Mạng cảm biến không dây ứng dụng IoT trong nuôi tôm nước lợ

Các tác giả tập trung tổng hợp việc giải mã các công nghệ thông minh trong nuôi trồng thủy hải sản và đề ra một giải pháp tổng thể gồm cả phần cứng và phần mềm cho một hệ thống hoàn chỉnh. Trong bài báo, nhóm tác giả đặc biệt đề xuất việc giải mã công nghệ LoRa (Long Range Radio), một công nghệ mới trong truyền thông. Các kết quả thử nghiệm chứng minh công nghệ này hoàn toàn có khả năng thay thể và áp dụng cho truyền thông trong mạng cảm biến không dây.

Trong thực tế, hoạt động quan trắc thông thường hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu cấp bách quản lý môi trường nuôi tôm chân trắng, vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin hệ cảm biến không dây giám sát môi trường ao nuôi tôm chân trắng khắc phục một số những hạn chế trong công tác quan trắc thực tại là một công việc hết sức có ý nghĩa đối với cộng đồng nuôi tôm thương phẩm công nghiệp.

Nhìn chung, các sản phẩm trên thị trường giá thành vẫn còn rất cao do chưa làm chủ hoàn toàn công nghệ, các hệ thống trong các trung tâm nghiên cứu và các phòng thí nghiệm đưa ra mới còn mang tính thử nghiệm, các nghiên cứu còn mang tính cục bộ riêng lẻ tùy theo từng điều kiện môi trường mà đưa ra các giải pháp khác nhau. Nhược điểm cơ bản của các hệ thống hiện có là:

• Các thiết bị tương đối đắt tiền, không linh hoạt do thiết bị cồng kềnh khó khăn trong việc di chuyển cũng như xử lý.

• Các thiết bị còn rời rạc đơn lẻ nên dữ liệu thu thập được chưa có tính thống kê cao và độ chính xác không cao. Điều này gây khó khăn trong việc tổng hợp báo cáo.

• Chưa tự động hóa việc lấy dữ liệu còn cần sự can thiệp từ phía con người nên kinh phí tốn kém. Dữ liệu không được cập nhật một cách liên tục.

• Các hệ thống đề xuất cũng chưa chú ý tới sự phát triển của các dòng điện thoại thông minh một trong các định hướng phát triển công nghệ cao vào nuôi trồng thủy sản.

• Chưa có bộ cơ sở dữ liệu chuẩn để có thể triển khai đại trà trên các sông hồ nuôi trồng thủy sản.

Trên cơ sở đó, các đóng góp chính của nghiên cứu này là: giải mã được sáng chế về công nghệ xử lý tín hiệu và công nghệ truyền thông không dây LoRa trong mạng cảm biến không dây. Nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ mạng cảm biến không dây phù hợp trong truyền thông dữ liệu. Xây dựng một bộ cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc nuôi tôm nước lợ ở Việt Nam.  Ứng dụng chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp trong lĩnh vực nuôi tôm nước lợ ở Việt Nam.

Trong nghiên cứu này, công nghệ truyền thông mới LoRa lần đầu tiên được nhóm nghiên cứu triển khai cho hệ thống mạng cảm biến không dây. Với lợi thế truyền bằng sóng vô tuyến theo phương thức P2P (peer to peer – mạng ngang hàng) không phụ thuộc vào các yêu cầu về cơ sở hạ tầng của nhà cung cấp dịch vụ, LoRa là công nghệ truyền thông không dây mới, được xây dựng để thiết lập kết nối vô tuyến ở khoảng cách rất xa (đến 10 km, trong tầm nhìn thẳng) cho các thiết bị thông minh trong bối cảnh phát triển ứng dụng IoT (Internet of Things) cho các thiết bị dùng nguồn pin, yêu cầu tiêu thụ năng lượng thấp.

Kết quả nghiên cứu đã trình bày việc giải mã và ứng dụng công nghệ LoRa trong truyền thông. Mục tiêu là thiết kế, chế tạo module truyền thông LoRa tích hợp vào thiết bị IoT, xây dựng một số thuật toán cho Node và Gateway để kết nối nhiều thiết bị thành một hệ thống mạng và kết nối với các hệ thống mạng khác để tạo thành một hệ thống IoT hoàn chỉnh. Hệ thống đạt được các kết quả như truyền dữ liệu giữa các thiết bị IoT tích hợp module LoRa với GateWay, xây dựng bản tin truyền và nhận có Protocol đã định sẵn, xây dựng được mạng hình sao sử dụng công nghệ truyền thông LoRa, truyền dữ liệu từ các nút đến gateway theo kết nối mạng hình sao, truyền nhận dữ liệu chính xác, ổn định, phát triển thuật toán đa truy nhập, tìm ra được các nguyên nhân gây mất dữ liệu và khắc phục. Từ kết quả có được trong quá trình kiểm thử, có thể đúc rút ra một số điểm yếu còn tồn tại cũng như phương hướng cải tiến để sản phẩm có độ hoàn thiện cao hơn dựa theo các thuật toán.