Hướng tới thành công

Hướng tới thành công

Internet of Thing (IoT)

Internet of Thing (IoT)

Năng lượng xanh

Năng lượng xanh

Người tạo nên giá trị

Người tạo nên giá trị

Sức mạnh trí tuệ

Sức mạnh trí tuệ

Tương lai tươi sáng

Tương lai tươi sáng

Công nghệ tiên tiến

Công nghệ tiên tiến

Công nghệ Xanh

Công nghệ Xanh

Công nghệ với cuộc sống

Công nghệ với cuộc sống

Tổng quan về IoT

10:05:00 03/05/2021

(lược dịch từ wikipedia)

1. KHÁI NIỆM

Internet vạn vật (IoT) mô tả như là mạng lưới các đối tượng vật lý — còn gọi là a.k.a. "things" —được nhúng với cảm biến, phần mềm và các công nghệ khác nhằm mục đích kết nối và trao đổi dữ liệu với các thiết bị và hệ thống khác qua Internet.

Mọi thứ liên quan với nhau bằng sự hội tụ của nhiều công nghệ, phân tích thời gian thực, bộ học, cảm biến,.. và các hệ thống nhúng. Các lĩnh vực truyền thống của hệ thống nhúng, mạng cảm biến không dây, hệ thống điều khiển, tự động hóa (bao gồm tự động hóa ngôi nhà và tòa nhà), và những lĩnh vực khác đều góp phần tạo nên Internet vạn vật.

Trong thị trường tiêu dùng, công nghệ IoT đồng nghĩa nhất với các sản phẩm liên quan đến khái niệm "ngôi nhà thông minh", bao gồm các thiết bị và đồ dùng (chẳng hạn như thiết bị chiếu sáng, bộ điều khiển nhiệt độ, hệ thống an ninh và camera, cùng các thiết bị gia dụng khác) hỗ trợ một hoặc hệ sinh thái phổ biến hơn và có thể được kiểm soát thông qua các thiết bị liên kết với hệ sinh thái đó, chẳng hạn như điện thoại thông minh và loa thông minh. IoT cũng có thể được sử dụng trong các hệ thống chăm sóc sức khỏe.

Có một số lo ngại sâu sắc về các nguy cơ trong sự phát triển của IoT, đặc biệt là trong các lĩnh vực quyền riêng tư và bảo mật, và do đó, đã có các động thái thuộc lĩnh vực này và chính phủ để giải quyết những lo ngại này, bao gồm cả việc phát triển các tiêu chuẩn quốc tế.

2. LỊCH SỬ

Thuật ngữ "Internet of things" được đặt ra bởi Kevin Ashton của Procter & Gamble, sau này là Trung tâm Auto-ID của MIT, vào năm 1999. Tại thời điểm đó, ông coi nhận dạng tần số vô tuyến (RFID) là điều cần thiết đối với Internet vạn vật, cho phép máy tính quản lý tất cả mọi vật riêng lẻ.

Định nghĩa Internet vạn vật là "chỉ đơn giản là thời điểm mà “nhiều sự vật hoặc đối tượng” được kết nối với Internet nhiều hơn con người”, Cisco Systems ước tính rằng IoT được "sinh ra" từ năm 2008 đến năm 2009, với tỷ lệ vạn vật/người đang tăng từ 0,08 năm 2003 lên 1,84 năm 2010.

3. CÁC ỨNG DỤNG

Các ứng dụng được phát triển cho các thiết bị IoT theo các lĩnh vực tiêu dùng, thương mại, công nghiệp và cơ sở hạ tầng.

3.1 Ứng dụng tiêu dùng

Ngày càng nhiều thiết bị IoT được tạo ra để sử dụng trong lĩnh vực tiêu dùng, bao gồm các phương tiện đi lại được kết nối, tự động hóa ngôi nhà, công nghệ đeo tay để kết nối với sức khỏe và thiết bị gia dụng có khả năng giám sát từ xa.

3.1.1 Nhà thông minh

Các thiết bị IoT là một khái niệm bao quát hơn về tự động hóa ngôi nhà, có thể bao gồm hệ thống chiếu sáng, sưởi ấm và điều hòa không khí, phương tiện và hệ thống an ninh và hệ thống camera... Lợi ích lâu dài có thể bao gồm tiết kiệm năng lượng bằng cách tự động bật tắt đèn và thiết bị điện tử hoặc làm cho cư dân biết cách vận hành tiết kiệm.

