wireless Bridge của STMicroelectronics

IoT Gateway Interfacesterfaces

Chúng tôi trình bày ở đây một thiết kế linh hoạt vơi mục đích theo dõi dữ liệu cảm biến và điều khiển. Là một ứng dụng điển hình và không cần những yêu cầu đặc biệt nào về bảo mật hay độ tin cậy.

Wireless Bridge IoT Gateway

Wireless Bridge là STM32 dự trên giải pháp Platform IoT Gateway như trong hình 1 với nhiều kỹ thuật kết nối khác nhau. Hệ thống bao gồm Bluetooth, Wi-Fi, Sub-GHz và Near Field Communication. Mỗi một kỹ thuật kết nối có lợi điểm riêng của nó. Wi-Fi dùng để trao đổi giữa các vật (Things) hoặc dữ liệu Node trên Cloud Platform thông qua Gateway Platform. Bluetooth được dùng cho kết nối của Things và dữ liệu Node với Android App thông qua Gateway Platform và Sub-GHz được dùng đề trong đổi giữa Gateway Platforom và Things hoặc Node. Bluetooth Wi-Fi và Sub-GHz module đường dùng trong Wireless Bridge Platform kết nối với STM32 thông qua đường UART và NFC tranceiver kết nối với STM32 thoog qua SPI. Thử thách lớn nhất cho vi điều khiển STM32 là làm việc với nhiều thiết bị giao tiếp mà không bị trễ (delay), đáp ứng tất cả các request một cách hiệu quả. Cấu trúc trên giúp chung tao thấy những yêu cầu sử dụng khác nhau trên nhưng kỹ thuật truyền thông khác nhau. Lớp ứng dụng được thêm vào giải pháp Gateway hoạt động nhưng một cầu nối Ứng dụng Cloud và Things. Contiki OS đượng dùng cho 6LoWPAN network. Ứng dụng smartphone kêt nối với Gateway board thông qua giao thức Bluetooth.

Cấu thành của giao tiếp

Sub-GHz Module

Kết nối giữa Gateway và Things dựa trên Sub-GHz sử dụng module SPIRIT1 trên mạng 6loWPAN. SPIRIT1 module là ultra-low power (siêu tiết kiện năng lượng) và được tích hợp đầy đủ tính năng RF băng tầng ISM 868 MHz/ 915 MHz. Những module này dựa trên SPIRIT1 RF Sub-GHz tranceiver (được tích hợp SMPS), vi điều khiển STM32L, tích hợp filter/balun và chip antenna. Interface của UART host cho phép kết nối đơn giản với vi điều khiển ngoài với một firmware chuẩn, cho phép AT command để thiết lập RF, truyền nhận dữ liệu, sử dụng kết nối point-to-point đơn giản.

Wi-Fi Module

Wi-Fi Module kết nối Wireless Bridge Gateway với  Cloud Application. Module Wi-Fi thông minh SPWF01Sx là một giải pháp standalone plug and play 802.11 b/g/n được tích hợp PA và một vi điều kiện STM32 32-bit. Những module còn được kết hợp thêm clock và điều chỉnh điện áp.

Kết nối vùng gần

Gateway có CR95HF transceiver sử dụng thiết bị NFC reader/writer để kết nối với NFC Passive Tag trên Things cho mục đích thiết lập. CR95HF là thiết bị tranceiver 13.56-MHz multi-protocol không tiếp xúc.

Bluetooth Module

Module Bluetooth SPBT2632Cxx cung cấp RF platform đầy đủ và kích thước nhỏ gọn. Được dùng trong ứng dụng nhà tự động để kết nối với các thiết bị Bluetooth và smart phone.

Cấu trúc của Things

Things trong giải pháp này dựa trên platform Multi Sensor-RF có 2 phần (STEVAL-ID002V2 và STEVAL-ID003V2). STEVAL-IDI002V2 là board master gồm có một vi điều khiển STM32L1 Cotex-M3, dual-EEPROM và interface giao tiếp Sub-GHz. STM32L1 chạy Contiki3x trên 6LoWAN stack. Nó được chọn vì nó tiêu thụ năng lượng rất thấp. Dual Interface EEPROM cho phép nhiều sensor RF platform để lưu dữ liệu từ cảm biến và nhận một  tùy biến để người dùng truy cập dữ liệu sử dụng một NFC từ Smart Phone.

