Khái niệm IoT

Internet of Things (IoT) là thuật ng�?dùng đ�?ch�?các đối tượng có th�?được nhận biết cũng như s�?tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối. Đây là một viễn cảnh trong đó mọi vật, mọi con vật hoặc con người được cung cấp các định danh và kh�?năng t�?động truyền tải d�?liệu qua một mạng lưới mà không cần s�?tương tác giữa con người-với-con người hoặc con người-với-máy tính. IoT tiến hoá t�?s�?hội t�?của các công ngh�?không dây, h�?thống vi cơ điện t�?(MEMS) và Internet. Cụm t�?này được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999. Ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID �?đại học MIT .

“Thing” – s�?vật – trong Internet of Things, có th�?là một trang trại động vật với b�?tiếp sóng chip sinh học, một chiếc xe ô tô tích hợp các cảm biến đ�?cảnh báo lái xe khi lốp quá non, hoặc bất k�?đ�?vật nào do t�?nhiên sinh ra hoặc do con người sản xuất ra mà có th�?được gán với một địa ch�?IP và được cung cấp kh�?năng truyền tải d�?liệu qua mạng lưới. IoT phải có 2 thuộc tính: một là đó phải là một ứng dụng internet. Hai là, nó phải lấy được thông tin của vật ch�?

Một ví d�?điển hình cho IoT là t�?lạnh thông minh, nó có th�?là một chiếc t�?lạnh bình thường nhưng có gắn thêm các cảm biến bên trong giúp kiểm tra được s�?lượng các loại thực phẩm có trong t�?lạnh, cảm biến nhiệt đ�? cảm biến phát hiện m�?cửa,…và các thông tin này được đưa lên internet. Với một danh mục thực phẩm được thiết lập trước bởi người dùng, khi mà một trong các loại thực phẩm đó sắp hết thì nó s�?thông báo ngay cho ch�?nhân nó biết rằng cần phải b�?sung gấp, thậm chí nếu các loại sản phẩm được gắn mã ID thì nó s�?t�?động trực tiếp gửi thông báo cần nhập hàng đến siêu th�?và nhân viên siêu th�?s�?gửi loại thực phẩm đó đến tận nhà.

Cơ s�?k�?thuật của IoT

1.1 Giao thức chính

Trong IoT, các thiết b�?phải giao tiếp được với nhau (D2D). D�?liệu sau đó phải được thu thập và gửi tới máy ch�?(D2S). Máy ch�?cũng có đ�?chia s�?d�?liệu với nhau(S2S), có th�?cung cấp lại cho các thiết b�? đ�?phân tích các chương trình, hoặc cho người dùng. Các giao thức có th�?dùng trong IoT là:

• MQTT: một giao thức cho việc thu thập d�?liệu và giao tiếp cho các máy ch�?(D2S)
• XMPP: giao thức tốt nhất đ�?kết nối các thiết b�?với mọi người, một trường hợp đặc biệt của mô hình D2S, k�?t�?khi người được kết nối với các máy ch�?/li>
• DDS: giao thức tốc đ�?cao cho việc tích hợp máy thông minh (D2D)
• AMQP: h�?thống hàng đợi được thiết k�?đ�?kết nối các máy ch�?với nhau(S2S)

* MQTT

MQTT(Message Queue Telemetry Transport), mục tiêu thu thập d�?liệu và giao tiếp D2S. Mục đích là đo đạc t�?xa, hoặc giám sát t�?xa, thu thập d�?liệu t�?nhiều thiết b�?và vận chuyển d�?liệu đó đến máy trạm với ít xung đột nhất. MQTT nhắm đến các mạng lớn của các thiết b�?nh�?mà cần phải được theo dõi hoặc kiểm soát t�?các đám mây.

MQTT hoạt động đơn giản, cung cấp nhiều lựa chọn điều khiển và QoS. MQTT không có yêu cầu quá khắt khe v�?thời gian, tuy nhiên hiều qu�?của nó là rất lớn, đáp ứng tính thời gian thực với đơn v�?tính bằng giây. Các giao thức hoạt động trên nền tàng TCP, cung cấp các đáp ứng đơn giản, đáng tin cậy.

* XMPP

XMPP ban đầu được gọi là “Jabber.” Nó được phát triển cho các tin nhắn tức thời (IM) đ�?kết nối mọi người với những người khác thông qua tin nhắn văn bản. XMPP là viết tắt của Extensible Messaging và Presence Protocol.

XMPP s�?dụng định dạng văn bản XML, và cũng tương t�?như MQTT chạy, XMPP chạy trên nền tảng TCP, hoặc có th�?qua HTTP trên TCP. Sức mạnh chính của nó là một chương trình [email protected] trong mạng Internet khổng l�?

