PHỤ LỤC C: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ IoT

2. CƠNG NGHỆ IoT

2.1. Internet of Things là gì?



Hình 29: Sơ đồ kết nối của IoT

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT) là kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con

người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao

đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa

người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ khơng

dây, cơng nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả

năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngồi để thực hiện một cơng việc nào

đó.

Một vật trong IoT có thể là một người với một trái tim cấy ghép; một động vật ở trang

trại với bộ chíp sinh học; một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnh báo tài xế khi bánh xe

xẹp hoặc bất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào mà có thể gán được một địa chỉ IP và cung

cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua mạng lưới. Cho đến nay, IoT là những liên kết máy

đến máy (Machine to Machine - M2M) trong ngành sản xuất, công nghiệp năng lượng, kỹ



nghệ xăng dầu. Khả năng sản phẩm được tích hợp máy đến máy thường được xem như là

thông minh.

2.2. Khả năng định danh độc nhất

Điểm quan trọng của IoT đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và định dạng.

Nếu mọi đối tượng, kể cả con người, được định danh để phân biệt bản thân đối tượng đó với

những thứ xung quanh thì chúng ta có thể hồn tồn quản lý được nó thơng qua máy tính.

Việc đinh danh có thể được thực hiện thông qua nhiều công nghệ, chẳng hạn như RFID,

NFC, mã vạch, mã QR, watermark kỹ thuật số... Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi,

mạng viễn thơng băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại...

Ngoài những kỹ thuật nói trên, nếu nhìn từ thế giới web, chúng ta có thể sử dụng các địa

chỉ độc nhất để xác định từng vật, chẳng hạn như địa chỉ IP. Mỗi thiết bị sẽ có một IP riêng

biệt khơng nhầm lẫn. Sự xuất hiện của IPv6 với không gian địa chỉ cực kỳ rộng lớn sẽ giúp

mọi thứ có thể dễ dàng kết nối vào Internet cũng như kết nối với nhau.

2.3. Xu hướng và tính chất của Internet of Things

-



Thông minh: Sự thông minh và tự động trong điều khiển thực chất không phải là một

phần trong ý tưởng về IoT. Các máy móc có thể dễ dàng nhận biết và phản hồi lại môi

trường xung quanh, chúng cũng có thể tự điều khiển bản thân mà khơng cần đến kết nối

mạng. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây người ta bắt đầu nghiên cứu kết hợp hai khái

niệm IoT và Autonomous control (Điều khiển tự động) lại với nhau. Tương lai của IoT

có thể là một mạng lưới các thực thể thơng minh có khả năng tự tổ chức và hoạt động

riêng lẻ tùy theo tình huống, mơi trường, đồng thời chúng cũng có thể liên lạc với nhau



-



để trao đổi thông tin, dữ liệu.

Kiến trúc dựa trên sự kiện: Các thực thể, máy móc trong IoT sẽ phản hồi dựa theo các sự

kiện diễn ra trong lúc chúng hoạt động theo thời gian thực. Một số nhà nghiên cứu từng



-



nói rằng một mạng lưới các cảm biến chính là một thành phần đơn giản của IoT.

Là một hệ thống phức tạp: Trong một thế giới mở, IoT sẽ mang tính chất phức tạp bởi nó

bao gồm một lượng lớn các đường liên kết giữa những thiết bị, máy móc, dịch vụ với

nhau.



-



Kích thước: Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết

nối và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng. Một con người

sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối tượng có khả



-



năng theo dõi.

Vấn đề khơng gian, thời gian: Trong IoT, vị trí địa lý chính xác của một vật nào đó là rất

quan trọng. Hiện nay, Internet chủ yếu được sử dụng để quản lý thông tin được xử lý bởi

con người.



