Điện toán đám mây

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN

NỀN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

Sinh viên thực hiện: TRẦN DUY LONG

Lớp: CN DTTT2-K56

SHSV: 20116137

Giảng viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN VIỆT ANH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN


Sinh viên thực hiện: TRẦN DUY LONG

Lớp: CN DTTT2-K56

Giảng viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN VIỆT ANH

Cán bộ phản biện:

Hà Nội, 5/2015

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên đánh giá:......................................................

Họ và tên Sinh viên:................................................ MSSV:…………………

Tên đồ án: ................................... ................................... ...................................

…………………………………………………………………………………..

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:

Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và

các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như

phạm vi ứng dụng của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả

đạt được1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp

thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ

thống

1 2 3 4 5

6Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết

quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng.1 2 3 4 5

7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa

kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp

lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong

tương lai.

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

8 Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương

logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,

có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu

1 2 3 4 5

chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có

trích dẫn đúng quy định

9Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa

học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa

học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng

phát minh sáng chế

5

10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở

lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế

khác về chuyên ngành như TI contest.

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng /50

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh

thần làm việc của sinh viên)

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.............................................................................................

Ngày: / /201

Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Giảng viên đánh giá:......................................................

Họ và tên Sinh viên:................................................ MSSV:…………………

Tên đồ án: ................................... ................................... ...................................

…………………………………………………………………………………..

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:

Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và

các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như

phạm vi ứng dụng của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả

đạt được1 2 3 4 5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp

thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ

thống

1 2 3 4 5

6Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết

quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng.1 2 3 4 5

7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa

kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp

lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong

tương lai.

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

8 Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương

logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,

1 2 3 4 5

có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu

chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có

trích dẫn đúng quy định

9Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa

học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa

học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng

phát minh sáng chế

5

10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở

lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế

khác về chuyên ngành như TI contest.

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng /50

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

.............................................................................................

Ngày: / /201

Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay nhu cầu về tiết kiệm năng lượng trở nên hết sức cấp thiết, trong đó

việc đo lường tiêu thụ năng lượng điện là một trong các yếu tố để kích thích việc

tiết kiệm. Theo các nghiên cứu trên thế giới, nếu người dùng biết được lượng điện

tiêu thụ trong thời gian thực và nhận được các cảnh báo đúng thời điểm thì có thể

tiết kiệm từ 5-20% tiêu thụ.

Để góp phần triển khai thành công Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và

hiệu quả, ngày 08/11/2012 Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt đề án phát triển Lưới

điện Thông minh tại Việt Nam, với mục tiêu: “Phát triển lưới điện thông minh với

công nghệ hiện đại nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện;

góp phần trong công tác quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng năng lượng

tiết kiệm và hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu

tư vào phát triển nguồn và lưới điện; tăng cường khai thác hợp lý các nguồn tài

nguyên năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ môi

trường và phát triển kinh tế - xã hội bền vững”.

Như vậy, có thể thấy Việt Nam không đứng ngoài xu thế chung của thế giới

về sử dụng năng lượng hiệu quả và phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, và việc

phát triển các giải pháp cho phép quản lý, sử dụng hiệu quả năng lượng đồng thời

có khả năng tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo là nhu cầu cấp bách đối với nền

kinh tế Việt Nam trong giai đoạn hiện nay.

Ý thức được các nhu cầu của xã hội cùng với xu hướng công nghệ của thế

giới, em đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Hệ thống quản lý năng lượng trên nền điện

toán đám mây” và đã đạt được một số kết quả hứa hẹn. Tuy nhiên do thời gian và

trình độ có hạn, đồ án không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự góp ý

của các thầy cô giáo cùng các bạn .

Sinh viên

Trần Duy Long

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trong đồ án này em đã trình bày và hoàn thành các nội dung sau :

- Xây dựng hạ tầng S.M.A.C

- Thiết kế cơ chế truyền thông để đồng bộ dữ liệu giữa các thiết bị phần cứng

và hệ QLNL

- Bước đầu đánh giá được hiệu năng hoạt động của hệ thống

Để thiết kế và xây dựng thành công hệ thống QLNL trên nền Điện toán đám mây,

em đã sử dụng phương pháp nghiên cứu sau:

- Khảo sát những nghiên cứu hiện có

- Triển khai thực nghiệm dựa trên các mô hình chạy thật.

- Giả lập môi trường với số lượng tải lớn, đo và tính toán hiệu năng, thời gian

đáp ứng của hệ thống. Từ đó đánh giá hiệu năng hệ thống.

- Sử dụng hạ tầng Điện toán đám mây của Microsoft với khả năng mở rộng

không giới hạn kích cỡ hệ thống.

Đồ án được tổ chức thành 4 chương như sau:

Chương 1: Nghiên cứu khái quát về Quản lý năng lượng và Điện toán đám

mây. Phân tích các mô hình quản lý năng lượng hiện có và xu hướng công

nghệ của thế giới.

Chương 2: Phân tích thiết kế hệ thống phần mềm Quản lý năng lượng, phân

tích nhu cầu của người dùng từ đó đưa ra giải pháp mô hình sử dụng hạ tầng

đám mây.

Chương 3: Xây dựng giao thức kết nối các thiết bị phần cứng và hệ thống

phần mềm QLNL, tích hợp hệ thống phần mềm quản lý năng lượng trên máy

chủ ảo hóa,

Chương 4: Đưa ra các kết quả nghiên cứu, phương pháp thử nghiệm và đánh

giá hoạt động của hệ thống.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................

TÓM TẮT ĐỒ ÁN.......................................................................................................

MỤC LỤC.....................................................................................................................

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT............................................................................................

DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................

DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................

PHẦN MỞ ĐẦU...........................................................................................................

CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU VỀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG VÀ ĐIỆN TOÁN

ĐÁM MÂY.................................................................................................................3

1.1 Quản lý năng lượng...........................................................................................3

1.1.1 Khái niệm Hệ thống Quản lý năng lượng..................................................3

1.1.2 Các mô hình Quản lý năng lượng..............................................................3

1.1.2.1 Home Energy Management System (HEMS) – Hệ thống quản lý

năng lượng trong nhà......................................................................................3

1.1.2.2 Building Energy Management System (BEMS).................................5

1.1.3 Đánh giá.....................................................................................................7

1.2 Tổng quan về Điện toán đám mây....................................................................8

1.2.1 Khái niệm...................................................................................................8

1.2.2 Thành phần...............................................................................................10

1.2.3 Mô hình kiến trúc trong điện toán đám mây............................................10

1.2.3.1 Phần mềm như dịch vụ......................................................................10

1.2.3.2 Nền tảng như dịch vụ........................................................................12

1.2.3.3 Hạ tầng như dịch vụ..........................................................................14

1.3 S.M.A.C – Nền tảng phát triển công nghệ thông minh...................................15

1.3.1 Khái niệm về S.M.A.C.............................................................................15

1.3.2 Nhu cầu S.M.A.C.....................................................................................16

1.3.3 S.M.A.C tại Việt Nam..............................................................................16

1.4 Nền tảng dịch vụ Microsoft Azure..................................................................17

1.4.1 Giới thiệu Microsoft Window Azure.......................................................17

1.4.2 Azure Services Platform..........................................................................18

1.4.3 Các thành phần của Window Azure.............................................................22

1.5 Kết luận...........................................................................................................26

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG......................27

2.1 Thiết kế phần mềm..........................................................................................28

2.1.1. Thiết kế kiến trúc hệ thống.....................................................................28

2.1.2. Thiết kế cơ chế đồng bộ dữ liệu giữa các thiết bị đầu cuối và hệ QLNL

...........................................................................................................................30

2.1.2.1 Cơ chế đồng bộ dữ liệu giữa GS và GEMS......................................32

2.1.2.2 Cơ chế đồng bộ dữ liệu giữa GM, GG và GEMS.............................33

2.1.3 Thiết kế Cơ sở dữ liệu..............................................................................35

2.1.4 Thiết kế chi tiết hệ thống..........................................................................39

2.1.4.1 Yêu cầu chức năng............................................................................39

2.1.4.2 Quản lý năng lượng trong một vùng dịch vụ (Service Area - SA).. .40

2.1.4.3 Cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng (GTGT) khác liên quan đến

QLNL............................................................................................................40

2.1.4.4 Quản lý dịch vụ và hệ thống.............................................................40

2.1.5 Yêu cầu hiệu năng....................................................................................41

2.1.6 Lớp người dùng và các thuộc tính............................................................41

2.1.7 Sơ đồ mô tả Usecase................................................................................43

2.1.8 Môi trường hoạt động..............................................................................45

2.2 Thiết kế hạ tầng đám mây...............................................................................45

2.2.1 Lựa chọn mô hình dịch vụ đám mây........................................................45

2.2.2 Thiết kế mô hình dịch vụ.............................................................................47

2.3 Kết luận...........................................................................................................48

CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN NỀN

ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY........................................................................................49

3.1 Hệ thống thiết bị đầu cuối...............................................................................49

3.1.1 Thiết bị đo Green Meter...........................................................................49

3.1.2 Thiết bị Gateway Green Gate...................................................................51

3.1.3 Thiết bị đo và chấp hành thông minh Green Socket................................52

3.2 Xây dựng hệ thống dịch vụ quản lý năng lượng GEMS.................................55

3.2.1 Thiết lập hệ thống máy chủ trên Microsoft Azure.......................................55

3.3 Kết luận...........................................................................................................57

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ.....................................58

4.1 Kết quả nghiên cứu.........................................................................................58

4.1.1 Giao diện phục vụ người dùng (Front-end).............................................58

4.1.2 Giao diện quản trị (Back-end)..................................................................59

4.2 Phương pháp thử nghiệm đánh giá hệ thống...................................................60

4.3 Một số kịch bản thử nghiệm............................................................................63

4.3.1 Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GM......................................63

4.3.2 Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo và chấp hành thông minh GS

...........................................................................................................................65

4.3.3 Thử nghiệm chức năng phần mềm...........................................................68

4.3.4 Thử nghiệm đánh giá cân bằng tải của hệ thống đám mây......................71

4.4 Kết luận.......................................................................................................76

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..................................................77

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................79

CHƯƠNG 1. THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

A

AP Access Point Thiết bị điểm truy cập WiFi

B

BEMS Building Energy Management System Hệ thống QLNL tòa nhà

E

EMS Energy Management System Hệ thống QLNL

G

GEM

OGreen Energy Management Mobile

Hệ thống QLNL xanh cho thiết

bị di động

GEMS Green Energy Management System Hệ thống QLNL xanh

GM Green Meter Thiết bị đo năng lượng xanh

GG Green Gate Thiết bị Gateway

GS Green Socket Thiết bị đo và chấp hành

H

HEMS Home Energy Management System Hệ thống QLNL cho hộ gia

đình

HVAC Heating, ventilation and air

conditioning.

Sưởi ấm, thông gió và điều hóa

không khí.

I

IaaS Infrastructure as a Services Hạ tầng như dịch vụ

ICN Information Centric Network

IoT Internet of Things

M

MOS Mean opinion Score Đánh giá mức độ hài lòng

PaaS Platform as a Services Nền tảng như dịch vụ

S

SaaS Software as a Services Phần mềm như dịch vụ

SM Smart Grid Lưới điện thông minh

SMAC Social-Mobility-Analysis-Cloud Nền tảng phát triển thông minh

T

TOU Time Of Using Thời gian sử dụng

V

VAS Value-added Service Dịch vụ GTGT

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Mô hình HEMS .........................................................................................4

Hình 1-2: Mô hình hệ thống HEMS kết nối tới lưới điện thông minh ......................5

Hình 1-3: Hệ thống quản lý năng lượng trong tòa nhà BEMS ..................................6

Hình 1-4: Các thành phần chính của BEMS ..............................................................7

Hình 1-5: Các ứng dụng đám mây..............................................................................9

Hình 1-6. Mô hình kiến trúc.....................................................................................10

Hình 1-7: SaaS cung cấp dịch vụ cho khách hàng....................................................11

Hình 1-8: PaaS cho phép khách hàng truy cập vào một nền tảng trên nên điện toán

đám mây....................................................................................................................12

Hình 1-9: IaaS cho phép nhà cung cấp dịch vụ thuê những tài nguyên phần cứng. .14

Hình 1-10: Khái niệm S.M.A.C................................................................................15

Hình 1-11: Azure Services Platform ........................................................................18

Hình 1-12: Windows Azure cung cấp dịch vụ tính toán và lưu trữ cho ứng dụng

đám mây ...................................................................................................................19

Hình 1-13: SQL Azure cung cấp các dịch vụ định hướng dữ liệu trong đám mây...20

Hình 1-14: Windows Azure platform AppFabric cung cấp cơ sở hạ tầng dựa trên

đám mây được sử dụng bởi ứng dụng đám mây và ứng dụng on-premise ..............21

Hình 1-15: Các thành phần của Window Azure ......................................................22

Hình 1-16: Các loại thực thể của Compute Service .................................................23

Hình 1-17: Dịch vụ lưu trữ trong Window Azure ...................................................25

Hình 2-1: Kiến trúc hệ thống quản lý năng lượng....................................................29

Hình 2-2: Biểu đồ tuần tự (Sequence Diagram) của giao thức GS-GEMS..............32

Hình 2-3: Biểu đồ tuần tự (Sequence Diagram) của giao thức truyền giữa..............34

Hình 2-4: Sơ đồ kết nối CSDL..................................................................................35

Hình 2-5: Sơ đồ Usecase hệ thống............................................................................43

Hình 2-6: Sơ đồ Usecase chức năng quản lý người dùng.........................................43

Hình 2-7: Sơ đồ Usecase chức năng quản lý thiết bị................................................44

Hình 2-8: Sơ đồ Usecase chức năng quản lý giá điện...............................................44

Hình 2-9: Pizza như một dịch vụ..............................................................................46

Hình 2-10: Mô hình hệ thống chưa ảo hóa...............................................................47

Hình 2-11: Mô hình dịch vụ Quản lý năng lượng trên nền ảo hóa...........................48

Hình 3-1: Thiết bị đo thông minh Green Meter........................................................50

Hình 3-2: Sơ đồ khối của thiết bị GREEN METER.................................................50

Hình 3-3: Thiết bị Green Gate..................................................................................51

Hình 3-4: Sơ đồ khối sản phẩm GREEN GATE......................................................52

Hình 3-5: Thiết bị đo và chấp hành thông minh Green Socket.................................53

Hình 3-6: Sơ đồ khối của sản phẩm GREEN SOCKET...........................................54

Hình 3-7: Mô hình hạ tầng ảo hóa ...........................................................................55

Hình 3-8: Cấu hình máy ảo Window Server 2012....................................................56

Hình 3-9: Cân bằng tải tự động theo CPU hệ thống.................................................57

Hình 4-1: Giao diện giám sát hệ thống.....................................................................58

Hình 4-2: Giao diện điều khiển thiết bị....................................................................59

Hình 4-3: Giao diện quản trị hệ thống......................................................................59

Hình 4-4: Giao diện quản trị người dùng..................................................................59