Nhà thông minh hoặc nhà tự động có thể dựa trên một nền tảng hoặc trung tâm điều khiển các thiết bị và thiết bị thông minh. Ví dụ, bằng cách sử dụng HomeKit của Apple, các nhà sản xuất có thể điều khiển các sản phẩm và đồ gia gia dụng bằng một ứng dụng trong các thiết bị iOS như iPhone và Apple Watch. Đây có thể là một ứng dụng chuyên dụng hoặc các ứng dụng sẵn có trong iOS như Siri. Điều này có thể được chứng minh trong trường hợp của Smart Home Essentials của Lenovo, là một dòng thiết bị nhà thông minh được điều khiển thông qua ứng dụng Home của Apple hoặc Siri mà không cần kết nối Wi-Fi.

Ngoài ra còn có Hub Nhà thông minh chuyên dụng được cung cấp dưới dạng nền tảng độc lập để kết nối các sản phẩm nhà thông minh khác nhau như Amazon Echo, Google Home, HomePod của Apple và SmartThings Hub của Samsung. Ngoài các hệ thống thương mại, có rất nhiều hệ sinh thái mã nguồn mở, không độc quyền; bao gồm Home Assistant, OpenHAB và Domoticz….

3.1.2 Chăm sóc người già

Một ứng dụng chính của ngôi nhà thông minh là cung cấp hỗ trợ cho những người khuyết tật và người cao tuổi. Các hệ thống này sử dụng công nghệ để hỗ trợ khắc phục các khuyết tật của chủ sở hữu. Điều khiển bằng giọng nói có thể hỗ trợ người dùng bị hạn chế về thị giác và khả năng vận động trong khi hệ thống cảnh báo có thể được kết nối trực tiếp với tai nghe điện tử do người dùng khiếm thính đeo. Chúng cũng có thể được trang bị thêm các tính năng an toàn.

Các tính năng này có thể bao gồm các cảm biến theo dõi các trường hợp khẩn cấp y tế như ngã hoặc co giật. Công nghệ nhà thông minh được áp dụng theo cách này có thể cung cấp cho người dùng nhiều tự do hơn và chất lượng cuộc sống cao hơn.

3.2 Ứng dụng cộng đồng

3.2.1 Y tế và chăm sóc sức khỏe

Internet of Medical Things (IoMT) là một ứng dụng của IoT cho các mục đích liên quan đến y tế và sức khỏe, thu thập và phân tích dữ liệu cho nghiên cứu và giám sát. IoMT được gọi là "Chăm sóc sức khỏe thông minh", là công nghệ để tạo ra một hệ thống chăm sóc sức khỏe số hóa, kết nối các nguồn lực y tế sẵn có và các dịch vụ chăm sóc sức khỏe.

Các thiết bị IoT có thể được sử dụng để kích hoạt hệ thống theo dõi sức khỏe từ xa và thông báo khẩn cấp. Các thiết bị theo dõi sức khỏe này có thể bao gồm từ máy đo huyết áp và nhịp tim đến các thiết bị tiên tiến có khả năng theo dõi các thiết bị cấy ghép chuyên dụng, chẳng hạn như máy tạo nhịp tim, thiết bị đeo tay điện tử Fitbit hoặc máy trợ thính tiên tiến.

Một số bệnh viện đã bắt đầu triển khai "giường thông minh" có thể phát hiện khi nào có người nằm và khi nào bệnh nhân cố gắng đứng dậy. Nó cũng có thể tự điều chỉnh và hỗ trợ thích hợp cho bệnh nhân mà không cần sự trợ giúp của y tá. Một báo cáo năm 2015 chỉ ra rằng các thiết bị IoT chăm sóc sức khỏe "có thể tiết kiệm cho Hoa Kỳ hơn 300 tỷ đô la chi phí chăm sóc sức khỏe hàng năm bằng cách tăng doanh thu và giảm chi phí."

Hơn nữa, việc sử dụng thiết bị di động để hỗ trợ theo dõi y tế đã dẫn đến việc tạo ra 'm-health', được sử dụng các số liệu thống kê về sức khỏe đã được phân tích.

Các cảm biến chuyên dụng cũng có thể được trang bị trong không gian sống để theo dõi sức khỏe và phúc lợi chung của người cao tuổi, đồng thời đảm bảo rằng việc điều trị thích hợp đang được thực hiện và hỗ trợ mọi người lấy lại khả năng vận động bị mất thông qua liệu pháp. Các cảm biến này tạo ra một mạng lưới các cảm biến thông minh có thể thu thập, xử lý, truyền và phân tích thông tin có giá trị trong các môi trường khác nhau, chẳng hạn như kết nối các thiết bị giám sát tại nhà với các hệ thống tại bệnh viện.