2.4. Các hệ thống phụ trong IoT

Không phải tất cả mọi thứ nằm trong IoT đều nhất thiết phải kết nối vào một mạng lưới

tồn cầu, chúng ta có thể hoạt động trong từng hệ thống đơn lẻ (subsystem). Hãy tưởng

tượng đến một căn nhà thơng minh, trong đó các đồ điện gia dụng có thể tự chúng tương tác

với nhau và hoạt động mà không cần phải vào Internet, trừ khi chúng ta cần điều khiển nó từ

xa. Ngơi nhà này có thể được xem là một subsystem. Cũng giống như hiện nay chúng ta có

các mạng LAN, WAN, mạng ngang hàng nội bộ chứ không kết nối trực tiếp vào Internet.

2.5. Ứng dụng của IoT

Khi Internet of Things phát triển, sự phát triển của các thiết bị kết nối thông minh được

hỗ trợ bởi các mạng di động, cung cấp kết nối mở rộng khắp và phổ biến thì sẽ mở ra cơ hội

cung cấp các dịch vụ nâng cao cuộc sống cho người tiêu dùng, đồng thời tăng năng năng

suất cho các doanh nghiệp.



Hình 30: Tác động của ứng dụng IoT đối với cuộc sống

Đối với người dùng, kết nối được cung cấp bởi IoT có thể nâng cao chất lượng cuộc

sống của họ theo nhiều cách, như là sử dụng năng lượng hiệu quả, an ninh trong nhà và cả

thành phố. Trong gia đình, việc tích hợp các thiết bị kết nối thông minh và dịch vụ dựa trên

đám mây sẽ giúp giải quyết vấn đề năng lượng và an ninh. Các thiết bị thông minh kết nối sẽ

cho phép giảm bớt chi phí và tiêu tốn điện năng, đồng thời cải thiện an ninh tại nhà thông

qua giám sát từ xa.

Trong phương tiện giao thông: Tại các thành phố, sự phát triển của lưới điện thông

minh, phân tích dữ liệu và các phương tiện tự hành sẽ cung cấp một nền tảng thông minh để

đổi mới trong các lĩnh vực quản lý năng lượng, quản lý cơ sở hạ tầng, an ninh và giao thông.

Hệ thống đèn chiếu sáng, đèn giao thông, camera, xe tự hành sẽ hoạt động ở mức độ tối ưu

nhất dựa vào các điều kiện thực tế đang xảy ra xung quanh để tiết kiệm năng lượng, giảm ô

nhiễm môi trường, kẹt xe…

Đảm bảo an tồn cho phương tiện, có khả năng cảnh báo người lái những vấn đề trên

đường và tự động nhận biết, ngăn cản những va chạm có thể xảy ra như các tín hiệu cảnh

báo nguy hiểm, chức năng cuộc gọi khẩn cấp

Hỗ trợ nghe nhạc, xem phim cho người lái và hành khách như là giao tiếp với điện thoại

thông minh thông qua Wi-Fi, 3G, 4G. Một số nhà sản xuất ơ tơ đã có kế hoạch tích hợp



mạng di động cho xe, để tải bản đồ trực tiếp nhanh hơn, có thể phát Wi-Fi cho người dùng

máy tính trên xe.

Sức khỏe: tối ưu hóa sức khỏe và năng lực của người lái như hỗ trợ cảnh báo về sức

khỏe, sự mệt mỏi hoặc những hình thức hỗ trợ cá nhân khác

Hỗ trợ giảm thiểu chi phí vận hành và tăng sự thoải mái như điều khiển các tính năng từ

xa của xe hơi, hiển thị các thông tin, dịch vụ xe và sự truyền nhận dữ liệu, hướng dẫn nhanh

hơn, an toàn hơn, tiết kiệm hơn và tăng hiệu quả nhiên liệu khi lái xe dựa trên những thông

tin thu thập được trên xe như hiển thị thông tin giao thông thời gian thực, hiển thị các thơng

tin về sửa chữa và dịch vụ, thậm chí xe hơi còn liên kết với nhà thơng minh, văn phòng và

các tòa nhà khác để báo nguy và giám sát hệ thống năng lượng.