Hình 4-5: Giao diện quản lý thiết bị.........................................................................60

Hình 4-6: Giao diện quản lý giá điện........................................................................60

Hình 4-7: Mô hình kết nối hệ thống..........................................................................61

Hình 4-8: Mô hình thử nghiệm thực tế.....................................................................62

Hình 4-9: Thử nghiệm dữ liệu thu được với thiết bị GM và tải lập trình được........63

Hình 4-10: Thử nghiệm điều khiển bật tắt thiết bị qua internet................................65

Hình 4-11: Mô hình QLNL cho tòa chung cư mini..................................................72

Hình 4-12: Phần mềm giả lập mạng.........................................................................73

Hình 4-13: Kết quả hiệu năng hoạt động hệ thống với tải lớn..................................74

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2-1: dataRT......................................................................................................35

Bảng 2-2: devices......................................................................................................36

Bảng 2-3: devicegroups............................................................................................37

Bảng 2-4: controlling_status.....................................................................................37

Bảng 2-5: controlling_type.......................................................................................38

Bảng 2-6: controlling_image....................................................................................38

Bảng 2-7: electricity_prices......................................................................................38

Bảng 2-8: electricity_prices_groups.........................................................................39

Bảng 2-9: statistic.....................................................................................................39

Bảng 2-10: Lớp người dùng và các thuộc tính..........................................................42

Bảng 4-1: Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GM......................................64

Bảng 4-2: Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GS.......................................66

Bảng 4-3: Bảng đánh giá mức độ hài lòng của người dùng (MOS) đôi với thiết bị

GM............................................................................................................................67

Bảng 4-4: Bảng đánh giá mức độ hài lòng của người dùng (MOS) đôi với thiết bị

GS.............................................................................................................................68

Bảng 4-5: Thử nghiệm chức năng hệ thống phần mềm Front-end...........................69

Bảng 4-6: Thử nghiệm chức năng hệ thống phần mềm Back-end............................70

PHẦN MỞ ĐẦU

Hiện nay hệ thống quản lý năng lương (EMS) đang trở lên phổ biến, phục vụ

cho không chỉ các tòa nhà mà cả các hộ gia đình, thậm chí cả các mạng điện nhỏ

(microgrid). Đối với các hệ thống quy mô nhỏ và vừa HEMS (Home Energy

Management System) hoặc BEMS (Building Management System) vẫn chỉ là

những dịch vụ nhỏ lẻ theo từng giải pháp với giá thành cao. Trong khi đó, các hệ

thống QLNL có thể dùng chung hạ tầng CNTT để giảm chi phí vận hành và chi phí

đầu tư ban đầu, thậm chí có thể dùng dưới dạng dịch vụ thay cho việc đầu tư cả hệ

thống đầy đủ. Các thiết bị phần cứng có thể sử dụng nền tảng mã nguồn mở, khi đó

giá trị thu được cho các nhà cung cấp giải pháp không phải là Hardware mà là “dịch

vụ”, khi đó các thiết bị phần cứng sẽ tự tương thích với nhau theo một chuẩn chung.

Ý tưởng này đã từng được Google và Micsoft thử nghiệm với các dự án

Google Power Meter & Microsoft Ohm vào những năm 2008-2009. Tuy nhiên các

dự án này chưa được thành công như mong muốn do nhiều nguyên nhân, ví dụ như:

công nghệ lưới điện thông minh và BigData chưa phổ biến và thị trường Quản lý

năng lượng chưa sẵn sàng cho những cải tiến công nghệ đột phá. Hiện nay, khi lưới

điện thông minh đã trở thành một trào lưu mới của thế giới thì nhiều công ty công

nghệ hàng đầu của thế giới như Cisco, IBM, Google, Microsoft đã có những chiến

lược để tiếp cận thị trường đầy tiềm năng này.

Trong một vài năm trở lại đây, ngành CNTT thế giới đang sôi động với xu

hướng công nghệ S.M.A.C được hình thành dựa trên sự hội tụ của 4 thành tố: S -

Social (xã hội), M - Mobility (di động), A - Analytics (phân tích dữ liệu lớn) và C -

Cloud (điện toán đám mây). Đó là nền tảng lý tưởng cho việc phát triển các ứng

dụng quản lý năng lượng trên nền điện toán đám mây để chuẩn bị cho trào lưu Lưới

điện thông minh - SmartGrid, được coi như cuộc cách mạng internet trong ngành

năng lượng (Internet of Energy).

Nhận thức được xu hướng đó, em đã lựa chọn đề tài “Hệ thống quản lý

năng lượng trên nền điện toán đám mây” với mục tiêu là xây dựng một hạ tầng

Đề tài: Hệ thống quản lý năng lượng trên nền Điện toán đám mây 1

(S.M.A.C) để cung cấp dịch vụ QLNL hướng đến một nền tảng SmartGrid trong

tương lai. Các mục tiêu nghiên cứu cụ thể là:

- Xây dựng hạ tầng hỗ trợ BigData

- Cung cấp nền tảng cho dịch vụ QLNL và các ứng dụng GTGT


CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU VỀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG VÀ ĐIỆN

TOÁN ĐÁM MÂY

2.1 Quản lý năng lượng

2.1.1 Khái niệm Hệ thống Quản lý năng lượng

Hệ thống Quản lý năng lượng là một hệ thống máy tính được thiết kế dành

riêng cho điều khiển tự động và giám sát các thiết điện có mức tiêu thụ năng lượng

đáng kể như hệ thống điều hòa, thông gió và hệ thống đèn chiếu sáng trong một tòa

nhà. Phạm vi có thể mở rộng từ một tòa nhà đến một nhóm các tòa nhà như trường

học, văn phòng, trung tâm thương mại hoặc các nhà máy. Phần lớn các hệ thống

quản lý năng lượng còn cho phép đo lường các thông số tiêu thụ điện, nước và khí

gas. Các thông số đo được có thể được sử dụng để đưa ra các phân tích và dự đoán

về lượng điện sử dụng trong tương lai, từ đó đưa ra phương án sử dụng năng lượng

một cách tối ưu và hiệu quả.

Hệ thống Quản lý năng lượng cũng thường được sử dụng cho các tổ chức, cá

nhân, cơ quan, … để theo dõi, đo lường và kiểm soát điện năng tiêu thụ. Từ đó có

thể phát hiện sớm lãng phí điện năng và nâng cao ý thức sử dụng tiết kiệm điện.

2.1.2 Các mô hình Quản lý năng lượng

2.1.2.1 Hệ thống quản lý năng lượng trong nhà (HEMS)

Một trong những giải pháp phát triển nhanh nhất trong thời kỳ lưới điện

thông minh (Smart Grid) là quản lý năng lượng trong nhà. Một trong những yếu tố

then chốt của chiến lược kinh doanh hướng tới lưới điện thông minh là “năng lượng

hiệu quả” (Energy Efficiency) và “Đáp ứng nhu cầu” (Demand Response).

Với chi phí năng lượng ngày càng tăng cao và nhu cầu sử dụng năng lượng

của con người vượt xa khả năng cung cấp điện của ngành điện lực, người tiêu dùng

trên thế giới đang tìm cách để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng của họ và muốn

thực hiện điều đó một cách dễ dàng và đơn giản nhất có thể. HEMS cung cấp cho

người dùng một con đường để theo dõi và kiểm soát chi phí năng lượng của họ.


Hình 1-1: Mô hình HEMS

HEMS là một hệ thống bao gồm các sản phẩm hoặc dịch vụ giám sát, kiểm

soát, phân tích năng lượng trong tòa nhà. Định nghĩa này bao gồm cả các chương

trình nhà ở tiện ích (residential utility demand response programs), dịch vụ nhà tự

động (home automation services), quản lý năng lượng cá nhân (personal energy

management), phân tích dữ liệu và trực quan (data analysis and visualization), kiểm

toán và các dịch vụ bảo mật liên quan.

Khi hệ thống HEMS được kết nối tới hệ thống lưới điện thông minh của điện

lực, khách hàng có thể tham gia vào chương trình Demand Respond để hạn chế lãng

phí điện trong giờ cao điểm. Khi đó hệ thống HEMS sẽ kết nối tới các thiết bị đo

thông minh (Smart Meter - SM), các thiết bị SM gửi tín hiệu cho phép nhà điện có

thể bật tắt các tải với độ ưu tiên thấp và giữ lại các tải có độ ưu tiên cao hơn. Thay

vào đó, người dùng được hưởng những ưu đãi từ nhà cung cấp điện như được sử

dụng điện với giá rẻ hơn, …


Hình 1-2: Mô hình hệ thống HEMS kết nối tới lưới điện thông minh

2.1.2.2 Hệ thống quản lý năng lượng trong tòa nhà (BEMS)

Hệ thống quản lý năng lượng trong tòa nhà (BEMS) là hệ thống tinh vi cho

phép quản lý, kiểm soát và giám sát các dịch vụ kỹ thuật trong tòa nhà (HVAC, các

thiết bị chiếu sáng, an ninh ..) và tiêu thụ năng lượng của các thiết bị sử dụng bởi

các tòa nhà. Hệ thống cũng cấp thông tin và các công cụ quản lý tòa nhà, giúp người

dùng hiểu rõ việc sử dụng năng lượng của họ trong tòa nhà, từ đó có thể kiểm soát

và cải thiện hiệu suất năng lượng của tòa nhà.


Hình 1-3: Hệ thống quản lý năng lượng trong tòa nhà BEMS

Trong một tòa nhà, các thành phần sử dụng năng lượng bao gồm hệ thống

điều hòa không khí, hệ thống chiếu sáng, hệ thống thiết bị văn phòng, hệ thống

thang máy và các thiết bị phụ trợ khác như bơm nước, thông gió... Để quản lý, vận

hành các hệ thống như thế trong một tòa nhà lớn có khi phải cần đến hàng trăm

nhân viên. Tuy nhiên, cách vận hành này không đảm bảo tối ưu trong việc TKNL

bởi người tắt mở các hệ thống thiết bị năng lượng có thể quên hoặc chưa có ý thức

tự giác và nhiều lý do khác. Hệ thống BEMS với tính năng tự động điều khiển, vận

hành, theo dõi giám sát toàn bộ hoạt động tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà cho

phép nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa sử dụng năng lượng của tòa nhà.

BEMS gồm 2 phần chính: phần lõi gồm các hệ thống giám sát, điều hành

chính (principal operator), phần các thiết bị kết nối hệ điều hành chính với các trạm

từ xa (các hệ thống sử dụng năng lượng trong tòa nhà như máy lạnh, quạt hút, bơm,

chiếu sáng…) và đưa tín hiệu về trung tâm được gọi là bộ điều khiển (controllers).


Hình 1-4: Các thành phần chính của BEMS

2.1.3 Đánh giá

Các hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà là một trong các giải pháp giúp làm

giảm đáng kể lãng phí năng lượng và cho phép việc tích hợp các nguồn năng lượng

tái tạo vào để giảm tải cho lưới điện và tiến tới hòa lưới để đưa điện từ nguồn tái tạo

vào lưới điện lực.

Hiện nay, chỉ có một số các tòa nhà thương mại cao tầng mới xây dựng được

trang bị các hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building Management System) hoặc hệ


thống quản lý năng lượng (QLNL) (Building Energy Management System -

BEMS) do các hệ thống này phải nhập ngoại 100% và có giá thành rất cao. Còn hầu

hết các tòa nhà thấp tầng nhất là các trường học, công sở, do mức đầu tư hạn chế,

nên không được trang bị các hệ thống quản lý này.

Một trở ngại lớn nữa là các hệ thống QLNL thông thường đòi hỏi phải được

triển khai đồng bộ với quá trình thiết kế xây dựng tòa nhà nên việc đưa vào ứng

dụng một hệ QLNL vào một tòa nhà đang vận hành là rất khó khăn. Việc thiếu các

hệ thống QLNL dẫn đến sự lãng phí năng lượng rất lớn và làm tăng chi phí vận

hành các cơ sở này.

Việc áp dụng các hệ thống sản xuất năng lượng tái tạo như các hệ pin mặt

trời, tua bin gió cũng gặp nhiều khó khăn nên chưa được sử dụng rộng rãi, do nhiều

nguyên nhân như giá thành cao và chưa hiệu quả do công suất còn thấp và chưa đáp

ứng được nhu cầu tải.

2.2 Tổng quan về Điện toán đám mây

2.2.1 Khái niệm

Điện toán đám mây (Thuật ngữ tiếng Anh: Cloud Computing, hay còn biết

đến với tên gọi “Điện toán máy chủ ảo”) là mô hình máy tính dựa trên nền tảng phát

triển của Internet.

Điện toán đám mây là sự nâng cấp từ mô hình máy chủ mainframe (điện toán

trên máy tính lớn) sang mô hình client-server. Khách hàng sẽ không còn lo ngại về

các kiến thức chuyên môn để điều khiển công nghệ, máy móc và cơ sở hạ tầng, mà

tại đây các chuyên gia trong “đám mây” của các nhà cung cấp sẽ giúp thực hiện

điều đó.

Thuật ngữ "đám mây" ở đây là lối nói ẩn dụ chỉ mạng Internet và liên tưởng

về độ phức tạp của các cơ sở hạ tầng ở bên trong. Ở mô hình điện toán, mọi lĩnh

vực liên quan đến công nghệ thông tin đều được cung cấp dưới dạng các "dịch vụ",

nó cho phép khác hàng truy cập vào các dịch vụ của một nhà cung cấp nào đó

"trong đám mây" mà không cần phải có các kiến thức, kinh nghiệm về công nghệ,

cũng như không cần quan tâm đến các cơ sở hạ tầng bên trong.


Tài nguyên, dữ liệu, phần mềm và các thông tin liên quan đều được quản lý

trên các máy chủ (chính là các “đám mây”).

“Ứng dụng điện toán đám mây” là những ứng dụng trực tuyến trên Internet.

Trình duyệt là nơi ứng dụng hiện hữu và vận hành còn dữ liệu được lưu trữ và xử lý

ở máy chủ của nhà cung cấp ứng dụng đó.

Điện toán đám mây tính toán, sử dụng phần mềm, truy cập dữ liệu và dịch vụ

lưu trữ mà khách hàng không cần biết vị trí địa lý và cấu hình của hệ thống cung

cấp dịch vụ.

Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST) đã đưa ra nghĩa định nghĩa cụ thể:

“Điện toán đám mây là một mô hình cho phép ở một vị trí thuận tiện, khách

hàng có thể truy cập mạng theo yêu cầu và được chia sẻ tài nguyên máy tính (mạng,

máy chủ, lưu trữ, ứng dụng và dịch vụ) được nhanh chóng từ nhà cung cấp. Trong

trường hợp xấu nhất thì cũng phải cung cấp dịch vụ hoạt động ở mức tương tác”.

Hình 1-5: Các ứng dụng đám mây

2.2.2 Thành phần

Hai thành phần quan trọng của kiến trúc điện toán đám mây được biết đến là

Front-end và Back-end.


