Chuyển tới nội dung chính

2. Mô tả Hệ thống (Overall Description)

2.1 Product Perspective (Vị trí Sản phẩm)​

SmartCity-Platform là một hệ thống độc lập (standalone system) được thiết kế để hoạt động trong môi trường Smart City. Hệ thống này đóng vai trò là trung tâm thu thập và xử lý dữ liệu IoT (IoT Data Hub) cho toàn bộ cơ sở hạ tầng đô thị thông minh.

Vị trí trong Smart City Ecosystem​

Giao diện Hệ thống (System Interfaces)​

1. Hardware Interfaces:

  • Không có giao diện phần cứng trực tiếp
  • Nhận dữ liệu qua network từ IoT sensors

2. Software Interfaces:

  • RabbitMQ AMQP 0-9-1: Message queue protocol
  • REST API: HTTP/1.1 với JSON payload
  • MongoDB Wire Protocol: Database communication
  • Redis Protocol (RESP): Cache communication

3. Communication Interfaces:

  • Port 5672-5673: RabbitMQ AMQP
  • Port 15672-15673: RabbitMQ Management UI
  • Port 8080: Backend REST API
  • Port 8000: ML Service API
  • Port 3000: Frontend Dashboard
  • Port 6379: Redis Cache
  • Port 27018-27019: MongoDB Instances

2.2 Product Features (Tính năng Sản phẩm)​

PF-1: High-Performance Data Ingestion​

Mô tả: Thu thập dữ liệu từ RabbitMQ với throughput cao

Đặc điểm:

  • Batch processing: 5000 messages/lần
  • Pull interval: 10 giây (có thể cấu hình)
  • Multi-threaded: Xử lý song song từ nhiều edge nodes
  • Throughput: ~500 messages/second

PF-2: ML-Based Data Classification​

Mô tả: Phân loại dữ liệu tự động bằng Machine Learning

Đặc điểm:

  • 3 trained IsolationForest models (temperature, humidity, CO2)
  • Latency classification: < 50ms per message
  • Accuracy: Phát hiện anomaly với precision cao
  • Auto-labeling: HOT/WARM/COLD

PF-3: Tiered Storage Management​

Mô tả: Quản lý dữ liệu trên 3 tầng lưu trữ

Đặc điểm:

  • HOT tier (Redis): In-memory, TTL 1 giờ, cho real-time access
  • WARM tier (MongoDB): Persistent, retention 30 ngày
  • COLD tier (MongoDB): Archive, retention vĩnh viễn
  • Automatic data routing dựa trên classification

PF-4: Real-time Dashboard​

Mô tả: Giao diện giám sát trực quan với cập nhật real-time

Đặc điểm:

  • Auto-refresh mỗi 2 giây
  • Real-time charts (ECharts)
  • Node status monitoring
  • Storage statistics

PF-5: RESTful API​

Mô tả: API endpoints cho query và quản lý hệ thống

Đặc điểm:

  • /api/stats: System statistics
  • /api/data: Paginated data query
  • /api/nodes: Edge node status
  • /api/sync/trigger: Manual sync

PF-6: Edge Node Discovery​

Mô tả: Tự động phát hiện và kết nối RabbitMQ edge nodes

Đặc điểm:

  • DNS-based discovery
  • Health check mỗi 30 giây
  • Auto-reconnect khi node failed
  • Support multiple nodes

PF-7: System Scalability​

Mô tả: Khả năng mở rộng horizontal và vertical

Đặc điểm:

  • Horizontal: Thêm RabbitMQ nodes, MongoDB shards
  • Vertical: Tăng batch size, thread pool size
  • Tested: 40 million messages

PF-8: Containerized Deployment​

Mô tả: Triển khai đầy đủ bằng Docker Compose

Đặc điểm:

  • One-command deployment: docker-compose up -d
  • All services containerized
  • Network isolation
  • Volume persistence

2.3 User Characteristics (Đặc điểm Người dùng)​

UC-1: System Administrator​

Vai trò: Triển khai và vận hành hệ thống

Đặc điểm:

  • Kinh nghiệm: Docker, Linux system administration
  • Kỹ năng kỹ thuật: Cao
  • Tương tác: Docker CLI, RabbitMQ Management, MongoDB shell

Nhu cầu:

  • Deployment guide
  • Troubleshooting documentation
  • Configuration reference

UC-2: Application Developer​

Vai trò: Tích hợp SmartCity-Platform vào ứng dụng bên thứ 3

Đặc điểm:

  • Kinh nghiệm: REST API, JSON, HTTP
  • Kỹ năng kỹ thuật: Trung bình - Cao
  • Tương tác: API endpoints

Nhu cầu:

  • API reference documentation
  • Code examples
  • Error handling guide

UC-3: Data Analyst​

Vai trò: Phân tích dữ liệu IoT từ dashboard

Đặc điểm:

  • Kinh nghiệm: Data analysis, basic IT
  • Kỹ năng kỹ thuật: Trung bình
  • Tương tác: Web dashboard

