Giới thiệu tổng quan về IoT và các ứng dụng

1. IoT là gì?

Định nghĩa: IoT là viết tắt của cụm từ Internet of Things – dịch ra Tiếng Việt nghĩa là Internet vạn vật - là mạng kết nối các đồ vật và thiết bị thông qua cảm biến, phần mềm và các công nghệ khác, cho phép các đồ vật và thiết bị thu thập và trao đổi dữ liệu với nhau. 

Lịch sử hình thành và phát triển

• Mặc dù thuật ngữ IoT chỉ thực sự được quan tâm vào những năm gần đây. Tuy nhiên thực tế IoT đã có từ rất lâu đời, khoảng từ nhiều thập kỷ trước đó.

• 1968: Kỷ nguyên Internet of Things trong sản xuất bắt đầu được xây dựng vào năm 1968, khi kỹ sư Dick Morley đã chế tạo ra một trong những đột phá quan trọng trong lịch sử sản xuất: Bộ điều khiển lập trình logic (PLC). Cho đến thời điểm hiện tại, thiết bị này vẫn là bộ phận không thể thay thế trong dây chuyền tự động hóa và các robot công nghiệp trong nhà máy. 

• 1999: Đây là cột mốc quan trọng trong quá trình phát triển IOT. Kevin Ashton, Giám đốc Phòng thí nghiệm tự động nhận diện thuộc Đại học Massachusetts – Hoa Kỳ đã đưa khái niệm IoT vào bài diễn thuyết của mình để mô tả thế hệ cải tiến tiếp theo của công nghệ theo dõi RFID (bộ thiết bị nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến thường được sử dụng nhiều trong siêu thị để chống trộm cắp). Đây cũng là lần đầu tiên khái niệm IoT được sử dụng. 

• Giai đoạn từ năm 2000 đến 2013, IoT được nghiên cứu và cho vào sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như thiết bị chăm sóc sức khỏe hay đồ gia dụng.

• Đến năm 2014, số lượng các thiết bị máy móc và di động được kết nối với mạng Internet đã vượt qua cả dân số của thế giới lúc bấy giờ.

• Năm 2015, một số loại mô hình trang trại IoT, robot IoT đã được công bố và đưa vào ứng dụng cũng như được phát triển cho đến ngày nay.

• 2016: Xuất hiện khái niệm IoT – IoT trong sản xuất. Khi khái niệm về IoT được sử dụng nhiều hơn trong sản xuất, một khái niệm khác liên quan cũng được ra đời – Industrial Internet of Things (IoT) – Internet vạn vật trong công nghiệp.

Nguồn theo Reatimes.vn

2. Cách thức vận hành của IoT 

Cấu trúc

Hệ thống IoT điển hình hoạt động thông qua việc thu thập và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị thông minh theo thời gian thực. Một hệ thống IoT có ba thành phần:

+ Thiết bị thông minh (Smart devices)

Đây là một thiết bị, giống như tivi, camera an ninh hoặc thiết bị tập thể dục đã được cung cấp khả năng tính toán. Nó thu thập dữ liệu từ môi trường, đầu vào của người dùng hoặc các mẫu sử dụng và truyền dữ liệu qua internet đến và từ ứng dụng IoT của nó.

+ Ứng dụng IoT (IoT application)

Ứng dụng IoT là tập hợp các dịch vụ và phần mềm tích hợp dữ liệu nhận được từ các thiết bị IoT khác nhau. Nó sử dụng công nghệ máy học hoặc trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích dữ liệu này và đưa ra quyết định sáng suốt. Các quyết định này được truyền lại cho thiết bị IoT và sau đó thiết bị IoT sẽ phản hồi thông minh với đầu vào. 

+ Giao diện người dùng

Thiết bị IoT hoặc nhóm thiết bị có thể được quản lý thông qua giao diện người dùng. Các ví dụ phổ biến bao gồm một ứng dụng di động hoặc trang web có thể được sử dụng để đăng ký và điều khiển các thiết bị thông minh. 

3. Tiêu chuẩn, giao thức, khuôn khổ vận hành của IoT

Tiêu chuẩn (Standards): là các quy tắc và nguyên tắc giúp các thiết bị và hệ thống khác nhau hoạt động cùng nhau. Nó được ví như là ngôn ngư giúp các thiết bị khác nhau có thể giao tiếp với nhau. Một vài tiêu chuẩn về IoT:

• IPv6 (6LoWPAN) là một tiêu chuẩn mở cho phép bất kỳ đài phát thanh năng lượng thấp nào giao tiếp với internet. Ngoài ra, tiêu chuẩn này còn được sử dụng trong giám sát công nghiệp và nông nghiệp.