STEVAL-IDI003V2 bao gồm nhiều cảm biến như MEMS Accelerometer, MEMS Pressure, MEMS Humidity, MÉM Microphone và cảm biến ánh sáng. Toàn bộ hệ thông được cấp nguồn bởi một cell pin Li-Ion.

Figure 2 : RF Sensor Node (Thing)

Platform cho nhiều sensor-RF làm việc như là ‘Thing’ với module Sub-GHz trên Wireless Bridge (Gateway) hoạt động như là một Root Node trên mạng 6LoWPAN. Node cảm biến đọc dữ liệu cảm biến và truyền đến Root Node thông qua mạng 6LoWPAN. Node cũng có cái GPIO có để điều khiển.

IoT Gateway có kết nối local và remote để truy cập dữ liệu cảm biến và điều khiển trên các node.

IoT Gateway Interfacesterfaces
IoT Gateway Interfacesterfaces

Web Access

Một người dùng từ xa có thể xem dữ liệu cảm biến và gửi lệnh điều khiển thông qua web interface cung cấp bởi Management Server.

Android Application

Người dùng ở gần có thể truy cập các node thông qua kết nối Bluetooth trên smart phone. Một ứng dụng mobile có thể được dùng để pair với điện thoại qua Wireless Bridge platform và truy cập các chứ năng của node.

NFC Support

Wireless Bridge có NFC reader/writer. Chức năng này có thể dùng để thiết lập các node (kênh radio…) và Gateway (Wi-Fi và BT settings…)

Thiết kế của ứng dụng Management Server

Chúng tôi cũng thiết kế một ứng dụng cloud gọi là ST CloudBridge làm việc như một cầu nối  giữa Things hoặc Node cảm biến/acturator và người dùng cuối. Sơ đồ khối của ứng dụng Cloud được trình bày trong Hình 3. Things hoặc Node tải dữ liệu lên ST CloudBridge và nhận lệnh và các thông tin thiết lập. Người dùng cuối có thể theo quan sát chuỗi dữ liệu cảm biến, cũng có thể thiết lập hẹn giờ cho các trường hợp khác nhau. Platform còn kích hoạt việc provisioning, điều khiển, thiết lập của các node. Cloud Bridge có 2 phần chính: module thiết bị và module web. Module thiết bị tương tác với node cảm biến hay actuator và Module Web xử lý web và mobile client của người dùng đầu cuối. Các module tương tác với những thứ khác thông qua sử dụng các đối tượng được share hoặc bus dịch vụ Cloud. Giải pháp này chạy lớp trên của platform website Azure. Ứng dụng Cloud có tính năng bảo mật cho phép làm việc với các node đã đăng ký với dữ liệu được giữ toàn vẹn. Ứng dụng Cloud dùng các API dựa trên chuẩn REST nối với “Things” thông qua IoT Gateway

Điều quan trọng cho ứng dụng quản lý IoT hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp. Chúng ta có các module cho việc quản lý thiết bị, theo dõi, báo cáo và provioning.

IaaS là giải pháp hay của các ứng dụng hosting cloud vì cái biến tải vốn có của ứng dụng Iot. Có nhiều nhà cung cấp cloud đang cung cấp các service đặt biệt IoT giúp cho việc phát triển và bảo trì các ứng dụng IoT càng trở nên tiện lợi.

Cloud Application cho Node Management
Cloud Application cho Node Management

Các bài trong series

Phần 1: Giới thiệu và những thử thách
Phần 2: Giải pháp
Phần 3: Wireless Bridge của STMicroelectronics
Phần 4: Ứng dụng và kết luận

Tham khảo: electronicofthings.com

Comments

linhkienbachkhoa

Comments