Front-end là phần phía khách hàng dùng máy tính. Nó bao gồm hệ thống

mạng của khách hàng (hoặc máy tính) và các ứng dụng được sử dụng để truy cập

vào đám mây thông qua giao diện người dùng có thể là một trình duyệt web.

Back-end chính là đám mây, bao gồm các máy tính khác nhau, máy chủ và

các thiết bị lưu trữ dữ liệu.

2.2.3 Mô hình kiến trúc trong điện toán đám mây

Với sự phát triển mạng Internet như hiện nay thì các tổ chức đã được lập ra

để quản lí và cùng thống nhất với nhau về các giao thức, các mô hình. Các thiết bị

hoạt động trong Internet được thiết kế sao cho phù hợp. Trong điện toán đám mây

cũng hình thành nên mô hình cho chính nó. Bao gồm các thành phần sau:

Hình 1-6. Mô hình kiến trúc

2.2.3.1 Phần mềm như dịch vụ

Ứng dụng các dịch vụ đám mây hay “Software as a service -SaaS” cung cấp

phần mềm như một dịch vụ trên Internet, không cần cài đặt hay chạy chương trình

trên máy tính phía khách hàng. Những ứng dụng cung cấp cho khách hàng được cài

đặt, cấu hình trên máy chủ từ xa. Đồng thời công việc bảo trì đơn giản và được

hướng dẫn từ nhà cung cấp.


Hình 1-7: SaaS cung cấp dịch vụ cho khách hàng.

Thuật ngữ “SaaS” và “cloud” có thể thay thế được cho nhau, nhưng thực tế

đó là hai khái niệm khác nhau. Chúng bao gồm các đặc điểm sau:

- Dựa vào mạng khách hàng truy cập, quản lý và thương mại

- Các hoạt động được xử lý tại trung tâm và cho phép khách hàng truy cập từ

xa thông qua trình duyệt web.

SaaS có thể được chia thành hai loại chính:

- Cung cấp cho doanh nghiệp: Đây là những giải pháp kinh doanh được cung

cấp cho các công ty và doanh nghiệp. Chúng được cung cấp thông qua doanh

nghiệp đăng ký dịch vụ. Các ứng dụng được cung cấp thông qua hình thức

trên bao gồm các quá trình kinh doanh như quản lý dây chuyền cung cấp,

quan hệ khách hàng và các công cụ hướng kinh doanh.

- Cung cấp cho cá nhân: Các dịch vụ này được cung cấp cho công chúng trên

cơ sở thuê bao đăng ký. Tuy nhiên, họ được cung cấp miễn phí và hỗ trợ

thông qua quảng cáo. Ví dụ trong loại hình này gồm có dịch vụ web mail,

chơi game trực tuyến, và ngân hàng của người tiêu dùng, và nhiều kiểu

khách hàng khác.

Những ưu điểm khi sử dụng SaaS mang lại cho khách hàng là chi phí sẽ thấp

hơn các phần mềm cấp phép, các dịch vụ SaaS có tính năng tiết kiệm chi phí lớn

nhất bởi khi sử dụng SaaS khách hàng sẽ loại bỏ những công việc thực sự không

cần thiết cho các doanh nghiệp như cài đặt và duy trì phần cứng, trả công cho nhân

viên, và duy trì các ứng dụng. Đồng thời các nhà cung cấp SaaS thường có kiểm tra

an ninh rất tỉ mỉ.


Bên cạnh nhưng ưu điểm thì sẽ có những nhược điểm gây trở ngại kỹ thuật

để xây dựng một SaaS hiệu quả với mô hình nhiều khách hàng. Điều này đã trở nên

dễ dành hơn và dễ dành hơn so với vấn đề ảo hóa, nhưng thiết kế một ứng dụng có

hiệu quả cung cấp cho hàng ngàn khách hàng qua Internet là công việc khó khăn.

2.2.3.2 Nền tảng như dịch vụ

Đây là tầng cung cấp dịch vụ nền tảng để chạy các ứng dụng. Các ứng dụng

này có thể đang chạy trong đám mây hay chạy trong một trung tâm dữ liệu truyền

thống. Để đạt được khả năng mở rộng cần thiết trong một đám mây, các dịch vụ

thường được ảo hóa. Việc ảo hóa được các nhà sản xuất lớn giới thiệu như IBM®

WebSphere® Application Server virtual images, Amazon Web Services, Boomi,

Cast Iron, và Google App Engine. Các dịch vụ nền tảng cho phép khách hàng chạy

các ứng dụng dựa trên cơ sở hạ tầng dịch vụ được bên thứ ba cung cấp.

Nền tảng là nơi cung cấp tất cả các nguồn lực cần thiết để xây dựng các ứng

dụng và dịch vụ hoàn toàn từ Internet, mà không cần phải tải về hay cài đặt phần

mềm.

Hình 1-8: PaaS cho phép khách hàng truy cập vào một nền tảng trên nên điện toán đám mây.

Dịch vụ nền tảng bao gồm thiết kế ứng dụng, phát triển, thử nghiệm, triển

khai, và hosting. Các dịch vụ khác bao gồm khả năng tích hợp dịch vụ web, cơ sở

dữ liệu tích hợp, bảo mật, khả năng mở rộng, lưu trữ, quản lý và phiên bản.

Một lỗi phía nhà cung cấp nên tảng dẫn tới không còn khả năng tương tác

với khách hành, buộc phải chuyển qua nhà cung cấp khác. Trường hợp người dùng

tạo một ứng dụng với một nhà cung cấp điện toán đám mây và quyết định chuyển


đến một nhà cung cấp khác, có thể ứng dụng không hoạt động được hoặc sẽ phải trả

một mức giá cao để ứng dụng có thể hoạt động lại. Nếu nhà cung cấp không còn

cung cấp dịch vụ thì ứng dụng và dữ liệu của khách hàng sẽ bị mất.

Nền tảng hướng dịch vụ thường cung cấp một giao diện người dùng dựa trên

HTML hoặc JavaScript.

Nền tảng hướng dịch vụ hỗ trợ phát triển giao diện web như Simple Object

Access Protocol (SOAP) và REST (Representational State Tranfer), cho phép xây

dựng nhiều dịch vụ web.

Tùy chọn PaaS có ba loại khác nhau:

Add-on development facilities Điều này cho phép các ứng dụng SaaS được

lựa chọn. Thông thường, các nhà phát triển PaaS và khách hàng được yêu

cầu đăng ký cho các tiện ích ứng dụng SaaS.

Stand-alone environments Những môi trường không cung cấp giấy phép, kỹ

thuật.

Application delivery-only environments Những môi trường hỗ trợ dịch vụ

lưu trữ theo cấp độ, như khả năng mở rộng theo nhu cầu bảo mật. Nhưng

không bao gồm nhiệm vụ phát triển, gỡ lỗi, và kiểm tra.

Một số yếu tố khác ảnh hưởng đến tiếp nhận công nghệ:

Khả năng làm việc của nhóm phát triển bị cô lập bởi vị trí địa lý.

Khả năng hợp nhất các dịch vụ web từ nhiều nguồn

Khả năng thực hiện tiết kiệm chi phí sử dụng, tích hợp các dịch vụ cơ sở hạ

tầng bảo mật, khả năng mở rộng, và chuyển đổi dự phòng.

Có hai trở ngại chính mà các nhà phát triển phải đối mặt khi xem xét PaaS.

Thứ nhất các nhà cung cấp sử dụng dịch vụ độc quyền hoặc các ngôn ngữ

phát triển, một số nhà phát triển sợ bị phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy

nhất.

Hai là các nhà cung cấp có thể cho phép các ứng dụng sẽ được làm việc với

một nhà cung cấp khác, tuy nhiên chi phí thường cao hơn.


2.2.3.3 Hạ tầng như dịch vụ

Tầng dưới cùng của đám mây là tầng cung cấp dịch vụ cơ sở hạ tầng. Ở đây

là một tập hợp các tài nguyên vật lí như các máy chủ, các thiết bị mạng và các đĩa

cứng lưu trữ được đưa ra như dịch vụ với mục đích cung cấp cho khách hàng. Cũng

như với các dịch vụ nền tảng, ảo hóa là một phương pháp thường được sử dụng để

tạo ra bản phân phối các nguồn tài nguyên theo yêu cầu. Các nhà sản xuất lớn cung

cấp cơ sở hạ tầng bao gồm IBM Bluehouse, VMware, Amazon EC2, Microsoft

Azure Platform, Sun ParaScale Cloud Storage.

Hình 1-9: IaaS cho phép nhà cung cấp dịch vụ thuê những tài nguyên phần cứng

Các dịch vụ cơ sở hạ tầng tập trung vào vấn đề trang bị cho các trung tâm dữ

liệu bằng cách đảm bảo công suất điện toán khi cần thiết. Trên thực tế các kỹ thuật

ảo hóa thường được sử dụng trong tầng này, nên có thể thấy rõ sự tiết kiệm chi phí

khi sử dụng tài nguyên hệ thống.


2.3 S.M.A.C – Nền tảng phát triển công nghệ thông minh

2.3.1 Khái niệm về S.M.A.C

Hình 1-10: Khái niệm S.M.A.C

Ngành CNTT thế giới đang sôi động với nền tảng công nghệ S.M.A.C được

hình thành dựa trên sự hội tụ của 4 thành tố: S - Social (xã hội), M - Mobility (di

động), A - Analytics (phân tích dữ liệu lớn) và C - Cloud (điện toán đám mây). Nếu

như trước 2012, ngành CNTT-VT thế giới chủ yếu khai thác năng lực tính toán

nhanh của máy tính giúp nâng cao tốc độ và hiệu suất công việc. S.M.A.C ra đời kết

hợp mọi cấu thành trong nó một cách chặt chẽ với nhau và tạo thành một hệ sinh

thái hoàn chỉnh, khiến máy tính có khả năng phân tích, có khả năng suy nghĩ và

ngày càng tiệm cận đến tư duy con người. S.M.A.C đang tạo ra một cuộc cách

mạng, một động lực phát triển mới và định hình xu hướng phát triển thông minh

trên thế giới.


2.3.2 S.M.A.C tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng phát triển công nghệ S.M.A.C rất lớn khi tốc độ phát

triển và hội nhập công nghệ của Việt Nam là rất mạnh mẽ. Xu hướng Mobility với

các thiết bị di động thông minh và lượng người dùng Internet 3G sẽ tiếp tục tăng

mạnh. Các doanh nghiệp đang đầu tư lớn cho việc cung cấp các dịch vụ trên nền

điện toán đám mây. Thêm nữa, các dịch vụ truyền thông xã hội thực sự bùng nổ,

đóng góp hơn 80% phương thức giao tiếp online, video online và nội dung số

mobile.

Đánh giá về xu hướng này, Ts. Hoàng Lê Minh, Viện trưởng Viện CNPM &

NDS – Bộ Thông tin và Truyền thông cho hay: “S.M.A.C có triển vọng rất lớn tại

Việt Nam. Xu hướng này sẽ nhanh chóng lan toả sâu vào các ngành, các lĩnh vực

của nền kinh tế. SMAC chính là một cơ hội để Việt Nam đi tắt đón đầu, đuổi kịp

các nước phát triển trên thế giới trong kỷ nguyên số”.

Tại Sự kiện Ngày Công nghệ thông tin 2014 (IT Day 2014), Thứ trưởng Bộ

Thông tin & Truyền thông Nguyễn Minh Hồng cho biết “Trong hơn 10 năm qua,

thế giới đã có những thay đổi căn bản, đang chuyển sang thời đại phát triển mới với

đặc trưng chính là toàn cầu hóa và nền kinh tế tri thức, xã hội thông tin. Nền tảng

cho sự biến chuyển của thời đại chính là sự bùng nổ và hội tụ của CNTT tạo ra động

lực phát triển mới, góp phần đổi mới mô hình tăng trưởng. Các công nghệ di động,

băng rộng, điện toán đám mây, dữ liệu lớn và mạng xã hội đang tao ra những xu thế

phát triển thông minh trên mọi lĩnh vực. Đây vừa là cơ hội, vừa là thách thức với

mỗi quốc gia để nâng cao năng lực cạnh tranh và tạo lập vị thế trong kỷ nguyên số.

Sớm nhận thức xu thế này, Đảng và Nhà nước ta luôn coi trọng, quan tâm tới việc

đẩy mạnh ứng dụng và phát triển CNTT, đã ban hành nhiều văn bản, chính sách

quan trọng trong lĩnh vực này”.

2.3.3 Ứng dụng S.M.A.C trong đề tài

Microsoft là hãng đã triển khai những dịch vụ dựa trên S.M.A.C như Azure

là ví dụ tiêu biểu. Bà Hoàng Song Nga, đại diện Microsoft nhấn mạnh: “Hệ điều

hành Windows Azure và gói dịch vụ Windows Azure đều nằm trong Tầm nhìn về


đám mây của Microsoft hướng tới giải pháp đám mây lai giúp doanh nghiệp chuyển

đổi cơ sở hạ tầng hiện tại một cách linh hoạt và tiết kiệm chi phí. Windows Azure

giúp doanh nghiệp linh hoạt xây dựng và quản lý các ứng dụng tích hợp hiện đại

một cách xuyên suốt, nhuần nhuyễn giữa các nền tảng, địa điểm, trên đa dạng thiết

bị; giúp giải quyết việc phân tích thông tin chính xác hơn từ rất nhiều các dữ liệu cũ

và mới, đồng thời hỗ trợ người dùng có thể làm việc ở bất cứ nơi nào, trên bất cứ

thiết bị nào họ muốn.”

Trong chương tiếp theo, tôi sẽ đưa ra hướng thiết kế hệ thống quản lý năng

lượng theo xu hướng S.M.A.C, sử dụng nền tảng đám mây của Microsoft để cung

cấp dịch vụ Quản lý năng lượng cho người dùng.

2.4 Nền tảng dịch vụ Microsoft Azure

2.4.1 Giới thiệu Microsoft Window Azure

Windows Azure, tên mã Red Dog, là nền tảng cho việc phát triển những ứng

dụng hoạt động trong “đám mây”. Nói cách khác, Windows Azure là cơ sở cho nền

tảng các dịch vụ Azure (Azure Services Platform), được Microsoft phát triển nhằm

mang đến cho cộng đồng các nhà phát triển ứng dụng cơ hội được xây dựng và

cung cấp các dịch vụ trực tuyến trên nền tảng cơ sở hạ tầng Windows .

Nền tảng này có thể được sử dụng theo rất nhiều cách khác nhau. Ví dụ ta có

thể tạo một website mà được triển khai và lưu trữ dữ liệu trên máy chủ và trung tâm

dữ liệu (data center) của Microsoft. Hoặc có thể lựa chọn để website đó chỉ lưu dữ

liệu trên trung tâm dữ liệu của Micosoft, trong khi phần ứng dụng (website) được

triển khai và thực thi trên phía hạ tầng của doanh nghiệp (on-premises). Hoặc ta có

thể sử dụng Windows Azure để tạo các máy chủ ảo (virtual machine) phục vụ cho

việc phát triển hoặc kiểm thử ứng dụng/website khác…

Windows Azure tách biệt hoàn toàn các ứng dụng chạy trên các lớp hệ điều

hành ứng dụng công nghệ ảo hóa của Microsoft. Điều này cho phép các nhà quản trị

không cần phải nâng cấp từng PC độc lập khi ứng dụng được chỉnh sửa.