Hình 31: Ứng dụng IoT trong thành phố thông minh (Smart cities)

-



Trong Y tế: IoT cũng sẽ mở rộng tiếp cận và nâng cao chất lượng giáo dục và y tế. Khi

nhu cầu về việc chăm sóc sức khỏe tăng lên, các thiết bị kết nối thông minh sẽ giúp giải

quyết thách thức này bằng cách hỗ trợ các dịch vụ y tế điện tử, giúp cải thiện khả năng

tiếp cận và cho phép theo dõi bệnh nhân tại nhà. Như vậy chất lượng chăm sóc và chất

lượng cuộc sống cho bệnh nhân sẽ được nâng cao, đồng thời giảm sự quá tải của hệ

thống bệnh viện hiện nay.



Hình 32: Ứng dụng IoT trong Y tế

-



Trong giáo dục: các giải pháp học tập linh hoạt sẽ điều chỉnh quá trình học tập theo nhu

cầu của mỗi học sinh. Nâng cao trình độ giảng dạy, học tập thuận tiện và dễ tiếp cận hơn.

Mỗi học sinh không cần mang nhiều sách đến trường, tất cả tài liệu đã được cung cấp

trong các thiết bị thông minh. Và từ những thiết bị thơng minh đó, học sinh có thể kết nối

đến lớp và giáo viên để chia sẽ kiến thức và làm việc nhóm mà khơng cần đến trường.



Hình 33: Ứng dụng IoT trong giáo dục

2.6. Hạn chế của IoT

Chưa có một ngơn ngữ chung



Ở mức cơ bản nhất, Internet là một mạng dùng để nối thiết bị này với thiết bị khác. Nếu

chỉ riêng có kết nối khơng thơi thì khơng có gì đảm bảo rằng các thiết bị biết cách nói

chuyện nói nhau. Cũng giống như là bạn có thể đi từ Việt Nam đến Mỹ, nhưng khơng đảm

bảo rằng bạn có thể nói chuyện với người Mỹ.

Để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau, chúng sẽ cần một hoặc nhiều giao thức

(protocols), có thể xem là một thứ ngôn ngữ chuyên biệt để giải quyết một tác vụ nào đó.

Chắc chắn bạn đã ít nhiều sử dụng một trong những giao thức phổ biến nhất thế giới, đó là

HyperText Transfer Protocol (HTTP) để tải web. Ngồi ra chúng ta còn có SMTP, POP,

IMAP dành cho email, FTP dùng để trao đổi file.

Hàng rào subnetwork

Như đã nói ở trên, thay vì giao tiếp trực tiếp với nhau, các thiết bị IoT hiện nay chủ yếu

kết nối đến một máy chủ trung tâm do hãng sản xuất một nhà phát triển nào đó quản lý.

Cách này cũng vẫn ổn thơi, những thiết bị vẫn hồn tồn nói chuyện được với nhau thơng

qua chức năng phiên dịch của máy chủ rồi. Thế nhưng mọi chuyện không đơn giản như thế,

cứ mỗi một mạng lưới như thế tạo thành một subnetwork riêng, và buồn thay các máy móc

nằm trong subnetwork này khơng thể giao tiếp tốt với subnetwork khác.

Lấy ví dụ như xe ơ tơ chẳng hạn. Một chiếc Ford Focus có thể giao tiếp cực kỳ tốt đến

các dịch vụ và trung tâm dữ liệu của Ford khi gửi dữ liệu lên mạng. Nếu một bộ phận nào đó

cần thay thế, hệ thống trên xe sẽ thơng báo về Ford, từ đó hãng tiếp tục thơng báo đến người

dùng. Nhưng trong trường hợp chúng ta muốn tạo ra một hệ thống cảnh báo kẹt xe thì mọi

chuyện rắc rối hơn nhiều bởi xe Ford được thiết lập chỉ để nói chuyện với server của Ford,

khơng phải với server của Honda, Audi, Mercedes hay BMW. Lý do cho việc giao tiếp thất

bại? Chúng ta thiếu đi một ngôn ngữ chung. Và để thiết lập cho các hệ thống này nói chuyện

được với nhau thì rất tốn kém, đắt tiền.