1.2. Năng lực truyền thông (Communication Capabilities)

Địa ch�?IP được coi là yếu t�?quan trọng trong IoT, khi mà mỗi thiết b�?được gán một địa ch�?IP riêng biệt. Do đó kh�?năng cấp phát địa ch�?IP s�?quyết định đến tương lai của IoT. H�?thống địa ch�?IPv4 được tạo ra mới mục đích đánh cho mỗi máy tính kết nối vào mạng internet một con s�?riêng biệt, giúp cho thông tin có th�?tìm tới đúng nơi cần đến ngay khi nó được chuyển đi t�?bất c�?địa điểm nào trên th�?giới. Theo thiết k�? Ipv4 có th�?cung cấp 2^32 (tương ứng với khoảng 4,2 t�? địa ch�?IP, một con s�?lớn không tưởng cách đây 30 năm. Tuy nhiên, s�?bùng n�?mạnh m�?của Internet đã khiến cho s�?lượng địa ch�?IP t�?do càng ngày càng khan hiếm. Mới đây, RIPE NCC – Hiệp hội các t�?chức quản lý mạng Internet khu vực châu Âu phải đưa ra tuyên b�?rằng h�?đã s�?dụng đến gói địa ch�?IP chưa cấp phát cuối cùng (khoảng 1,8 triệu địa ch�?.

Và s�?ra đời của IPv6 như là một giải pháp cứu sống kịp thời cho s�?cạn kiệt của IPv4. Đ�?dài bit của là 128. S�?gia tăng mạnh m�?của IPv6 trong không gian địa ch�?là một yếu t�?quan trọng trong phát triển Internet of Things.

1.3. Công suất thiết b�?(Device Power)

Các tiêu chí hình thức chính của thiết b�?khi triển khai một ứng dụng IoT là phải giá thành thấp, mỏng, nhẹ…và như vậy phần năng lượng nuôi thiết b�?cũng s�?tr�?nên nh�?gọn lại, năng lượng tích tr�?cũng s�?tr�?nên ít đi. Do đó đòi hỏi thiết b�?phải tiêu tốn một công suất cực nh�?(Ultra Low Power) đ�?s�?dụng nguồn năng lượng có hạn đó. Bên cạnh đó yêu cầu có những giao thức truyền thông không dây gọn nh�?hơn, đơn giản hơn, đòi hỏi ít công suất hơn (Low Energy Wireless Technologies) như Zigbee, BLE (Bluetooth low energy), ANT/ANT+, NIKE+,..

1.4. Công ngh�?cảm biến (Sensor Technology)

Trong Internet of Things, cảm biến đóng vai trò then chốt, nó đo đạt cảm nhận giá tr�?t�?môi trường xung quanh rồi gửi đến b�?vi x�?lý sau đó được gửi lên mạng. Chúng ta có th�?bắt gặp một s�?loại cảm biến v�?cảnh báo cháy rừng, cảnh báo động đất, cảm biến nhiệt đ�? cảm biến đ�?ẩm,..Đ�?giúp cho thiết b�?kéo dài được thời gian sống hơn thì đòi hỏi cảm biến cũng phải tiêu hao một lượng năng lượng cực k�?thấp. Bên cạnh đó đ�?chính xác và thời gian đáp ứng của cảm biến cũng phải nhanh. Đ�?giá thành của thiết b�?thấp thì đòi hỏi giá cảm biến cũng phải thấp.

1.5. Thời gian đáp ứng

Thời gian đáp ứng phải đảm bảo tính thời gian thực, sao cho hàng ngàn các node mạng có th�?truy cập vào h�?thống mà không xảy ra hiện tượng nghẽn mạng. Với các ứng dụng D2D, thời gian đáp ứng trong khoảng 10us đến 10ms, trong khi ứng dụng D2S, thời gian này là 10ms đến 1s. Với các ứng dụng S2S, không có yêu cầu khắt khe v�?thời gian đáp ứng, tuy nhiên thông thường yêu cầu t�?3 đến 5s

Các ứng dụng của IoT

Với những hiệu qu�?thông minh rất thiết thực mà IoT đem đến cho con người, IoT đã và đang được tích hợp trên khắp mọi th�? mọi nơi xung quanh th�?giới mà con người đang sống. T�?chiếc vòng đeo tay, những đ�?gia dụng trong nhà, những mãnh vườn đang ươm hạt giống, cho đến những sinh vật sống như động vật hay con người…đều có s�?dụng giải pháp IoT.