Theo Microsoft, công nghệ điện toán đã bước đến thế hệ thứ 5, thế hệ mà các

ứng dụng không còn bị giới hạn vào máy tính. Internet sẽ là phương thức chính để


những khách hàng tương tác với các doanh nghiệp. Nhưng kiến trúc hoạt động kinh

doanh đã được thiết kế trước đây là theo hướng riêng cho những nhân viên và các

đối tác. Windows Azure thay đổi điều này bằng cách cung cấp cho doanh nghiệp

khả năng linh hoạt, nền tảng “tiếp cận” khách hàng nhằm triển khai các ứng dụng và

dịch vụ.

2.4.2 Azure Services Platform

Là một giải pháp hoàn thiện cho các doanh nghiệp. Microsoft sẽ lưu trữ các

ứng dụng được xây dựng từ các hãng thứ ba cũng như những dịch vụ Web của

chính Microsoft như là Office Live, Windows Live, Exchange Online, CRM

Online… Kết hợp chặt chẽ .NET Services (cho lập trình viên), SQL Services (cho

cơ sở dữ liệu và báo biểu), Live Services (cho việc tương tác với các thiết bị người

dùng) vào trong các dịch vụ SharePoint và CRM (cho nội dung doanh nghiệp).

Hình 1-11: Azure Services Platform

Các thành phần của nền tảng Windows Azure :

Windows Azure: cung cấp môi trường nền tảng Windows để chạy ứng dụng và

lưu trữ dữ liệu trên máy chủ trong trung tâm dữ liệu của Microsoft.

SQL Azure: cung cấp dịch vụ dữ liệu trên đám mây dựa trên SQL Server.

Windows Azure platform AppFabric: cung cấp các dịch vụ đám mây để kết nối

các ứng dụng chạy trên đám mây hoặc on-premise.

Windows Azure


Ở cấp độ cao nhất, Windows Azure được hiểu đơn giản là một nền tảng để

chạy ứng dụng Windows và lưu trữ dữ liệu trên đám mây.

Hình 1-12: Windows Azure cung cấp dịch vụ tính toán và lưu trữ cho ứng dụng đám mây

Windows Azure chạy trên nhiều máy tính đặt trong trung tâm dữ liệu của

Microsoft và truy xuất qua Internet. Một Windows Azure fabric liên kết chặc chẽ

nhiều sức mạnh xử lí này thành một thể thống nhất.

Dịch vụ tính toán dựa trên Windows. Lập trình viên có thể xây dựng ứng

dụng sử dụng .NET Framework, native-code,… Các ứng dụng này được viết bằng

các ngôn ngữ thông thường như : C#, Visual Basic, C++, và Java, sử dụng Visual

Studio hoặc công cụ phát triển khác. Lập trình viên có thể tạo ứng dụng Web, sử

dụng công nghệ như ASP.Net, WCF và PHP, ứng dụng cũng có thể chạy như một

xử lí nền độc lập, hoặc kết hợp cả Web và xử lí nền.


Hình 1-13: SQL Azure cung cấp các dịch vụ định hướng dữ liệu trong đám mây

Cơ sở dữ liệu SQL Azure cung cấp một hệ thống quản lí cơ sở dữ liệu dựa

trên đám mây (DBMS). Công nghệ này cho phép ứng dụng on-premise và đám mây

lưu trữ dữ liệu quan hệ và những kiểu dữ liệu khác trên các máy chủ trong trung

tâm dữ liệu Microsoft. Cũng như các công nghệ đám mây khác, tổ chức chỉ trả cho

những gì họ sử dụng. Sử dụng dữ liệu đám mây cho phép chuyển đổi những chi phí

vốn như : phần cứng, phần mềm hệ thống quản lí lưu trữ, vào chi phí điều hành.

Cơ sở dữ liệu SQL Azure được xây dựng trên Microsoft SQL Server. Cho

qui mô lớn, công nghệ này cung cấp môi trường SQL Server trong đám mây, bổ

sung với index, view, store procedure, trigger,…và còn nữa. Dữ liệu này có thể

được truy xuất bằng ADO.Net và các giao tiếp truy xuất dữ liệu Windows khác.

Khách hàng cũng có thể sử dụng phần mềm on-premise như SQL Server Reporting

Service để làm việc với dữ liệu dựa trên đám mây.

Khi ứng dụng sử dụng Cơ sở dữ liệu SQL Azure thì yêu cầu về quản lí sẽ được

giảm đáng kể. Thay vì lo lắng về cơ chế, như giám sát việc sử dụng đĩa và theo dõi

tập tin nhật ký (log file), khách hàng sử dụng Cơ sở dữ liệu SQL Azure có thể tập


trung vào dữ liệu. Microsoft sẽ xử lí các chi tiết hoạt động. Và giống như các thành

phần khác của nền tảng Windows Azure, để sử dụng Cơ sở dữ liệu SQL Azure chỉ

phần : đến Windows Azure Web portal và cung cấp các thông tin cần thiết.

Ứng dụng có thể dựa vào SQL Azure với nhiều cách khác nhau.Một ứng

dụng Windows Azure có thể lưu trữ dữ liệu trong Cơ sở dữ liệu SQL Azure. Trong

khi bộ lưu trữ Windows Azure không hỗ trợ các bảng dữ liệu quan hệ, mà nhiều

ứng dụng đang tồn tại sử dụng cơ sở dữ liệu quan hệ. Vì vậy lập trình viên có thể

chuyển ứng dụng đang chạy sang ứng dụng Windows Azure với lưu trữ dữ liệu

trong Cơ sở dữ liệu SQL Azure.

Xây dựng một ứng dụng Windows Azure lưu trữ dữ liệu trong Cơ sở dữ liệu

SQL Azure.Giả sử một nhà sản xuất muốn thông tin sản phẩm có sẵn trên cả mạng

lưới đại lý và khách hàng. Đưa dữ liệu này vào Cơ sở dữ liệu SQL Azure để cho nó

được truy cập bởi các ứng dụng đang chạy tại các đại lý và ứng dụng Web của

khách hàng.

Windows Azure Platform Appfabric

Windows Azure platform AppFabric cung cấp dịch vụ cơ sở hạ tầng dựa trên

đám mây.

Hình 1-14: Windows Azure platform AppFabric cung cấp cơ sở hạ tầng dựa trên đám mây được sử dụng bởi ứng dụng đám mây và ứng dụng on-premise


2.4.3 Các thành phần của Window Azure

Windows Azure gồm các thành phần cơ bản như sau:

Hình 1-15: Các thành phần của Window Azure

Giống như tên của nó, dịch vụ tính toán (Compute service) sẽ chạy ứng dụng

trong khi dịch vụ Lưu trữ (Storage service) lưu dữ liệu. Thành phần thứ ba,

Windows Azure Fabric, cung cấp cách thức thông dụng để quản lý và theo dõi các

ứng dụng sử dụng nển tảng đám mây này.

Dịch vụ tính toán (Compute Service)

Dịch vụ tính toán Windows Azure có thể chạy nhiều kiểu ứng dụng khác

nhau. Mục tiêu chính của kiến trúc này, là hỗ trợ các ứng dụng có lượng người sử

dụng truy cập đồng thời cực lớn. Có thể đạt được mục tiêu này bằng cách tăng

cường sử dụng nhiều máy chủ lớn hơn. Nhưng thay vì như vậy, Windows Azure

được thiết kế để hỗ trợ ứng dụng tốt nhất, chạy nhiều bản sao của cùng một mã

nguồn trên nhiều máy chủ khác nhau.

Để đạt được điều này, ứng dụng Windows Azure có thể có nhiều thực thể

(instance), thực thể được thực thi trên một máy ảo.

Để chạy một ứng dụng, lập trình viên truy cập Windows Azure portal thông

qua trình duyệt, đăng nhập với một Windows Live ID. Sau đó, lập trình viên tạo ra

một tài khoản hosting để chạy ứng dụng, hoặc một tài khoản lưu trữ (storage) để lưu

trữ dữ liệu, hoặc cả hai. Một khi lập trình viên có tài khoản hosting thì có thể upload

ứng dụng của mình, chỉ ra bao nhiêu thực thể mà ứng dụng cần, cũng như cấu hình

của máy ảo. Windows Azure sẽ tạo ra các máy ảo tương ứng để chạy ứng dụng. Lập


trình viên, chỉ có thể thấy được trạng trái của ứng dụng được triển khai, thông qua

Windows Azure portal. Một khi ứng dụng được triển khai, nó hoàn toàn được quản

lý bởi Windows Azure. Điều duy nhất bạn phải làm là, chỉ ra các thông số sử dụng

cho ứng dụng, còn lại, việc triển khai, tính mở rộng, tính sẵn sàng, nâng cấp, chuẩn

bị phần cứng server đều được thực hiện bởi Windows Azure cho các ứng dụng đám

mây.

Compute service hỗ trợ 2 loại thực thể, một loại gọi là Web role và một loại

gọi là Worker role.

Hình 1-16: Các loại thực thể của Compute Service

Một thực thể Web role có thể chấp nhận một request HTTP/HTTPS. Để cho

phép điều này, nó chạy trên một máy ảo có Internet Information Services (IIS) 7.

Lập trình viên có thể tạo ra Web role bằng ASP.NET, WCF, hay bất kì kĩ

thuật .NET nào có thể hoạt động được với IIS 7. Ngoài ra, lập trình viên có thể viết

các ứng dụng với native code – việc sử dụng .NET Framework thì không yêu cầu.

Có nghĩa là có thể upload và chạy các ứng dụng sử dụng kĩ thuật khác, ví dụ PHP

và Java. Khi một request được gửi đến Web role, nó sẽ được truyền qua bộ cân

bằng tải đến các thực thể của Web role trong cùng một ứng dụng. Do đó, không


đảm bảo rằng, các yêu cầu từ một người dùng có thể được gởi đến cùng một thực

thể của ứng dụng .

Một thực thể Worker role không giống như Web role, nó không chấp nhận

request từ bên ngoài, các máy ảo của nó không chạy IIS. Một Worker role cho bạn

khả năng để chạy các xử lý ngầm liên tục trên đám mây. Một Worker role có thể

làm việc với queue, table, blob trong dịch vụ lưu trữ. Nó chạy hoàn toàn độc lập với

thực thể Web role, mặc dù có thể cùng thuộc một phần của dịch vụ. Việc liên lạc

giữa Web role và Worker role có thể thông qua queue của dịch vụ lưu trữ.

Lập trình viên có thể chỉ sử dụng thực thể Web role, hay Worker role, hoặc

kết hợp cả hai để tạo ra ứng dụng Windows Azure. Có thể sử dụng Windows Azure

portal để thay đổi số lượng thực thể của Web role, Worker role tùy theo yêu cầu của

ứng dụng.

Khi chạy các thực thể Web role hay Worker role, các máy ảo cũng chạy đồng

thời các tác nhân (Windows Azure agent). Các tác nhân để phục vụ cho sự tương

tác hệ giữa các thực thể với Windows Azure Fabric. Các agent này trình bày các

API được định nghĩa để các thực thể có thể làm một số việc như: ghi chép, tìm thư

mục gốc của tài nguyên lưu trữ cục bộ trên máy ảo của nó.

Dịch vụ lưu trữ (Storage Service)

Dịch vụ lưu trữ trong Windows Azure hỗ trợ 3 kiểu dịch vụ: blob, table, queue.


Hình 1-17: Dịch vụ lưu trữ trong Window Azure

Cách đơn giản nhất để lưu trữ dữ liệu trong Windows Azure storage là sử

dụng Blob. Một blob chứa dữ liệu nhị phân. Cấu trúc lưu trữ của Blob đơn giản như

sau: Mỗi tài khoản lưu trữ có một hoặc nhiều container, mỗi container chứa một

hoặc nhiều blob. Kích thước Blob có thể lớn đến 50GB, chúng có thể chứa thêm

metadata. Ví dụ: nơi chụp của tấm ảnh, hay ca sĩ thể hiện bài hát trong file MP3…

Bộ lưu trữ Windows Azure cũng cung cấp Table. Tuy nhiên, nó không phải

là bảng quan hệ như trong SQL. Thực tế, dữ liệu lưu trữ bên trong nó là một hệ

thống các thực thể với các thuộc tính. Hơn cả việc sử dụng SQL, một ứng dụng có

thể truy cập dữ liệu của Table bằng ADO.NET data Service hoặc LINQ. Một bảng

có thể sẽ rất lớn, với hàng tỉ thực thể chứa hàng terabyte dữ liệu. Bộ lưu trữ

Windows Azure có thể phân vùng cho nó qua nhiều máy chủ khác nhau để tăng

hiệu suất.

Cả blob và table đều phục vụ cho mục đích lưu trữ và truy xuất dữ liệu.

Trong khi đó, queue nhằm phục vụ mục đích khác – đó là sự liên lạc giữa Web role

và Worker role. Trong đó, Web role khi nhận được yêu cầu từ người dùng, sẽ ghi


thông điệp vào một hàng đợi, mô tả công việc cho Worker role. Một Worker role

chờ thông điệp này, lấy thông điệp, và thực hiện tác vụ yêu cầu.

Bộ lưu trữ Windows Azure có thể được truy cập từ một ứng dụng Windows

Azure hoặc từ một ứng dụng khác. Trong cả 2 trường hợp, cả ba cách lưu trữ của

dịch vụ lưu trữ Windows Azure đều có thể sử dụng REST để truy xuất dữ liệu. Mọi

thứ đều được đặt tên qua URL và được truy xuất thông qua các thao tác HTTP

chuẩn. Ngoài ra, còn hỗ trợ ADO.NET Data Service, nhưng chỉ có thể sử dụng cho

các ứng dụng .NET, còn các ứng dụng khác ví dụ Java thì chỉ có thể sử dụng REST.

2.5 Kết luận

Chương này đã trình bày khái quát về quản lý năng lượng và điện toán đám

mây, xu hướng công nghệ thế giới với nền tảng S.M.A.C và công nghệ ảo hóa

Microsoft Azure. Từ những nghiên cứu và phân tích trên, trong chương tiếp theo tác

giả sẽ đưa ra thiết kế một hệ thống QLNL theo hướng S.M.A.C sử dụng hạ tầng ảo

hóa Microsoft Azure.


CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG

Một hệ thống Quản lý năng lượng trong mô hình SmartHome, hướng tới

SmartGrid có những đặc điểm sau:

- Năng lượng thu được từ gió và mặt trời không ổn định, hệ thống cần phải quản

lý được lượng điện năng thu được từ năng lượng tự nhiên.

- Trong giờ cao điểm, cần phải tắt bớt các tải không ưu tiên, vì vậy hệ thống cần

nhận ra được đúng tải cần tắt.