• Zigbee là mạng không dây công suất thấp, tốc độ dữ liệu thấp được sử dụng chủ yếu trong các cơ sở gia đình và công nghiệp. 

• Dịch vụ phân phối dữ liệu (DDS) được phát triển bởi Nhóm quản lý đối tượng và là tiêu chuẩn IoT ( IIoT ) công nghiệp dành cho giao tiếp giữa máy với máy ( M2M ) theo thời gian thực, có thể mở rộng và hiệu suất cao.

Giao thức (Protocols): là các chuẩn và quy tắc được sử dụng để đảm bảo việc giao tiếp và truyền dữ liệu giữa các thiết bị trong mạng lưới IoT. Các giao thức này đóng vai trò quan trọng trong việc định dạng, mã hóa, và chuyển tiếp dữ liệu để đảm bảo tính tin cậy và hiệu suất cao trong hệ thống IoT.

Có nhiều giao thức phổ biến được sử dụng trong IoT, bao gồm:

• MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): MQTT là một giao thức nhắn tin nhẹ, phổ biến và tiện dụng trong IoT. Nó hỗ trợ việc truyền thông tin theo hướng publish-subscribe, trong đó các thiết bị cung cấp thông tin (publishers) và các thiết bị khác nhận thông tin đó (subscribers). MQTT được sử dụng cho việc truyền dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả trong mạng IoT. 

• CoAP (Constrained Application Protocol): CoAP là một giao thức mạng nhẹ, thiết kế để hoạt động trong môi trường mạng có băng thông hạn chế và tài nguyên hạn chế. Nó tương tự như giao thức HTTP, nhưng thích ứng cho các thiết bị IoT có tài nguyên hạn chế. CoAP cho phép truyền dữ liệu một cách đáng tin cậy và hiệu quả giữa các thiết bị IoT. 

• AMQP (Advanced Message Queuing Protocol): AMQP là một giao thức mạng mở, linh hoạt và đa nền tảng, được sử dụng để truyền dữ liệu trong các ứng dụng phức tạp như IoT. Nó hỗ trợ tính toán phân tán, đảm bảo thông tin được gửi đi an toàn và đáng tin cậy. AMQP có khả năng truyền dữ liệu với độ tin cậy và hiệu suất cao trong mạng IoT. 

• Zigbee: Zigbee là một giao thức mạng không dây tiêu chuẩn cho các ứng dụng IoT. Nó hoạt động trên các tần số thông qua các mạng mesh, cho phép các thiết bị IoT được kết nối mạnh mẽ và linh hoạt. Zigbee hỗ trợ việc truyền thông tin với khả năng tiết kiệm năng lượng và khả năng phát hiện và tự động khắc phục các lỗi liên quan đến mạng. 

• Bluetooth: Bluetooth là một giao thức không dây được sử dụng rộng rãi trong việc kết nối các thiết bị IoT gần nhau. Nó cung cấp khả năng kết nối và truyền dữ liệu đơn giản, đáng tin cậy và mạnh mẽ trong phạm vi ngắn. Bluetooth được sử dụng cho các thiết bị IoT như điện thoại thông minh, máy tính bảng và các cảm biến trong gần như mọi ngành công nghiệp. 

Tuy nhiên, có nhiều giao thức khác nhau được sử dụng trong lĩnh vực IoT dựa trên yêu cầu và ứng dụng cụ thể của từng hệ thống. Việc lựa chọn giao thức phù hợp là quan trọng để đảm bảo tính tương thích và hiệu suất của hệ thống IoT.

Khuôn khổ (Frameworks- Platform): là hệ thống phần mềm cung cấp dịch vụ hỗ trợ cho việc quản lý và giám sát các thiết bị trong hệ thống IoT. Các thành phần cơ bản của một IoT Platform bao gồm:

• Thiết bị IoT (IoT Devices): Các thiết bị kết nối Internet được tích hợp cảm biến và các thành phần điện tử khác để thu thập dữ liệu từ môi trường.

• Gateway: Thiết bị trung gian giữa các thiết bị IoT và IoT Platform, giúp kết nối, phân tích và chuyển tiếp dữ liệu.

• Cloud Computing: Cung cấp khả năng lưu trữ, xử lý và phân tích dữ liệu IoT trên đám mây.