Nhu cầu:

  • User-friendly dashboard
  • Data export features
  • Visualization tools

UC-4: Project Manager​

Vai trò: Giám sát dự án, đánh giá tiến độ

Đặc điểm:

  • Kinh nghiệm: Project management, basic technical knowledge
  • Kỹ năng kỹ thuật: Thấp - Trung bình
  • Tương tác: Documentation, reports

Nhu cầu:

  • System overview documentation
  • Feature list
  • Performance metrics

2.4 Constraints (Ràng buộc)​

C-1: Technology Stack​

Ràng buộc: Phải sử dụng các công nghệ mã nguồn mở

Lý do: Yêu cầu của cuộc thi PMNM 2025

Ảnh hưởng: Giới hạn lựa chọn công nghệ

C-2: Deployment Platform​

Ràng buộc: Hệ thống phải chạy trên Docker

Lý do: Yêu cầu dễ triển khai và portable

Ảnh hưởng: Tất cả services phải containerized

C-3: Programming Language​

Ràng buộc:

  • Backend: Java 17 (Spring Boot)
  • ML Service: Python 3.10+
  • Frontend: TypeScript (Nuxt 3)

Lý do: Tận dụng ecosystem và tooling

Ảnh hưởng: Team cần kinh nghiệm với các ngôn ngữ này

C-4: Database​

Ràng buộc: Phải sử dụng NoSQL database

Lý do: Flexibility cho IoT data schema

Ảnh hưởng: Chọn MongoDB và Redis

C-5: Performance​

Ràng buộc: Phải xử lý được tối thiểu 40 triệu messages

Lý do: Demo requirement

Ảnh hưởng: Cần tối ưu batch processing và storage

C-6: Budget​

Ràng buộc: Zero cost deployment (self-hosted)

Lý do: Open source project

Ảnh hưởng: Không sử dụng cloud services trả phí

2.5 Assumptions and Dependencies (Giả định và Phụ thuộc)​

Assumptions (Giả định)​

A-1: Infrastructure Availability

  • Giả định có server/VM với ít nhất 8GB RAM
  • Giả định có kết nối internet ổn định cho Docker pull images

A-2: Data Format

  • Giả định dữ liệu IoT có format JSON chuẩn
  • Giả định có 3 metric types: temperature, humidity, CO2

A-3: User Access

  • Giả định người dùng có browser hiện đại (Chrome, Firefox, Edge)
  • Giả định người dùng có quyền truy cập network tới các port

A-4: Operating System

  • Giả định hệ thống chạy trên Linux hoặc Windows với Docker Desktop

Dependencies (Phụ thuộc)​

D-1: Docker & Docker Compose

  • Version: Docker 20.x+, Docker Compose 2.x+
  • Criticality: High - Toàn bộ hệ thống phụ thuộc
  • Mitigation: Cung cấp hướng dẫn cài đặt

D-2: RabbitMQ

  • Version: RabbitMQ 3.x
  • Criticality: High - Edge storage layer
  • Mitigation: Sử dụng official Docker image

D-3: MongoDB

  • Version: MongoDB 7.0
  • Criticality: High - Persistent storage
  • Mitigation: Replica set cho high availability

D-4: Redis

  • Version: Redis Alpine
  • Criticality: Medium - HOT tier storage (có thể fallback)
  • Mitigation: Persistence configuration

D-5: Python Libraries

  • scikit-learn: ML models
  • FastAPI: ML service framework
  • Criticality: High - Classification không hoạt động nếu thiếu
  • Mitigation: Dockerfile với dependencies fixed

D-6: Java Runtime

  • Version: OpenJDK 17
  • Criticality: High - Backend runtime
  • Mitigation: Sử dụng base image có sẵn JDK

D-7: Node.js Runtime

  • Version: Node.js 20.x
  • Criticality: Medium - Frontend build/runtime
  • Mitigation: Sử dụng official Node.js image

2.6 Operating Environment (Môi trường Vận hành)​

Hardware Requirements​

Minimum:

  • CPU: 2 cores
  • RAM: 8 GB
  • Disk: 20 GB SSD
  • Network: 100 Mbps

Recommended:

  • CPU: 4+ cores
  • RAM: 16 GB
  • Disk: 50 GB SSD
  • Network: 1 Gbps

Software Requirements​

Operating System:

  • Linux (Ubuntu 20.04+, CentOS 8+, Debian 11+)
  • Windows 10/11 with WSL2
  • macOS 11+ (not tested)

Required Software:

  • Docker Engine 20.x+
  • Docker Compose 2.x+
  • Git (for source code)

Network Ports:

  • 3000, 5672-5673, 6379, 8000, 8080, 8081, 15672-15673, 27018-27019 phải available

Deployment Topology​

Browser Support​

  • Chrome 90+
  • Firefox 88+
  • Edge 90+
  • Safari 14+ (limited testing)