- Các thiết bị đo điện cần phải lấy đủ mẫu để có thể theo dõi được lượng điện

năng theo thời gian thực. Từ đó giúp hệ thống có thể quản lý được điện năng, phát

hiện sớm các lãng phí điện.

- Dữ liệu từ các thiết bị đo điện gửi lên hệ thống QLNL là cực lớn (thông số P, U,

I, Cosphi, …), hệ thống cần có khả năng xử lý dữ liệu lớn (big data).

Chính vì những đặc điểm như vậy, hệ thống QLNL cần được thiết kế theo xu hướng

công nghệ S.M.A.C như đã trình bày ở Chương 1:

S: Cho phép người dùng chia sẽ thông tin tiêu thụ điện và chi phí điện phải trả

qua mạng xã hội.

M: Tương thích với các thiết bị di động, cho phép giám sát và điều khiển các

thiết bị điện từ xa qua Smartphone.

A: Có khả năng phân tích dữ liệu lớn, tính toán và đưa ra các thống kê, biểu đồ,

các dự đoán về lượng điện tiêu thụ trong tháng, trong năm.

C: Được tích hợp trên nền Điện toán đám mây, cho phép cung cấp dịch vụ cho

người sử dụng một cách dễ dàng.

Các chỉ tiêu và chức năng mà hệ thống Quản lý năng lượng cần đạt được:

• Quản lý và xác thực người dùng (User Management): có khả năng

quản lý đến vài ngàn người sử dụng.

• Quản lý thiết bị (Device Management): đặc tính thiết bị, vị trí đặt, số

lượng có thể lên đến hàng ngàn thiết bị.


• Quản lý dữ liệu năng lượng (Energy Data Management): các tham số

năng lượng bao gồm: điện áp U, dòng I, hệ số công suất Cosphi, công suất tích lũy Ps,

công suất thời gian thực PRT

• Quản lý chi phí điện năng (Energy Cost Module): giá điện lũy tiến, chi

phí điện của thuê bao.

• Quản lý tính cước và các dịch vụ GTGT (Accounting Module): cho

phép nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp dịch vụ và quản lý thuê bao để thu lợi

nhuận.

• Quản lý nội dung thông tin, quảng cáo (Content Management

Module): cho phép đưa các thông tin dưới dạng bài viết, quảng cáo lên hệ thống.

3.1 Thiết kế phần mềm

3.1.1 Thiết kế kiến trúc hệ thống

Để thiết kế hệ thống quản lý năng lượng, trong khuôn khổ luận văn này tác giả sử

dụng 3 thiết bị phần cứng là sản phẩm của Đề tài Nghiên cứu khoa học và Phát triển

Công nghệ cấp bộ mà tác giả trực tiếp tham gia bao gồm:

- Thiết bị Green Meter (GM): cho phép đo và giám sát năng lượng điện tiêu thụ

- Thiết bị Green Gate (GG): có chức năng nhận và truyền dữ liệu tới hệ thống

QLNL

- Thiết bị Green Socket (GS): cho phép đo, giám sát điện năng tiêu thụ và điều

khiển bật/tắt các thiết bị điện.

Hệ thống phần mềm QLNL được thiết kế tương thích với các sản phẩm GM, GG

và GS với tên gọi Green Energy Management System (GEMS).


Hình 2-18: Kiến trúc hệ thống quản lý năng lượng

Hình 2-18 mô tả thiết kế kiến của hệ thống quản lý năng lượng bao gồm hạ tầng mạng

và các thiết bị chia thành các tầng theo mô hình của một tòa nhà, lớp phần mềm quản

lý năng lượng GEMS.

Kiến trúc hệ thống được tổ chức theo lớp:

Lớp mạng và thiết bị (Network & devices Plane):

Các thiết bị nằm trong hạ tầng mạng truyền thông không dây theo chuẩn

802.15.4 và chuẩn WiFi 802.11. Hạ tầng này cũng nối với mạng Internet thông qua

Router. Điểm cầu nối giữa mạng cảm biến không dây WSN và mạng Internet TCP/IP

chính là thiết bị Gateway (GG). Hạ tầng WiFi cho phép kết nối hệ thống với các thiết

bị không dây phổ dụng như SmartPhone, laptop. Các thuê bao truy nhập từ ngoài

Internet có thể truy nhập và sử dụng các dịch vụ QLNL của hệ thống bằng 3G hoặc

WiFi. Hạ tầng truyền thông WSN này là một mô hình Internet of Things – Mạng

Internet của các đồ vật thu nhỏ cho phép tất cả các vật thể thông minh kết nối với

nhau.

Lớp quản lý các thiết bị vật lý (Physical Management Plane):

Lớp này có nhiệm vụ quản lý các thiết bị kết nối vào hệ thống QLNL như

Meter, Gateway và Socket. Phía Server chứa module quản lý thiết bị Device

management, phía Client chứa các Firmware của các thiết bị nằm trong mạng bao gồm

Meter, Gateway và Socket.


Lớp dữ liệu (Data Plane):

Lớp này quản lý dữ liệu của hệ thống, chủ yếu là phía Server, bao gồm các

module sau:

Quản lý và xác thực người dùng - User Management;

Quản lý chi phí năng lượng - Energy Cost Module;

Quản lý các tham số năng lượng - Energy Data Management.

Lớp ứng dụng (Application Plane):

Lớp này có nhiệm vụ quản lý các ứng dụng và các phần mở rộng của hệ thống

để dễ dàng nâng cấp và tùy biến cho các dịch vụ khác nhau. Nó bao gồm các module

sau:

Module quản lý nội dung: bao gồm hệ thống cho phép cập nhật và xuất bản các trang

thông tin, các quảng cáo lên giao diện Web của hệ thống.

Module tính cước và quản lý dịch vụ: cho phép tính cước cho các thuê bao của hệ

thống QLNL và đồng thời quản lý các dịch vụ giá trị gia tăng VAS (Value-added

Service).

Các dịch vụ giá trị gia tăng VAS: được coi như các ứng dụng mở rộng tính năng hệ

thống, ví dụ như dịch vụ cảnh báo lãng phí năng lượng, dịch vụ dự đoán chi phí năng

lượng, dịch vụ SmartHome, etc.

Các ứng dụng App: các ứng dụng này có thể là các ứng dụng chạy trên thiết bị đầu

cuối, hoặc chạy cả trên Server và đầu cuối.

Cơ sở dữ liệu trung tâm (Central DataBase)

Là bộ phận lưu trữ dữ liệu cho tất cả các mặt phẳng của hệ thống.

Giao diện phục vụ người dùng – FRONT END

Là phần giao diện chính đối với người sử dụng là thuê bao dịch vụ QLNL

Giao diện quản lý – BACK END

Là phần giao diện phục vụ cho quản trị hệ thống, người quản lý cấp vùng để thay đổi

các tham số và cấu hình hệ thống.

3.1.2 Thiết kế cơ chế đồng bộ dữ liệu giữa các thiết bị đầu cuối và hệ QLNL

Nhu cầu:


Trong thực tế sử dụng, các thiết bị gắn sau công tơ thường gắn cố định với 1 đường

dây điện tổng để liên tục đo năng lượng tiêu thụ tại một điểm. Các thiết bị này thường

sử dụng pin làm nguồn năng lượng để duy trì dữ liệu trong trường hợp mất điện nguồn

hoặc chỉ dùng pin làm nguồn cung cấp duy nhất. Tuy nhiên với quan điểm thiết kế hệ

thống mới hiện nay với xu hướng đơn giản hóa các thiết bị đầu cuối và đẩy phần lớn

dữ liệu cũng như phần tải tính toán lên phía nhà cung cấp dịch vụ, thường là các trung

tâm tính toán Data Center thì việc lưu trữ dữ liệu tại chỗ là không hợp lý, góp phần

làm tăng giá thành, độ phức tạp và giảm độ tin cậy của hệ thống (Ví dụ: pin hết điện).

Trên cơ sở phân tích các yếu tố này, và vận dụng xu hướng thiết kế mới, tác giả đưa ra

một cơ chế mới để đồng bộ dữ liệu từ thiết bị phần cứng lên hệ thống QLNL như sau:

Thiết bị đầu cuối GM và GS chạy 100% điện lưới. (Có tùy chọn Pin backup)

Toàn bộ dữ liệu về điện (P,U, I, Cosphi và Công suất tích lũy) được tính toán

nội bộ và đẩy lên phần mềm trung tâm GEMS qua mạng.

Trong trường hợp đứt kết nối truyền thông, nhưng vẫn có nguồn nuôi, thiết bị

sẽ tự động kết nối lại và đẩy dữ liệu cập nhật lên GEMS.

Trong trường hợp thiết bị mất điện nguồn, dữ liệu tích lũy sẽ bị mất hết nhưng

dữ liệu trước khi mất điện đã tự động được lưu trên GEMS, do đó trung tâm sẽ

có cơ chế đồng bộ lại dữ liệu và đẩy dữ liệu đã lưu về thiết bị.

Với hai loại thiết bị GS và GM có những điểm khác biệt sau:

GS là thiết bị truyền thông qua WiFi một chặng, giao tiếp trực tiếp với mạng

Internet và GEMS chỉ thông qua thiết bị trung gian phổ biến là Access Point,

Router trên nền mạng TCP/IP thuần.

GM là thiết bị truyền thông đa chặng qua mạng theo chuẩn 802.15.4, kết nối

với mạng Internet thông qua thiết bị Gateway GG để nối vào mạng TCP/IP.

Do các nguyên nhân trên, hai cơ chế đồng bộ dữ liệu giữa GS và GEMS, và giữa GM

và GEMS sẽ khác nhau mặc dù dựa trên cùng một nguyên lý.

Để thực hiện cơ chế đồng bộ, tác giả đã thiết kế giao thức truyền thông giữa phần

firmware và phần mềm Server dịch vụ.


3.1.2.1 Cơ chế đồng bộ dữ liệu giữa GS và GEMS

Hình 2-19 mô tả sơ đồ tuần tự (Sequence Diagram) mô tả cơ chế này.

1) Khi hoạt động bình thường, GS gửi lên các tham số: ID, P, U, I, CP, KW, Ctr

tương ứng với: Số định danh của thiết bị, Công suất hiện thời, Điện áp, cường độ,

Cosphi – góc pha, Công suất tích lũy, số thiết bị điều khiển được

2) GEMS nhận được thì gửi lại các tham số SW1, SW2, SW3, SW4 là các trạng thái

của các Relay điều khiển bật tắt trong thiết bị GS.

3) GS nhận được thì đồng bộ trạng thái các Relay điều khiển với các tín hiệu gửi từ

GEMS.

4) Sau khi mất điện, GS khởi động lại và gửi lên các tín hiệu P, U, I, CP, KW, Ctr,

Flag, trong đó Flag là cờ trạng thái POWER_RESTORE khi = 1 chỉ ra trạng thái

vừa khôi phục nguồn.

5) GEMS nhận được cờ POWER_RESTORE thì sẽ gửi thêm dữ liệu LAST_KW là

công suất tich lũy cuối cùng nhận được từ GS trước khi mất điện.

6) GS nhận được và cập nhật giá trị này trong bộ nhớ, đồng thời xóa cờ

POWER_RESTORE.

Hình 2-19: Biểu đồ tuần tự (Sequence Diagram) của giao thức GS-GEMS


3.1.2.2 Cơ chế đồng bộ dữ liệu giữa GM, GG và GEMS

Khảo sát trường hợp 2 GM kết nối 2 chặng với 1 GG. Hình 2-20 mô tả sơ đồ tuần tự

(Sequence Diagram) mô tả cơ chế này.

1) Khi hoạt động bình thường, GM1, GM2 gửi lên GG các tham số: (P1, U1, I1, CP1,

KW1, Ctr1), (P2, U2, I2, CP2, KW2, Ctr2) tương ứng với: Công suất hiện thời,

Điện áp, cường độ, Cosphi – góc pha, Công suất tích lũy, số thiết bị điều khiển

được của thiết bị GM1 và GM2

2) GG nhận được sẽ chuyển tiếp các tham số tới GEMS

3) GEMS nhận được thì hiển thị các tham số tương ứng trên giao diện web đồng thời

lưu lại các giá trị LAST_KW1= KW1, LAST_KW2= KW2.

4) Sau khi mất điện và có điện trở lại, các thiết bị GM, GG khởi động lại, GG tiếp tục

gửi lên các tín hiệu P, U, I, CP, KW, Ctr, Flag, trong đó Flag là cờ trạng thái

POWER_RESTORE khi = 1 chỉ ra trạng thái vừa khôi phục nguồn.

5) GEMS nhận được cờ POWER_RESTORE thì sẽ gửi dữ liệu LAST_KW1,

LAST_KW2 là công suất tich lũy cuối cùng của GM1, GM2 nhận được từ GG

trước khi mất điện.

6) GG nhận được và cập nhật giá trị này trong lần gửi tín hiệu tiếp theo, đồng thời xóa

cờ POWER_RESTORE.