• IoT Platform Services: Các dịch vụ cung cấp bởi IoT Platform để kết nối, quản lý và phân tích dữ liệu IoT, bao gồm các dịch vụ kết nối, quản lý thiết bị, quản lý dữ liệu và các giải pháp IoT.

4. Ứng dụng của IoT 

Trong cuộc sống

• Nhà thông minh: là căn nhà được trang bị các thiết bị thông minh nhằm mục đích giúp con người cải thiện chất lượng cuộc sống.

Chăm sóc sức khỏe: là hệ thống gồm các thiết bị có thể theo dõi từ xa. Thông qua đó các bác sĩ và người dùng  có thể hiểu thêm về tình trạng sức khỏe của bản thân hoặc bệnh nhân.

Trong công nghiệp sản xuất

•  Quản lý hàng hóa: ứng dụng các thiết bị thông minh để theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến hàng hóa (như các yếu tố: nhiệt độ, độ ẩm, an ninh, … ) và giúp cải thiện năng suất làm việc của nhân viên.

Nông trại thông minh: hệ thống IoT giúp con người có thể điều chỉnh các yếu tố từ đó tạo ra môi trường thích hợp để nâng cao năng suất thành phẩm. 

5. Ưu nhược điểm 

Ưu điểm

• • Khả năng truy cập thông tin từ mọi thiết bị ở mọi lúc, mọi nơi.

  • Cải thiện kết nối giữa các thiết bị.

  • Truyền nhận dữ liệu thông qua mạng giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc.

  • Tiếp nhận lượng lớn thông tin từ nhiều thiết bị

  •  Khả năng phân tích edge ( thiết bị cạnh bao gồm nhiều loại thiết bị, bao gồm cảm biến, bộ truyền động và các thiết bị đầu cuối khác, cũng như cổng IoT)  làm giảm lượng dữ liệu được gửi lên cloud.

Nhược điểm

• • Số lượng các thiết bị kết nối tăng, tỉ lệ các thiết bị bị tin tặc tấn công sẽ tăng lên khi có nhiều thông tin được chia sẻ giữa các thiết bị.

  • Tỉ lệ thiết bị kết nối càng tăng, càng khó quản lý và các thiết bị sẽ bị thiệt khi hệ thống gặp lỗi.

  • Tỉ lệ thiết bị không có khả năng tương thích với nhau tăng lên khi có nhiều thiết bị được kết nối. 

  • Một số hệ thống IoT có độ phức tạp cao về thiết kế và ứng dụng vào thực tế. Vì vậy mà nó gây khó khăn trong việc bảo trì và sửa chữa cũng như nâng cấp hệ thống IoT

6. Vấn đề về bảo mật và quyền riêng tư của IoT

IoT là hệ thống gồm nhiều thiết bị kết nối chặt chẽ với nhau, chia sẻ dữ liệu với nhau. Vì vậy mà vấn đề bảo mật của IoT luôn được xem là mối quan tâm chính.

Tin tặc có thể khai thác lỗ hổng từ 1 thiết bị để tấn công vào cả hệ thống để đánh cắp thông tin của người dùng. Ngoài ra quyền riêng tư là một mối quan tâm lớn khác. Ví dụ: các công ty sản xuất và phân phối thiết bị IoT tiêu dùng có thể sử dụng các thiết bị đó để lấy và bán dữ liệu cá nhân của người dùng.

7. Tổng kết

IoT là hệ thống bao gồm các thiết bị kết nối với nhau để chia sẻ dữ liệu với nhau. Vì vậy, con người có thể truy cập vào bất cứ thiết bị nào ở bất cứ đâu và bất kể khi nào. Hiện nay Iot đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với cuộc sống con người nhờ vào những lợi ích mà nó mang đến.

8. Câu hỏi 

9. Tài liệu tham khảo

1. https://www.techtarget.com/iotagenda/definition/Internet-of-Things-IoT

2. https://www.rfpage.com/applications-of-internet-of-things-iot

3. https://meeyland.com/chuyen-doi-so/iot-la-gi-lich-su-iot-duoc-hinh-thanh-nhu-the-nao/

4. https://ifactory.com.vn/lich-su-hinh-thanh-va-phat-trien-iot-trong-san-xuat/

5. https://bytebeam.io/blog/a-brief-history-of-internet-of-things/

6. https://www.daviteq.com/blog/vi/cac-giao-thuc-iot-pho-bien-nhat/

7. https://www.yonomi.com/blog/what-is-iot-platform

8. https://vtcnetviet.com/iot-platform/