Có q nhiều "ngơn ngữ địa phương"

Bây giờ giả sử như các nhà sản xuất xe ô tô nhận thấy rằng họ cần một giao thức chung

để xe của nhiều hãng có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và họ đã phát triển thành cơng giao



thức đó. Thế nhưng vấn đề vẫn chưa được giải quyết. Nếu các trạm thu phí đường bộ, các

trạm bơm xăng muốn giao tiếp với xe thì sao? Mỗi một loại thiết bị lại sử dụng một "ngơn

ngữ địa phương" riêng thì mục đích của IoT vẫn chưa đạt được đến mức tối đa. Đồng ý rằng

chúng ta vẫn có thể có một trạm kiểm soát trung tâm, thế nhưng các thiết bị vẫn chưa thật sự

nói chuyện được với nhau.

2.7. IoT trong công nghệ nhà thông minh

Trong các ngôi nhà hiện đại ngày nay, số lượng trang thiết bị điện tử đang không ngừng

gia tăng. Tuy nhiên, do khác nhau về kiến trúc, việc điều khiển thiết bị đôi khi bất cập. Thêm

vào đó, việc điều khiển các thiết bị một cách thủ cơng với khoảng cách địa lý lớn khơng dễ.

Vì vậy, việc áp dụng các công nghệ điều khiển tự động nhằm giải quyết tương tác giữa môi

trường và các thiết bị trong nhà một cách linh hoạt, dễ dàng là điều tất yếu, từ đó khái niệm

nhà thơng minh ra đời.

Nhà thông minh hiểu đơn giản là ngôi nhà mà các thiết bị gia dụng trong nó như: hệ

thống chiếu sáng, sưởi ấm, máy lạnh, TV, camera an ninh, …. Có khả năng tự động hóa và

giao tiếp với nhau theo một chương trình đã định sẵn. Nguyên lý hoạt động của các hệ thống

điều khiển tự động nói chung, hệ thống thơng minh nói riêng tập trung chủ yếu vào việc giải

quyết tương tác giữa hệ thống với môi trường. Thông qua các cảm biến ta thu được tín hiệu,

các tín hiệu này được lưu trữ, xử lý và tùy theo từng yêu cầu đặt ra mà điều khiển thiết bị

theo mục đích cụ thể.

 Thiết kế hệ thống nhà thông minh:

-



Khối cảm biến: thu thập thông tin từ mơi trường ngồi như nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa,

….



-



Khối vi điều khiển: điều khiển hoạt động của hệ thống, ngồi ra còn đóng vai trò máy chủ

SERVER, nhận và thực thi các yêu cầu từ CLIENT khi sử dụng công nghệ IoT.



-



Khối xử lý dữ liệu mạng: tạo giao diện kết nối, chuyển đổi các gói dữ liệu đến và đi trên

hệ thống mạng.



-



Máy tính cá nhân: truyền tín hiệu điều khiển thơng qua câu lệnh, chương trình, xử lý tín

hiệu, điều khiển hệ thống.



-



Khối phát và thu tín hiệu khi giao tiếp với các thiết bị có giao tiếp IoT với nhau.



-



Khối máy chủ (SERVER): khối này được nhà sản xuất mua tên miền của các công ty uy

tín trên Internet để thay thế các con số của IP của SERVER và chuyển chúng thành một

phần mềm ứng dụng có hỗ trợ trên các hãng thiết bị điện thoại di động, tablet và máy

tính.



-



Khối các thiết bị thực thi trực tiếp: các thiết bị trong khối giao tiếp với khối điều khiển

trung tâm bằng sóng RF. Mỗi thiết bị được nhà sản xuất định danh sẵn cho 1 địa chỉ IP và

thể hiện nhiệm vụ của chúng khi được kết nối với thiết bị trung tâm. Từ đó mà từ bất cứ

thiết bị di động có hỗ trợ kết nối với ứng dụng hoặc miền của SERVER thơng qua

Internet đều có thể điều khiển dễ dàng các thiết bị này.