Hình 2-20: Biểu đồ tuần tự (Sequence Diagram) của giao thức truyền giữa

GM-GG-GEMS


3.1.3 Thiết kế Cơ sở dữ liệu

Dưới đây là bảng thiết kế CSDL cho hệ thống phần mềm QLNL:

Hình 2-21: Sơ đồ kết nối CSDL

Bảng 2-1: dataRT

STT Colume name Type Desciption

1 Id INT(11)

2 dev_id INT(11) Mã thiết bị tương ứng với trường

id trong bảng devices

3 P FLOAT(11) Tổng công suất thiết bị tính từ

thời điểm được bật đến hiện tài

4 U FLOAT(11) Hiệu điện thế hiện tại

5 I FLOAT(11) Dòng hiện tại


6 cp FLOAT(11) Cos

7 kwh FLOAT(11) Công suất tiêu thụ

8 time datetime Thời điểm gửi lên phía server

(Datetime phia server)

Bảng 2-2: devices


1 id INT(11)

2 code VARCHAR(255) Devices id của sản phầm (Mỗi sản

phẩm sẽ có 1 code và code này là

duy nhất trong tất các sản phẩm)

3 name VARCHAR(255) Tên thiết bị do người dung đặt

4 published BIT Trạng thái kích hoạt

5 de_gr_id INT(11) Mã nhóm tương ứng với trường id

trong bảng devicegroups

6 el_pr_id INT(11) Mức giá áp dụng để tính chi phí

giá điện phải trả hang tháng tương

ứng với trường id trong bảng

electricity_prices

7 check_out INT(11) Id user cuối cùng edit lại các thông

tin trong bảng

8 check_out_time DATETIME Ngày tháng edit cuối cùng

9 is_view INT(1) Cho phép xem

10 is_control INT(1) Cho phép điều khiển

11 us_id Int(11) Mã người dùng đăng ký thiết bị

này


Bảng 2-3: devicegroups


1 Id INT(11)

2 parent_id INT(11)

3 title VARCHAR(255) Tên nhóm thiết bị do người dung

đặt

4 Lft INT(11) Id bên trái

5 Rgt INT(11) Id bên phải

6 Us_id INT(11) User tạo nhóm này

Bảng 2-4: controlling_status


1 Id INT(11)



3 name VARCHAR(255) Tên thiết bị có thể điều khiển được

do người sử dụng đặt

4 alias VARCHAR(255) Mô tả thêm

5 status BIT Trạng thái:

0:tắt

1:bật

6 Co_lo_id INT(11) Mã hình ảnh có thể do người dung

chụp ảnh sau đó upload lên tương

ứng trường id trong bảng

controlling_logo

7 Co_ty_id INT(11) Mã loại thiết bị điều khiển do

người dung gán tương ứng trường


id trong bảng controlling_type

8 axis_x FLOAT(11) Tọa độ x của icon mã loại được

hiển thị trong hình ảnh

9 axis_y FLOAT(11) Tọa độ y của icon mã loại được

hiển thị trong hình ảnh

Bảng 2-5: controlling_type


1 id

2 name VARCHAR(255) Tên hiển thị của loại thiết bị

3 icon__off VARCHAR(255) Link icon khi thiết bị tắt

4 icon_on VARCHAR(255) Link icon khi thiết bị bật

Bảng 2-6: controlling_image


1 id

2 link VARCHAR(255) Đường dẫn của ảnh

Bảng 2-7: electricity_prices


1 id

2 from INT(11) Chỉ số bắt đầu

3 to INT(11) Chỉ số kết thúc

4 el_pr_gr_id INT(11) Mã nhóm được sinh theo

timestamp của phần tử đầu tiên

5 price FLOAT(11) Mức chi phí phải trả


Bảng 2-8: electricity_prices_groups


1 Id

2 name VARCHAR(255) Tên định danh

3 published INT(1) Trạng thái 1: Cho phép sử dụng

4 date_created DATE_TIME Ngày tạo đơn giá

5 Us_id INT(11) Người tao đơn giá tương ứng với

user đang login vào hệ thống tạo

đơn giá

Bảng 2-9: statistic


1 Id INT(11)

2 p_mean FLOAT(11) Công suất trung bình theo tháng

/năm

3 P FLOAT(11) Tổng công suất thiết bị

4 U FLOAT(11) Hiệu điện thế trung bình

5 I FLOAT(11) Dòng trung bình

6 Cp FLOAT(11) Cos

7 Kwh FLOAT(11) Số điện tiêu thụ trong tháng / năm



9 Month INT(2) Tháng thống kê

10 Year INT(4) Năm thống kê

3.1.4 Thiết kế chi tiết hệ thống

3.1.4.1 Yêu cầu chức năng

Hệ thống Quản lý năng lượng cần có những chức năng chính sau:


- Quản lý năng lượng trong một vùng dịch vụ

- Cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng khác liên quan đến QLNL

- Quản lý dịch vụ và hệ thống

3.1.4.2 Quản lý năng lượng trong một vùng dịch vụ (Service Area - SA)

Mức 1: Giám sát năng lượng (Energy Management)

Cho phép giám sát các thông số điện P, U, I, Cosphi, chi phí điện phải trả qua

màn hình giao diện web. Ngoài ra hệ thống còn có chức năng tự động cảnh báo lãng

phí điện, đưa ra dự đoán mức điện năng tiêu thụ và chi phí sẽ phải trả nếu người dùng

tiếp tục sử dụng lãng phí điện năng. Điều này giúp người sử dụng có ý thức dùng tiết

kiệm điện hơn.

Mức 2: Điều khiển bật tắt thiết bị (SmartHome)

Cho phép điều khiển bật/tắt các thiết bị từ xa qua mạng Internet sử dụng máy

tình hoặc các thiết bị di động (Smartphone).

3.1.4.3 Cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng (GTGT) khác liên quan đến QLNL

Tự động cảnh báo lãng phí điện năng

Đo lường công suất tiêu thụ của 1 thiết bị

Cảnh báo sự cố điện

Theo dõi hóa đơn tiền điện từ số liệu của Điện lực

3.1.4.4 Quản lý dịch vụ và hệ thống

Các chức năng quản lý bao gồm:

Quản lý nội dung: Người quản lý nội dung có thể quản lý các nội dung cung

cấp cho người sử dụng như :

o Xem, thêm, bớt, sửa xóa các chủ đề trong các dịch vụ.

o Xem, thêm, bớt, sửa xóa, từng nội dung trong từng chủ đề cụ thể.


Quản lý Dịch vụ: Người quản lý dịch vụ có thể quản lý danh sách các dịch vụ

bao gồm: Xem, Thêm, Bớt, Sửa, Xóa các dịch vụ. Sửa đổi thông tin các dịch vụ

bao gồm điền các trường tên dịch vụ, mô tả dịch vụ, cước phí dịch vụ.

Quản lý thuê bao: Chức năng quản lý thuê bao bao gồm:

o Xem thông tin trạng thái các thuê bao

o Thêm, sửa, xóa thông tin thuê bao

o Lập các báo cáo thống kê quản lý thuê bao.

Administrator: Cung cấp chức năng quản trị, cho phép xem, thêm, sửa xóa,

phân quyền những thành viên tham gia quản trị hệ thống

3.1.5 Yêu cầu hiệu năng

Hệ thống quản lý năng lượng phục vụ cho việc cung cấp dịch vụ quản lý năng

lượng cho các tòa nhà chung cư, chung cư mini, cơ quan, trường học, … Để đáp ứng

được nhu cầu sử dụng của người dùng, hệ thống cần phải đáp ứng được những yêu cầu

về hiệu năng sau:

- Có khả năng tính toán được với dữ liệu lớn (BigData)

- Có khả năng chịu được tải nặng, hệ thống cần tự động cân bằng tải cho phù hợp

với số lượng người dùng.

3.1.6 Lớp người dùng và các thuộc tính

Bảng 2-10 mô tả lớp người dùng và các thuộc tính của phần mềm:


Bảng 2-10: Lớp người dùng và các thuộc tính

Người dùng Trình độ sử dụng

Phạm vi ảnh hưởng

Tần suất sử dụng

Các chức năng/Dịch vụ

Thêm, gán quyến Users

Giám sát các thông số về năng lượng (P,Q,U,I, Cosphi)

Điều khiển bật tắt

Sử dụng các dịch vụ GTGT

Ghi chú

Quản trị (Admin) Cao Toàn hệ thống Cao x x x x

Quản trị vùng

(Area Admin)

Trung bình

Trong vùng dịch vụ (Service Area)

Trung bình

x x x x Chỉ trong vùng do admin gán

Thuê bao:

Người dùng điều khiển (Power User)

Trung bình

Cao x x x

Thuê bao:

Người giám sát (Viewer)

Trng bình, thấp

Trung bình,

x


3.1.7 Sơ đồ mô tả Usecase

Sơ đồ Usecase toàn hệ thống:

Hình 2-22: Sơ đồ Usecase hệ thống

Sơ đồ Usecase back-end chức năng quản lý người dùng:

Hình 2-23: Sơ đồ Usecase chức năng quản lý người dùng


Sơ đồ Usecase back-end chức năng quản lý thiết bị:

Hình 2-24: Sơ đồ Usecase chức năng quản lý thiết bị

Sơ đồ Usecase back-end chức năng quản lý giá điện:

Hình 2-25: Sơ đồ Usecase chức năng quản lý giá điện


3.1.8 Môi trường hoạt động

Hệ thống quản lý năng lượng hoạt động dựa trên hạ tầng đám mây của Microsoft,

tương thích với các môi trường sau:

Hệ điều hành Server:

Window 7, Window Server 2008-2012

Ubuntu Linux, CentOS

Hệ điều hành máy điện thoại, máy tính bảng:

- Android 4.x

- iOS 6.0

3.2 Thiết kế hạ tầng đám mây

3.2.1 Lựa chọn mô hình dịch vụ đám mây

Như đã trình bày ở Chương 1, sử dụng công nghệ Điện toán đám mây cho phép sử

dụng 3 loại mô hình dịch vụ:

- Phần mềm như dịch vụ (Software as a Services)

- Nền tảng như dịch vụ (Platform as a Services)

- Hạ tầng như dịch vụ (Infrastructure as a Services)

Để lựa chọn ra mô hình phù hợp với hệ thống, nhằm cung cấp dịch vụ Quản lý năng

lượng cho khách hàng, tác giả đã phân tích một ví dụ cụ thể như sau:

Giả sử người dùng có nhu cầu ăn Pizza, họ sẽ có các lựa chọn tương ứng với các mô

hình dịch vụ điện toán đám mây sau đây:


Hình 2-26: Pizza như một dịch vụ

- Cung cấp dịch vụ theo phương pháp truyền thống: Người dùng tự mua

nguyên vật liệu về và chế biến tại nhà. Với lựa chọn này, người dùng phải có kiến

thức sâu rộng về pizza, có đầy đủ dụng cụ làm bánh tại nhà và phải có một tay nghề

làm bánh tốt.

- Hạ tầng như dịch vụ: Người dùng mua các nguyên vật liệu đã được chế biến

sẵn, mang về nhà và nướng tại nhà. Với lựa chọn này, người dùng chỉ cần có lò

nướng tại nhà, tuy nhiên có thể sẽ làm hỏng bánh nếu không có kinh nghiệm nướng

bánh.

- Nền tảng như dịch vụ: Người dùng đặt mua pizza đã làm sẵn, nhận pizza và

ăn tại nhà. Với lựa chọn này người dùng chỉ ngồi nhà và thưởng thức miếng bánh.

Tuy nhiên sau khi ăn xong người dùng phải lau dọn và thu dọn rác.


- Phần mềm như dịch vụ: Người dùng ra nhà hàng ăn pizza, không phải chuẩn

bị bất cứ thứ gì, chỉ cần trả tiền và sử dụng hoàn toàn dịch vụ của cửa hàng mà

không cần phải quan tâm xem nó được làm như thế nào.

Từ ví dụ trên có thể dễ dàng thấy được rằng đối với người dùng, lựa chọn sử

dụng dịch vụ “Phần mềm như dịch vụ” là tiện lợi nhất. Mọi việc thiết lập cũng như

bảo trì, sửa chữa hệ thống đều do nhà cung cấp dịch vụ đảm nhiệm, người dùng chỉ

cần trả tiền và sử dụng dịch vụ. Đây là mô hình phù hợp nhất cho hệ thống Quản lý

năng lượng.

3.2.2 Thiết kế mô hình dịch vụ

Hình 2-27: Mô hình hệ thống chưa ảo hóa

Hình 2-27 mô tả hệ thống quản lý năng lượng chưa sử dụng nền tảng công

nghệ ảo hóa. Khi đó máy chủ sẽ được đặt cùng lớp mạng và các thiết bị, toàn bộ dữ

liệu mà các thiết bị đo thu được sẽ được truyền tới máy chủ phần mềm QLNL.

Tuy nhiên, khi mà số lượng các thiết bị tăng lên, với lượng dữ liệu lớn

(BigData) có thể gây nghẽn mạng, tăng độ trễ trong việc giám sát và điều khiển các

thiết bị điện. Điều này là một trở ngại lớn đối với người dùng.

Khi đó, sử dụng hạ tầng ảo hóa là một giải pháp phù hợp.


Hình 2-28: Mô hình dịch vụ Quản lý năng lượng trên nền ảo hóa

Hình 2-28 mô tả mô hình hệ thống QLNL sử dụng hạ tầng ảo hóa của

Microsoft cho phép cung cấp dịch vụ QLNL cho người dùng. Trong mô hình dịch

vụ QLNL trên, toàn bộ hệ thống phần mềm QLNL sẽ được đặt trên máy chủ ảo hóa

của Microsoft. Hệ thống được thiết kế với số lượng lớn máy ảo tự động cân bằng

tải, khi số lượng người dùng tăng lên, hệ thống tự động điều chỉnh hạ, tránh các

trường hợp quá tải, hạn chế tối đa trễ người dùng.

3.3 Kết luận

Chương này đã đưa ra thiết kế cho hệ thống phần mềm quản lý năng lượng.

Hệ thống được thiết kế sử dụng hạ tầng đám mây của Microsoft có khả năng phục

vụ số lượng lớn người dùng. Trong trước tiếp theo sẽ trình bày về việc xây dựng hệ

thống quản lý năng lượng trên nền điện toán đám mây Window Azure.


CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN


4.1 Hệ thống thiết bị đầu cuối

Để xây dựng hệ thống QLNL theo những yêu cầu chức năng đã đề ra, tác giả

sử dụng các sản phẩm phần cứng của đề tài trọng điểm cấp Bộ “Nghiên cứu phát

triển thiết bị đo và chấp hành thông minh nối mạng Smartmeter dựa trên công

nghệ mạng cảm biến không dây phục vụ cho việc quản lý và tiết kiệm năng lượng

điện” của Bộ Công Thương để thiết lập hệ thống đầu cuối kết nối tới hệ thống quản

lý năng lượng qua mạng Internet.

4.1.1 Thiết bị đo Green Meter

Thiết bị đo Green Meter (GM) là thiết bị đo thông minh cho phép đo lường

các thông số tiêu thụ điện của các thiết bị điện như công suất tức thời P (W), công

suất tích lũy (KW) cường độ dòng điện I (A), hiệu điện thế (V), chi phí điện phải trả

tính đến thời điểm hiện tại, hệ số công suất cosphi và hiển thị trực tiếp các thông số

đo được trên màn hình LCD. Đồng thời các thông số này sẽ được truyền tới thiết

Green Gate (GG) trong mạng Zigbee 802.15.4 để truyền tới hệ thống phần mềm

quản lý năng lượng.


Hình 3-29: Thiết bị đo thông minh Green Meter

Hình 3-30: Sơ đồ khối của thiết bị GREEN METER

Trong thiết bị GREEN METER có module xử lý trung tâm và module truyền

thông đặt tên là GREEN MOTE để kết nối với mạng cảm biến không dây theo

chuẩn ZigBee 802.15.4. Để đo năng lượng và các tham số điện, module này sẽ kết

nối với các cảm biến dòng và cảm biến áp bên ngoài, do đó có thể đo gián tiếp bằng

cách dùng kẹp dòng ra ngoài dây điện cho phép đo dòng rất lớn. Cảm biến áp sẽ nối


với nguồn 220V. Pin Backup (tùy chọn) cho phép GM lưu kết quả đo ngay cả trong

trường hợp mất điện.

Các chỉ tiêu của thiết bị:

Truyền thông không dây RF theo chuẩn IEEE 802.15.4

Có khả năng đo dòng đến 30A

Điện áp 100-250V xoay chiều, 50-60Hz

Sai số công suất < 2,5%

Có khả năng truyền thông Adhoc đa chặng

Có khả năng kết nối và xác thực với Server quản lý năng lượng

4.1.2 Thiết bị Gateway Green Gate

Thiết bị Green Gate (GG) có chức năng nhận dữ liệu từ thiết bị GM trong

mạng Zigbee 802.15.4 và truyền dữ liệu nhận được tới hệ thống phần mềm quản lý

năng lượng qua mạng Ethernet 802.3.