2.1. Ứng dụng trong lĩnh vực vận tải

Ứng dụng điển hình nhất trong lĩnh vực này là gắn chíp lấy tọa đ�?GPS lên xe ch�?hàng, nhằm kiểm soát l�?trình, tốc đ�? thời gian đi đến của các xe ch�?hàng. Ứng dụng này giúp quản lý tốt khâu vận chuyển, có những x�?lý kịp thời khi xe đi không đúng l�?trình hoạt b�?hỏng hóc trên những l�?trình mà �?đó mạng di động không ph�?sóng tới được, kiểm soát được lượng nhiên liệu tiêu hao ứng với l�?trình đã được vạch trước,�?/p>

2.2. Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp

Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng trải qua nhiều giai đoạn t�?hạt nảy mầm đến ra hoa kết trái. �?mỗi giai đoạn cần có s�?chăm sóc khác nhau v�?chất dinh dưỡng cũng như ch�?đ�?tưới tiêu phù hợp. Những yêu cầu này đòi hỏi s�?bền b�?và siêng năng của người nông dân t�?ngày này sang ngày khác làm cho h�?phải vất v�? Nhưng nh�?vào ứng dụng khoa học k�?thuật, s�?dụng cảm biến đ�?lấy thông s�?nhiệt đ�? đ�?ẩm, đ�?pH của đất trồng, cùng với bảng d�?liệu v�?quy trình sinh trưởng của loại cây đó, h�?thống s�?t�?động tưới tiêu bón lót cho cây trồng phù hợp với từng giai đoạn phát triển của cây trồng. Người nông dân bây gi�?ch�?kiểm tra, quan sát s�?vận hành của h�?thống chăm sóc cây trồng trên một màn hình máy tính có nối mạng.

Sản phẩm của mỗi loại nông sản s�?được gắn mã ID, nếu t�?lạnh nhà chúng ta sắp hết một loại nông sản nào đó thì ngay lập tức nó s�?t�?động gửi thông báo cần mua đến cơ s�?d�?liệu của trang trại có trồng loại nông sản đó, và ch�?sau một thời gian nông sản mà bạn cần s�?được nhân viên đem đến tận nhà.

2.3 Ứng dụng trong nhà thông minh

Vài năm tr�?lại đây, khi th�?giới đang dần tiến vào k�?nguyên Internet of Things, kết nối mọi vật qua Internet, nhà thông minh tr�?thành một xu hướng công ngh�?tất yếu, là tiêu chuẩn của nhà �?hiện đại. Trong căn h�?thông minh, tất c�?các thiết b�?t�?rèm cửa, điều hoà, dàn âm thanh, h�?thống ánh sáng, h�?thống an ninh, thiết b�?nhà tắm�?được kết nối với nhau và hoạt động hoàn toàn t�?động theo kịch bản lập trình sẵn, đáp ứng đúng nhu cầu s�?dụng của khách hàng.

Ví d�? vào buổi sáng, đèn tắt, rèm cửa t�?động chuyển tới v�?trí thích hợp đ�?giảm bớt những tác động náo nhiệt t�?đường ph�?và nhường không gian cho ánh sáng t�?nhiên. Tối đến, h�?thống đèn bật sáng, các rèm cửa kéo lên người dùng có th�?thưởng ngoạn t�?trên cao bức tranh thành ph�?rực r�?ánh đèn, đồng thời âm nhạc cũng nh�?nhàng cất lên các giai điệu yêu thích của gia đình.

Nếu có việc c�?nhà phải đi vắng, ch�?đ�?“Ra khỏi nhà” s�?được kích hoạt, toàn b�?thiết b�?điện t�?gia dụng s�?t�?động tắt hoặc đóng lại và khi ch�?nhân v�? chúng cũng s�?khôi phục lại trạng thái trước đó. Thậm chí, nước nóng cũng đã sẵn sàng t�?vài phút trước khi gia ch�?v�?đến cửa. Riêng h�?thống an ninh luôn hoạt động 24/24 và s�?thông báo đến ch�?nhà mọi thay đổi “đáng ng�?#8221; trong ngôi nhà, dù đang �?bất c�?đâu.

Các cách thức trong việc nghiên cứu, triển khai ứng dụng IoT

* Chưa có một ngôn ng�?chung:

�?mức cơ bản nhất, Internet là một mạng dùng đ�?nối thiết b�?này với thiết b�?khác. Nếu ch�?riêng có kết nối không thôi thì không có gì đảm bảo rằng các thiết b�?biết cách nói chuyện nói nhau. Ví d�? chúng ta có th�?đi t�?Việt Nam đến M�? nhưng không đảm bảo rằng chúng ta có th�?nói chuyện tới với người M�? Đ�?các thiết b�?có th�?giao tiếp với nhau, chúng s�?cần một hoặc nhiều giao thức (protocols), có th�?xem là một th�?ngôn ng�?chuyên biệt đ�?giải quyết một tác v�?nào đó. Chắc chắn chúng ta đã ít nhiều s�?dụng một trong những giao thức ph�?biến nhất th�?giới, đó là HyperText Transfer Protocol (HTTP) đ�?tải web. Ngoài ra chúng ta còn có SMTP, POP, IMAP dành cho email, FTP dùng đ�?trao đổi file,

Những giao thức như th�?này hoạt động ổn bởi các máy ch�?web, mail và FTP thường không phải nói với nhau nhiều, khi cần, một phần mềm phiên dịch đơn giản s�?đứng ra làm trung gian đ�?hai bên hiểu nhau. Còn với các thiết b�?IoT, chúng phải đảm đương rất nhiều th�? phải nói chuyện với nhiều loại máy móc thiết b�?khác nhau. Đáng tiếc rằng hiện người ta chưa có nhiều s�?đồng thuận v�?các giao thức đ�?IoT trao đổi d�?liệu. Nói cách khác, tình huống này gọi là “giao tiếp thất bại”, một bên nói nhưng bên kia không thèm (và không th�? nghe.