Hình 34: Hệ thống nhà thơng minh



Thiết bị MCU đóng vai trò là trung tâm trong hệ thống giao tiếp không dây, MCU là

thiết bị duy nhất được cắm cáp mạng Internet để điều khiển từ xa. Các tính năng chính của

MCU:

-



Hỗ trợ thiết lập trực tiếp trên thiết bị ngoại vi - Sử dụng công nghệ điện toán đám mây.



-



Bảo mật hai chiều, 3 lớp theo biến số thời gian.



-



Tích hợp cơng nghệ Repeater đảm bảo sóng giao tiếp giữ các thiết bị được tốt hơn.



-



Có nhiều ứng dụng tự động nhận dạng kết nối giữa các thiết bị tùy theo nhà sản xuất.



-



Công nghệ Plug & Play tự động nhận dạng kết nối Cloud.



-



Tích hợp thời gian thực đặt lịch trình/hẹn giờ thiết bị.



-



Cơng nghệ tự động đồng bộ trạng thái và cập nhật dữ liệu lên Cloud - Tự động cập nhật

thời gian.



-



Tự động cập nhật trạng thái thiết bị.



-



Công nghệ tự động kiểm tra lỗi và tự khởi động quy trình sửa chữa - Công nghệ đồng bộ

và xử lý song song cho phép mở rộng hệ thống.



2.8. Ứng dụng IoT cho camera giám sát

-



Công nghệ Camera 3G:

Camera 3G được lắp đặt quan sát ở một nơi chưa kéo được ADSL hay Cáp quang, thậm



chí chưa có điện. Cần để quan sát từ xa với mục đích theo dõi, quản lý dữ liệu và chỉ cần có

sóng điện thoại là ở đó có mạng 3G.

Do sử dụng mạng 3G nên không thể mở Port để xem Camera từ xa thơng qua 3G được,

bởi vì USB 3G đóng vai trò là một Client nằm sau một Router khác, địa chỉ IP được cấp khi

kết nối Internet 3G là một địa chỉ IP Private, địa chỉ này khơng thể nhìn thấy được từ

Internet. Do đó muốn truy cập dữ liệu phải sử dụng đường hầm VPN.

-



Công nghệ mạng ngang hàng (mạng P2P) và Camera P2P:



Mạng ngang hàng là một kiểu mạng được thiết kế cho các thiết bị trong đó có chức năng

và khả năng của các thiết bị đó là như nhau. Mạng ngang hàng đơn giản cũng được biết đến

bằng việc so sánh với mạng Client/Server, mạng mà trong đó chứa các thiết bị chịu trách

nhiệm cung cấp hay phục vụ thông tin mạng và các thiết bị khác sẽ sử dụng các tài nguyên

mạng.

Giúp cho việc quan sát từ xa qua Internet thông qua điện thoại 3G, Laptop và các thiết bị

khác thì hết sức dễ dàng. Đây là một trong những công nghệ tiên tiến nhất dùng thuật toán

đám mây và máy chủ server đặt ở nước ngoài cho phép người dùng có thể truy cập dữ liệu từ

thiết bị này đến thiết bị kia ở bất cứ đâu có kết nối Internet.

Do sử dụng công nghệ P2P, nên không cần phải mở cổng (Port) thiết bị, không cần phải

cài đặt IP hoặc đường hầm VPN.

2.9. Kết luận

Internet of Things hứa hẹn sẽ mang đến một bước thay đổi lớn trong chất lượng cuộc

sống của con người và năng suất làm việc của doanh nghiệp. Thơng qua sự phủ sóng của

mạng diện rộng, sự thông minh của mạng cục bộ được sử dụng trên các thiết bị. Thiết bị IoT

có tiềm năng cho phép mở rộng và cải tiến các dịch vụ vận tải, hậu cần, an ninh, tiện ích, y

tế, giáo dục và các lĩnh vực khác. Đồng thời cung cấp một hệ sinh thái mới cho sự phát triển

các ứng dụng IoT.