Hình 3-31: Thiết bị Green Gate


Hình 3-32: Sơ đồ khối sản phẩm GREEN GATE

Thiết bị GREEN GATE (GG) có khả năng làm cầu nối giữa mạng cảm biến

không dây WSN (Wỉeless Sensor Network) của các thiết bị đo GM với mạng

Internet cho phép các GM liên tục truyền dữ liệu lên Server quản lý trung tâm. GG

gồm có module truyền thông 802.15.4 Green Mote, module xử lý trung tâm và

module Ethernet.


Giao diện RF Truyền thông không dây theo chuẩn IEEE 802.15.4

Giao diện Ethernet 802.3


4.1.3 Thiết bị đo và chấp hành thông minh Green Socket

Thiết bị Green Socket có chức năng tương tự như thiết bị Green Meter, minh

cho phép đo lường các thông số tiêu thụ điện của các thiết bị điện như công suất tức

thời P (W), công suất tích lũy (KW) cường độ dòng điện I (A), hiệu điện thế (V),

chi phí điện phải trả tính đến thời điểm hiện tại, hệ số công suất cosphi, các thông số

đo được này không hiển thị trực tiếp trển thiết bị mà được truyền trực tiếp lên hệ

thống phần mềm quản lý năng lượng qua mạng WiFi 802.11.


Đặc biết thiết bị Green Socket có thêm chức năng chấp hành thông minh, cho

phép điều khiển bật/tắt hai thiết bị điện độc lập qua giao diện web hoặc qua ứng

dụng trên thiết bị di động.

Hình 3-33: Thiết bị đo và chấp hành thông minh Green Socket


Hình 3-34: Sơ đồ khối của sản phẩm GREEN SOCKET

Thiết bị GREEN SOCKET là thiết bị đa năng kết hợp giữa đo và điều

khiển.Nó bao gồm module xử lý trung tâm, module truyền thông WiFi chuẩn IEEE

802.11 để kết nối với Server, các cảm biến dòng và áp được tích hợp ngay trong vỏ

máy, 2 Relay độc lập cho phép điều khiển 2 tải.


Truyền thông không dây RF theo chuẩn IEEE 802.11

Có khả năng đo dòng đến 30A

Điện áp 100-250V xoay chiều, 50-60Hz

Sai số công suất < 2,5%

Có khả năng điều khiển đóng ngắt tải, mỗi tải đến 2,2KW



4.2 Xây dựng hệ thống dịch vụ quản lý năng lượng GEMS

4.2.1 Thiết lập hệ thống máy chủ trên Microsoft Azure

Để xây dựng hệ thống dịch vụ quản lý năng lượng GEMS sử dụng nền tảng

ảo hóa Window Azure, tác giả tiến hành thiết lập hạ tầng ảo hóa với cấu trúc sau:

Hình 3-35: Mô hình hạ tầng ảo hóa

Trong mô hình trên, một máy chủ ảo chính (Primary) chứa cơ sở dữ liệu và

hoạt động 24/24. Các máy chủ còn lại được tự động điều chỉnh bật/tắt tùy theo số

lượng người dùng giúp cho hệ thống tự động tăng số lượng máy chủ cân bằng tải

khi lượng người dùng tăng lên, và tự động tắt bớt máy chủ ảo khi số lượng người

dùng giảm đi, tránh lãng phí tài nguyên ảo hóa.

Các bước để xây dựng hệ thống dịch vụ quản lý năng lượng trên nền tảng ảo hóa

Window Azure:

Bước 1. Tạo các máy ảo Window Server 2012

Máy ảo Window Server được thiết lập với thông số cấu hình:


Hình 3-36: Cấu hình máy ảo Window Server 2012

Bước 2: Cài đặt máy chủ web trên các máy ảo

Máy chủ web được thiết lập sử dụng PHP 5.4.16, MySQL 5.5.32, Apache

2.4.4 và phpMyAdmin 4.0.4.

Hệ thống web được cài đặt trên toàn bộ các máy ảo giúp cho hệ thống có thể cân

bằng tải giữa các máy.

Bước 3: Cài đặt cơ sở dữ liệu trên máy chủ chính

Cơ sở dữ liệu của hệ thống phần mềm QLNL được thiết lập trên máy ảo

chính, các máy ảo còn lại sẽ sử dụng CSDL trên máy ảo chính này.

Bước 4: Đưa các máy ảo vào nhóm tài nguyên và thiết lập cân bằng tải tự động.

Để hệ thống có khả năng tự động cân bằng tải khi số lượng người dùng tăng

hoặc giảm đi, các máy ảo cần được đưa vào một nhóm tài nguyên.

Hệ thống có thể được thiết lập tự động cân bằng tải, bật hoặc tắt máy ảo theo thời

gian (Ban ngày số lượng tải lớn, hệ thống tự động bật thêm máy ảo, ban đêm số

lượng tải giảm đi, hệ thống tự động tắt bớt máy ảo đi để tiết kiệm tài nguyên), hoặc

tự động cân bằng tải theo CPU của hệ thống:


Hình 3-37: Cân bằng tải tự động theo CPU hệ thống

Như thiết lập trong hình trên, hệ thống sẽ tự động bật thêm máy ảo khi mà

CPU hệ thống vượt ngưỡng 40%. Khi mà giá trị CPU giảm xuống <40%, khi đó số

lượng tải đã giảm và hệ thống sẽ tự động tắt bớt máy ảo đi.

Bước 5: Thử tải và đánh giá hệ thống.

Để đánh giá hoạt động hệ thống, tác giả tiến hành thử nghiệm với mô hình

gồm các thiết bị đo thực tế. Từ đó lấy dữ liệu đưa vào phần mềm giả lập để tăng số

lượng tải lên.

4.3 Kết luận

Chương này trình bày quá trình xây dựng và tích hợp hệ thống quản lý năng

lượng GEMS sử dụng nền tảng công nghệ ảo hóa của Micorsoft. Trong chương này,

tác giả cũng đã xây dựng giao thức truyền thông giữa các thiết bị phần cứng và hệ

thống phần mềm quản lý năng lượng.

Trong chương tiếp theo sẽ đưa ra các kết quả đạt được và phương pháp để thử

nghiệm và đánh giá hoạt động của hệ thống.


CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ

5.1 Kết quả nghiên cứu

Sau khi đưa ra thiết kế cơ chế truyền thông, đồng bộ dữ liệu giữa các thiết bị

phần cứng và hệ thống phần mềm, hệ thống quản lý năng lượng GEMS sau khi

được tích hợp dựa trên nền tảng đám mây của Microsoft đã có những kết quả sau:

5.1.1 Giao diện phục vụ người dùng (Front-end)

Giao diện phục vụ người dùng (Front-end) dành cho người giám sát và điều

khiển hệ thống, có chức năng hiển thị các thông số được đồng bộ với các thông số

đo được từ các thiết bị phần cứng đồng thời cho phép điều khiển bật/tắt các thiết bị

điện từ xa qua giao diện web:

Hình 4-38: Giao diện giám sát hệ thống


Hình 4-39: Giao diện điều khiển thiết bị

5.1.2 Giao diện quản trị (Back-end)

Giao diện quản trị (Back-end) dành cho người quản trị, cho phép quản lý

người dùng và các thiết bị phần cứng trong hệ thống, đồng thời quản lý các dịch vụ

GTGT cho người sử dụng.

Hình 4-40: Giao diện quản trị hệ thống

Hình 4-41: Giao diện quản trị người dùng


Hình 4-42: Giao diện quản lý thiết bị

Hình 4-43: Giao diện quản lý giá điện

5.2 Phương pháp thử nghiệm đánh giá hệ thống

Để thử nghiệm và đánh giá hệ thống, đầu tiên em thiết lập một mô hình hệ

thống QLNL chạy thật trong phòng thí nghiệm gồm các sản phẩm phần cứng kết

nối với hệ thống phần mềm quản lý năng lượng trên nền điện toán đám mây thông

qua môi trường mạng TCP/IP hỗn hợp (không dây & có dây) và các tải.

Sau khi đã có được các số liệu thống kê từ hệ thống chạy thật, tác giả tiến

hành thiết lập hệ thống giả lập với số lượng tải tăng lên gấp nhiều lần. Đo và tính

toán hiệu năng, thời gian đáp ứng của hệ thống. Từ đó đánh giá hiệu năng và độ tin

cậy của hệ thống truyền thông và đánh giá mức độ chịu tải của hệ thống QLNL.


Mô hình thử nghiệm thực tế:

Hình 4-44: Mô hình kết nối hệ thống

Mô hình thử nghiệm thực tế được thiết lập với hệ thống các tải được kết nối tới các

thiết bị đo, các thiết bị đo gửi các thông số đo được tới hệ thống QLNL qua mạng

Internet.

Hệ thống thử nghiệm bao gồm:

- 02 Thiết bị Green Meter (GM) dùng để đo và giám sát năng lượng điện tiêu

thụ

- 01 Thiết bị Green Socket (GS) dùng để đo, giám sát điện năng tiêu thụ và

điều khiển bật/tắt các thiết bị điện

- 01 Thiết bị Green Gate (GG) dùng để nhận và truyền dữ liệu tới máy chủ qua

mạng Internet.

- Hệ thống tải gồm có:

o Tải lập trình được Chrome 63803 dùng để kiểm chuẩn

o Tải thuần trở (ấm nước)

o Tải cảm (quạt điện, Compact)

- Máy hiện sóng dùng để theo dõi tín hiệu điện từ tải lập trình Chroma.


- Hệ thống Server quản lý năng lượng nhận và xử lý dữ liệu, cho phép người

dùng có thể giám sát, điều khiển các thiết bị điện qua mạng Internet bằng máy tính

hay các thiết bị Smartphone, được thiết lập trên máy chủ ảo Window Azure.

- Android phone dùng để giám sát và điều khiển các thiết bị điện qua giao diện

chạy trên Smartphone.

Hình 4-45: Mô hình thử nghiệm thực tế


5.3 Một số kịch bản thử nghiệm

5.3.1 Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GM

Thử nghiệm với thiết bị đo GM với mục đích đánh giá hiệu năng hoạt động

của hệ thống QLNL với thiết bị GM: kết nối thiết bị đo GM với thiết bị tải lập trình

được và lần lượt thay đổi giá trị tải với cường độ dòng điện từ 0.1A - 10A, theo dõi

và so sánh giá trị hiển thị trên giao diện quản lý, ghi lại số lượng gói tin mà hệ

thống QLNL nhân được. Các thông số thử nghiệm như sau:

- Số lượng thiết bị GM: 1

- Khoảng cách giữa thiết bị GM và thiết bị GG (Gateway): 10m

- Tốc độ gửi gói tin của GM: 2s/1gói -> 10 phút gửi 300 gói tin.

Thực hiện các bước thử nghiệm như trong Bảng 4-11: Thử nghiệm dữ liệu thu được

từ thiết bị đo GM.

Hình 4-46: Thử nghiệm dữ liệu thu được với thiết bị GM và tải lập trình được


Bảng 4-11: Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GM

Thử nghiệm

Các bước chi tiết Kết quả mong đợiKết quả thực

tếGhi chú

001:Thử nghiệm dữ liệu GM gửi lên máy

chủ QLNL

1.1

Chuẩn bị thiết bị thử nghiệm và thiết bị đo

1.2

Kết nối các đầu đo vào thiết bị đo

1.3

Bật thiết bị Green Meter, kiểm tra màn hình LCD trên thiết bị

Màn hình LCD thiết bị sáng,LCD hiển thị đầy đủ: U,I, cos phi

Đạt

1.4

Cắm tải vào ổ cắm để thử nghiệm Tải hoạt động bình thường Đạt

1.5

Mở giao diện GEMS trên PCMàn hình hiển thị thông số tiêu thụ điện theo thời gian thực.

Đạt

1.6

Ghi lại số lượng bản ghi nhận được trên server trong 10 phút.

300 bản ghi 295

1.7

Bấm đồng hồ và đo độ trễ 30s


Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống QLNL đã kết nối thành công tới thiết

bị GM, hiển thị các thông số điện theo thời gian thực với độ trễ 30s, và tỉ lệ mất gói

tin là 1.67%. Nguyên nhân mất gói tin là do hạ tầng mạng chưa ổn định.

5.3.2 Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo và chấp hành thông minh GS

Thử nghiệm với thiết bị đo GS với mục đích đánh giá hiệu năng hoạt động

của hệ thống QLNL với thiết bị GS: kết nối thiết bị đo GS với tải quạt và ấm nước,

sử dụng giao diện web điều khiển bậ/tắt lần lượt các thiết bị. Theo dõi và so sánh

giá trị hiển thị trên giao diện quản lý, ghi lại số lượng gói tin mà hệ thống QLNL

nhân được. Các thông số thử nghiệm như sau:

- Số lượng thiết bị GS: 1

- Khoảng cách giữa thiết bị GS và thiết bị Access Point: 15m

- Tốc độ gửi gói tin của GS: 3s/1gói -> 10 phút gửi 200 gói tin.

Thực hiện các bước thử nghiệm như trong Bảng 4-12: Thử nghiệm dữ liệu thu được

từ thiết bị đo GS

Hình 4-47: Thử nghiệm điều khiển bật tắt thiết bị qua internet


Bảng 4-12: Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GS

Thử nghiệm Các bước chi tiết Kết quả mong đợiKét quả thực tế

Ghi chú

001:Thử nghiệm dữ liệu GS gửi lên máy

chủ QLNL

1.1Chuẩn bị thiết bị thử nghiệm và thiết bị đo

1.2Kết nối các đầu đo vào thiết bị đo

1.3 Bật thiết bị Green Socket. Đèn tín hiệu nháy sáng Đạt

1.4Cắm tải vào ổ cắm để thử nghiệm (quạt, ấm nước)

Tải hoạt động bình thường Đạt

1.5Sử dụng Smartphone bật/tắt các tải

Các thiết bị tải bật/tắt theo điều khiển từ Smartphone

Đạt

1.5Mở giao diện giám sát GEMS trên PC

Màn hình hiển thị các thông số điện mà GS gửi về.

Đạt

1.6Ghi lại số lượng bản ghi nhận được trên server trong 10 phút.

200 gói tin 200

1.7 Bấm đồng hồ ghi lại độ trễ 3s


Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống QLNL đã kết nối thành công tới thiết bị

GS, cho phép điều khiển bật tắt các thiết bị điện với độ trễ 3s, tỉ lệ mất gói tin là 0%.

Thiết bị GS kết nối với hệ thống QLNL trực tiếp qua WiFi nên tỉ lệ mất gói tin thấp

hơn so với thiết bị GM sử dụng chuẩn 802.15.4.

Để đánh giá mức độ hài lòng của người dùng với hệ thống, học viên tiến hành

thử nghiệm với nhóm 3 người một cách khách quan, qua 10 lần thử nghiệm với trải

nghiệm thực tế và qua các câu hỏi,. và Bảng 4-14 mô tả đánh giá mức độ hài lòng của

người dùng (MOS - Mean Opinion Score) về độ trễ khi sử dụng hệ thống quản lý năng

lượng để theo dõi, giám sát thiết đo điện thông minh GM và điều khiển bật tắt thiết bị

điện với GS. Đối với chức năng bật/tắt thiết bị điện, yêu cầu về độ trễ là rất thấp, đối

với chức năng giám sát các thông số điện thì độ trễ cho phép lớn hơn.