* Hàng rào subnetwork:

Như đã nói �?trên, thay vì giao tiếp trực tiếp với nhau, các thiết b�?IoT hiện nay ch�?yếu kết nối đến một máy ch�?trung tâm do hãng sản xuất một nhà phát triển nào đó quản lí. Cách này cũng vẫn ổn thôi, những thiết b�?vẫn hoàn toàn nói được với nhau thông qua chức năng phiên dịch của máy ch�?rồi. Th�?nhưng mọi chuyện không đơn giản như th�? c�?mỗi một mạng lưới như th�?tạo thành một subnetwork riêng, và buồn thay các máy móc nằm trong subnetwork này không th�?giao tiếp tốt với subnetwork khác.

Lấy ví d�?như xe ô tô chẳng hạn. Một chiếc Ford Focus có th�?giao tiếp cực kì tốt đến các dịch v�?và trung tâm d�?liệu của Ford khi gửi d�?liệu lên mạng. Nếu một b�?phận nào đó cần thay th�? h�?thống trên xe s�?thông báo v�?Ford, t�?đó hãng tiếp tục thông báo đến người dùng. Nhưng trong trường hợp chúng ta muốn tạo ra một h�?thống cảnh báo kẹt xe thì mọi chuyện rắc rối hơn nhiều bởi xe Ford được thiết lập ch�?đ�?nói chuyện với server của Ford, không phải với server của Honda, Audi, Mercedes hay BMW. Lý do cho việc giao tiếp thất bại? Chúng ta thiếu đi một ngôn ng�?chung. Và đ�?thiết lập cho các h�?thống này nói chuyện được với nhau thì rất tốn kém, đắt tiền.

Một s�?trong những vấn đ�?nói trên ch�?đơn giản là vấn đ�?v�?kiến trúc mạng, v�?kết nối mà các thiết b�?s�?liên lạc với nhau (Wifi, Bluetooth, NFC,…). Những th�?này thì tương đối d�?khắc phục với công ngh�?không dây ngày nay. Còn với các vấn đ�?v�?giao thức thì phức tạp hơn rất nhiều, nó chính là vật vản lớn và trực tiếp trên còn đường phát triển của Internet of Things.

* Có quá nhiều “ngôn ng�?địa phương”:

Bây gi�?gi�?s�?như các nhà sản xuất xe ô tô nhận thấy rằng h�?cần một giao thức chung đ�?xe của nhiều hãng có th�?trao đổi d�?liệu cho nhau và h�?đã phát triển thành công giao thức đó. Th�?nhưng vấn đ�?vẫn chưa được giải quyết. Nếu các trạm thu phí đường b�? các trạm bơm xăng muốn giao tiếp với xe thì sao? Mỗi một loại thiết b�?lại s�?dụng một “ngôn ng�?địa phương” riêng thì mục đích của IoT vẫn chưa đạt được đến mức tối đa. Đồng ý rằng chúng ta vẫn có th�?có một trạm kiểm soát trung tâm, th�?nhưng các thiết b�?vẫn chưa thật s�?nói được với nhau.

* Tiền và chi phí:

Cách duy nhất đ�?các thiết b�?IoT có th�?thật s�?giao tiếp đó là khi có một động lực kinh t�?đ�?mạnh khiến các nhà sản xuất đồng ý chia s�?quyền điều khiển cũng như d�?liệu mà các thiết b�?của h�?thu thập được. Hiện tại, các động lực này không nhiều. Có th�?xét đến ví d�?sau: một công ty thu gom rác muốn kiểm tra xem các thùng rác có đầy hay chưa. Khi đó, h�?phải gặp nhà sản xuất thùng rác, đảm bảo rằng h�?có th�?truy cập vào h�?thống quản lí của từng thùng một. Điều đó khiến chi phí b�?đội lên, và công ty thu gom rác có th�?đơn giản chọn giải pháp cho một người chạy xe kiểm tra từng thùng một.

The post Tổng quan v�?IoT và những ứng dụng hữu ích trong cuộc sống appeared first on Cao Đẳng FPT M?ng c�� c??c b��ng ?�� xét tuyển.