Từ bảng đánh giá và kết quả thử nghiệm chức năng hệ thống cho thấy hệ thống

quản lý năng lượng hoạt động tốt, đáp ứng được nhu cầu người dùng. Tuy nhiên khi số

lượng tải tăng lên, độ trễ sẽ tăng lên do lượng thông tin gửi lên hệ thống rất lớn.

Bảng 4-13: Bảng đánh giá mức độ hài lòng của người dùng (MOS) đôi với thiết bị GM

Độ trễ thiết bị (s) Điểm đánh giá MOS Chất lượng Mức độ ảnh hưởng

0 - 30 5 Tuyệt vời Không cảm thấy

30 - 40 4 Tốt Có thể nhận thấy

40 - 50 3 Hợp lý Cảm thấy bực mình

50 - 60 2 Tồi Rất bực mình

> 60 1 Kém Không chấp nhận được


Bảng 4-14: Bảng đánh giá mức độ hài lòng của người dùng (MOS) đôi với thiết bị GS

Độ trễ thiết bị (s) Điểm đánh giá MOS Chất lượng Mức độ ảnh hưởng

0 - 3 5 Tuyệt vời Không cảm thấy

3 - 5 4 Tốt Có thể nhận thấy

5 - 10 3 Hợp lý Cảm thấy bực mình

10 - 20 2 Tồi Rất bực mình

> 20 1 Kém Không chấp nhận được

5.3.3 Thử nghiệm chức năng phần mềm

Front-end: Thử nghiệm giao diện phục vụ người dùng

Thiết lập hệ thống như Hình 4-45, thực hiện các bước như trong bảng testcase

để kiểm tra hoạt động hệ thống phần mềm với các chức năng:

Giám sát: Kiểm tra chức năng giám sát điện năng tiêu thụ của các thiết

bị điện trên giao diện web.

Điều khiển: Kiểm tra chức năng điều khiển bật/tắt các thiết bị điện qua

giao diện web.

Back-end: thử nghiệm giao diện quản trị

Quản lý người dùng

Quản lý thiết bị

Quản lý giá điện


Bảng 4-15: Thử nghiệm chức năng hệ thống phần mềm Front-end

Thử nghiệm Các bước chi tiết Kết quả mong muốn Đạt/Không đạt Ghi chú

001: Đăng nhập hệ thống

1.1Truy cập vào giao diện web và đăng nhập vào hệ thống

Đăng nhập thành công, màn hình hiển thị danh sách các phòng và các thiết bị đang được quản lý trong phòng.

Pass

002: Giám sát năng

lượng

2.1 Chọn phòng và thiết bị cần giám sát.Màn hình hiển thị các thông số của thiết bị đang được giám sát: công suất tức thời, công suất tích lũy, …

Pass

2.2Lần lượt thay đổi công suất tải: Điều chỉnh tải Chroma từ 20W-1000W

Đồ thị năng lượng trên web thay đổi theo thời gian thực (không trễ quá 5 S)

Pass

2.3Xem các tham số khác: Biểu đồ thống kê theo tháng, theo năm.

Trang web hiển thị các biểu đồ. Pass

003: Điều khiển thiết bị

3.1 Chọn chức năng điều khiểnMàn hình hiển thị giao diện phòng, các công tắc và các thiết bị được điều khiển.

Pass

3.2 Bật/tắt để thay đổi trạng thái công tắc.Thiết bị được điều khiển theo thao tác bật/tắt trên giao diện web.

Pass


Bảng 4-16: Thử nghiệm chức năng hệ thống phần mềm Back-end

Thử nghiệm Các bước chi tiết Kết quả mong muốn Đạt/Không đạt Ghi chú

001: Đăng nhập hệ thống

1.1Truy cập vào giao diện web quản trị và đăng nhập

Đăng nhập thành công, màn hình hiển thị giao diện quản trị

Pass

002: Quản lý người dùng

2.1 Truy cập vào giao diện quản lý người dùngMàn hình hiển thị danh sách người dùng đã đăng ký

Pass

2.2Chọn thêm người dùng mới, điền thông tin người dùng, phân nhóm cho người dùng và lưu lại.

Người dùng mới được đăng ký và hiển thị trong danh sách người dùng.

Pass

2.3 Xóa tài khoản người dùngTài khoản người dùng bị xóa khỏi danh sách người dùng.

Pass

003: Quản lý thiết bị

3.1 Nhấn chọn Quản lý thiết bịMàn hình hiển thị danh sách các thiết bị người dùng đang quản lý

Pass

3.2Nhấn chọn thêm thiết bị và điền thông tin thiết bị mới.

Thiết bị mới được them và hiển thị trong danh sách các thiết bị đang được quản lý

Pass

3.3 Chọn một thiết bị và nhấn xóa thiết bịThiết bị được xóa và không hiển thị trong danh sách các thiết bị đang được quản lý

Pass

004: Quản lý giá điện

4.1 Nhấn chọn Quản lý giá điệnMàn hình hiển thị giá điện theo bậc thang của EVN

Pass

4.2Nhấn chọn thêm mới giá điện và nhập các thông tin giá điện mới

Danh sách giá điện được cập nhật mới Pass

4.3Chọn một mục giá điện và nhấn xóa giá điện

Giá điện bị xóa khỏi danh mục Pass


Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống QLNL hoạt động ổn định theo đúng

các yêu cầu chức năng đã thiết kế.

5.3.4 Thử nghiệm đánh giá cân bằng tải của hệ thống đám mây

Hệ thống quản lý năng lượng được thiết kế để cung cấp dịch vụ QLNL cho

số lượng lớn người sử dụng, chính vì vậy hệ thống phải đáp ứng được yêu cầu về độ

trễ ngay cả khi số lượng người dùng tăng lên.

Ví dụ sau đây sẽ đưa ra mô hình QLNL cho một tòa nhà:

Tòa nhà chung cư mini 10 tầng, với giả định mỗi tầng sử dụng 4 thiết bị Green

Socket để điều khiển bật tắt các thiết bị điện trong nhà, và một thiết bị Green Meter

để đo lượng điện tiêu thụ của cả tầng như Hình 4-48. Thực hiện tính toán số lượng

gói tin truyền tới hệ thống QLNL:

Số lượng bản ghi mà hệ thống nhận được từ thiết bị GS trong 10 phút:

4 * 10 * 200 = 8000 bản ghi.

Số lượng bản ghi mà hệ thống nhận được từ thiết bị GM trong 10 phút:

1 * 10 * 300 = 3000 bản ghi

Tổng số bản ghi trong 10 phút mà hệ thống nhận được: 11000 bản ghi.


Hình 4-48: Mô hình QLNL cho tòa chung cư mini


Từ những dữ liệu tính toán trên, tác giả sử dụng ứng dụng giả lập mạng

Webserver Stress Tool để tính toán hiệu năng hoạt động của hệ thống:

Hình 4-49: Phần mềm giả lập mạng

Sử dụng phần mềm giả lập mạng với số lượng yêu cầu gửi lên hệ thống QLNL tăng

dần, CPU máy chủ sẽ tăng khiến cho hiệu năng của hệ thống giảm. Khi đó, hệ thống

sẽ tự động điều chỉnh và bật thêm 1 máy ảo với chức năng cân bằng tải, giúp hệ

thống hoạt động ổn định hơn với số lượng lớn người dùng:


Hình 4-50: Kết quả hiệu năng hoạt động hệ thống với tải lớn

Trên Hình 4-50 cho thấy hiệu năng hoạt động của hệ thống khi số lượng người dùng

tăng lên:

- Tại thời điểm số 1, khi hệ thống chưa được bật chế độ tự động điều chỉnh cân

bằng tải, CPU hệ thống tăng lên >90% khiến cho hiệu năng hoạt động của hệ

thống giảm, có thể gây ra trễ cho người sử dụng.

- Tại thời điểm số 2, sau khi hệ thống được kích hoạt chế độ tự động điều chỉnh,

nhận thấy CPU máy chủ tăng vượt quá ngưỡng cho phép, một máy ảo mới sẽ

được tự động bật lên và cân bằng tải với máy chủ, giúp cho CPU của hệ thống

luôn nằm trong giới hạn cho phép, không ảnh hưởng tới hiệu năng hoạt động

của hệ thống.


Hình 4-51: Cấu hình tự động điều chỉnh cân bằng tải hệ thống

Hình 4-51 cho thấy cấu hình của hệ thống tự động cân bằng tải:

1: Số lượng máy ảo sử dụng để điều chỉnh, giá trị này phụ thuộc vào số lượng tài

nguyên máy ảo đang quản lý. Trong hình trên tác giả sử dụng 2 máy ảo để thử

nghiệm.

2: Khoảng giá trị của CPU mà hệ thống sẽ sử dụng để nhận biết thời điểm bật/tắt

các máy ảo. Trong hình trên tác thiết lập giá trị CPU trong khoảng từ 1 đến 40, khi

CPU của máy chủ vượt quá khoảng này, hệ thống sẽ tự động bật thêm máy ảo để

cân bằng tải với máy chủ đang hoạt động.

3: Số lượng máy chủ được bật thêm trong mục 2.

Khi số lượng người dùng giảm đi, CPU của máy chủ giảm thì hệ thống tự động tắt

máy ảo đi, tránh lãng phí tài nguyên hệ thống như trong Hình 4-52.


Hình 4-52: Máy ảo tự động được tắt khi CPU máy chủ giảm

Hình 4-53: Máy ảo tự động được tắt đi

5.4 Kết luận

Trong chương này đã đưa ra các kết quả của hệ thống quản lý năng lượng sau

khi được tích hợp thành công, hệ thống đáp ứng được các yêu cầu chức năng đã đề

ra, đồng thời đưa ra được phương pháp thử nghiệm, đo kiểm và đánh giá hiệu năng

hoạt động của hệ thống.


KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

- Xây dựng hạ tầng S.M.A.C phục vụ cho QLNL

Thiết kế hệ thống sử dụng hạ tầng ảo hóa Microsoft Window Azure. Hệ thống có

khả năng xử lý dữ liệu lớn (BigData), tính toán và đưa ra các thông số tiêu thụ điện

cũng như các dự đoán về mức độ tiêu thụ điện năng trong tương lai, tự động cân

bằng tải theo số lượng người dùng.

- Thiết kế cơ chế truyền thông để đồng bộ dữ liệu giữa các thiết bị phần cứng

và hệ QLNL

Thiết kế cơ chế đồng bộ dữ liệu giữa các thiết bị phần cứng và hệ thống phần mềm

quản lý năng lượng. Tích hợp thành công hệ thống gồm nhiều phần tử phức tạp

(Hardware, Software, Firmware)

- Bước đầu đánh giá được hiệu năng hoạt động của hệ thống bằng phương

pháp đo đạc và giả lập.

Sử dụng phương pháp đo đạc thực tế và giả lập để đánh giá hiệu năng hoạt động của

hệ thống và khả năng đáp ứng với nhu cầu của người dùng.

Dựa trên các khảo sát về nhu cầu và xu hướng QLNN trên thế giới, tác giả đã

thiết kế ra giải pháp ứng dụng công nghệ S.M.A.C tạo ra hệ thống QLNL mềm dẻo

đáp ứng được như cầu thay đổi về số lượng người dùng và số lượng thiết bị. Với

kiến trúc này cho phép việc mở rộng hệ thống theo mô hình IoT kết nối hàng triệu

thiết bị qua mạng Internet.

Hiệu quả kinh tế, xã hội:

Việc ứng dụng hệ thống quản lý năng lượng vào các tòa nhà của trường học,

công sở sẽ thúc đẩy mạnh mẽ việc tiết kiệm năng lượng, cắt giảm chi phí vận hành

đồng thời hạn chế nhu cầu nhập ngoại các sản phẩm tương tự của nước ngoài, do đó

sẽ tiết kiệm đáng kể cho ngân sách nhà nước. Đặc biệt, hệ thống được thiết kế để dễ

dàng triển khai và mở rộng tại các tòa nhà đang vận hành và giảm thiểu các thay đổi


trong cấu trúc hiện tại của hệ thống điện nên sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Đối

với các doanh nghiệp có nhu cầu kiểm toán năng lượng thì hệ thống sẽ góp phần

giảm thiểu chi phí và nhân công cho công việc này.

Do hệ thống phần mềm QLNL được xây dựng dưới dạng dịch vụ chạy trên

nền điện toán đám mây nên cho phép nhiều khách hàng có thể thuê dịch vụ thay vì

phải mua các phần mềm QLNL đắt tiền, do đó tiết kiệm được nhiều chi phí nhờ vào

việc chia sẻ hạ tầng CNTT. Thêm vào đó, khả năng tương tác và điều khiển qua các

thiết bị di động giúp nâng cao khả năng nhân rộng hệ thống thông qua các mạng di

động.

Hướng phát triển tiêp theo của đề tài:

- Nghiên cứu các giải pháp tích hợp các nguồn điện tái tạo vào lưới điện hạ áp và

tối ưu hóa công suất trong trong chế độ chạy độc lập và chế độ hòa điện lưới.

- Nghiên cứu tìm hiểu các chuẩn lưới điện thông minh phổ biến phục vụ cho thiết

kế hệ thống QLNL tương thích chuẩn Smart Grid (như IEC 61968, IEC60870,

IEC 61850) cho phép đấu nối với lưới điện hạ áp và trao đổi dữ liệu với nhà

cung cấp điện.

- Triển khai thử nghiệm và đánh giá hiệu quả tại một địa chỉ ứng dụng như khuôn

viên trường học hoặc khu du lịch.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_management_system

2. http://www.greentechmedia.com/articles/read/home-energy-management-

systems-redefined

3. http://www.nec.com/en/global/eco/featured/business_vision/7_1/home.html

4. http://www.rmhgroup.co.uk/services-2/building-management-systems-bms/

5. http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_to%C3%A1n_

%C4%91%C3%A1m_m%C3%A2y

6. Hoang Le Minh, (2014), Triển vọng SMAC tại Việt Nam, Báo cáo Hội thảo

Ngày CNTT 2014 - Vietnam IT Day 2014.

7. Nguyen Viet Hai, (2014), SMAC và các lưa chọn cho Hạ tầng thông tin quốc

gia, Báo cáo Hội thảo Ngày CNTT 2014 - Vietnam IT Day 2014.


http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_to%C3%A1n_%C4%91%C3%A1m_m%C3%A2y

http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_to%C3%A1n_%C4%91%C3%A1m_m%C3%A2y

http://www.rmhgroup.co.uk/services-2/building-management-systems-bms/

http://www.nec.com/en/global/eco/featured/business_vision/7_1/home.html

http://www.greentechmedia.com/articles/read/home-energy-management-systems-redefined

http://www.greentechmedia.com/articles/read/home-energy-management-systems-redefined

http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_management_system

Điện toán đám mây

Documents