Các thiết bị tiêu dùng khác để khuyến khích cuộc sống lành mạnh, chẳng hạn như cân được kết nối hoặc máy theo dõi tim cầm tay, cũng là một khả năng của IoT. Nền tảng IoT theo dõi sức khỏe từ đầu đến cuối, có sẵn cho bệnh nhân trước sinh và bệnh nhân mãn tính, giúp con người quản lý các chỉ số sức khỏe và yêu cầu thuốc định kỳ.

Những tiến bộ trong phương pháp chế tạo thiết bị điện tử bằng nhựa và vải đã cho phép các cảm biến IoMT sử dụng 1 lần có chi phí cực thấp. Các cảm biến này, cùng với thiết bị điện tử RFID cần thiết, có thể được chế tạo trên giấy hoặc vải điện tử cho các thiết bị cảm biến dùng một lần với nguồn cấp không dây. Các ứng dụng sẵn có để chẩn đoán y tế ngay tại điểm chăm sóc, những nơi mang tính di động và không cần nhiều các hệ thống y tế hoàn chỉnh.

Tính đến năm 2018, IoMT không chỉ được áp dụng trong ngành xét nghiệm lâm sàng, mà còn trong ngành chăm sóc sức khỏe và bảo hiểm y tế. IoMT trong ngành chăm sóc sức khỏe hiện đang cho phép bác sĩ, bệnh nhân và những người khác, chẳng hạn như người giám hộ của bệnh nhân, y tá, gia đình và những người tương tự, trở thành một phần của hệ thống, nơi hồ sơ bệnh nhân được lưu trong cơ sở dữ liệu, cho phép bác sĩ và phần còn lại của nhân viên y tế có quyền truy cập thông tin bệnh nhân.

Hơn nữa, các hệ thống dựa trên IoT lấy bệnh nhân làm trung tâm, cho phép truy cập linh hoạt tới điều kiện y tế của bệnh nhân. IoMT trong ngành bảo hiểm cung cấp quyền truy cập vào các loại thông tin luôn được cập nhật mới và tốt hơn. Điều này bao gồm các giải pháp dựa trên cảm biến như cảm biến sinh học, thiết bị đeo tay, thiết bị sức khỏe được kết nối và ứng dụng di động để theo dõi hành vi của khách hàng. Điều này có thể dẫn đến việc chẩn trị chính xác hơn cùng với các biểu phí mới.

Việc ứng dụng IoT trong chăm sóc sức khỏe đóng một vai trò cơ bản trong việc quản lý các bệnh mãn tính và trong việc phòng ngừa và kiểm soát dịch bệnh. Giám sát từ xa được thực hiện thông qua kết nối của các giải pháp không dây mạnh mẽ. Kết nối cho phép các bác sĩ y tế nắm bắt dữ liệu của bệnh nhân và áp dụng các thuật toán phức tạp trong phân tích dữ liệu y tế.

3.2.2 Giao thông

IoT có thể hỗ trợ tích hợp truyền thông, điều khiển và xử lý thông tin trên các hệ thống giao thông vận tải khác nhau. Ứng dụng của IoT mở rộng đến tất cả các khía cạnh của hệ thống giao thông (tức là phương tiện, cơ sở hạ tầng và lái xe hoặc người tham gia). Tương tác động giữa các thành phần này của hệ thống giao thông cho phép giao tiếp giữa các phương tiện và nội bộ, điều khiển giao thông thông minh, bãi đậu xe thông minh, hệ thống thu phí điện tử, hậu cần và quản lý đội xe, kiểm soát phương tiện, an toàn và hỗ trợ đường bộ.

3.2.3 Giao tiếp V2X

Trong hệ thống giao tiếp trên phương tiện giao thông, giao tiếp giữa xe với mọi vật thể xung quanh (V2X), bao gồm ba thành phần chính: giao tiếp giữa phương tiện với phương tiện (V2V), phương tiện giao tiếp với cơ sở hạ tầng (V2I) và phương tiện giao tiếp với người đi bộ (V2P). V2X là bước đầu tiên để lái xe tự hành với cơ sở hạ tầng đường được kết nối.

3.2.4 Tự động hóa tòa nhà và ngôi nhà

Các thiết bị IoT có thể được sử dụng để giám sát và điều khiển các hệ thống cơ, điện và điện tử được sử dụng trong các loại tòa nhà khác nhau (ví dụ: công cộng và tư nhân, công nghiệp, cơ quan hoặc khu dân cư), trong các hệ thống tự động hóa gia đình và tự động hóa tòa nhà. Trong bối cảnh này, ba lĩnh vực chính đang được đề cập là:

  • Sự tích hợp của Internet với các hệ thống quản lý năng lượng của tòa nhà nhằm tạo ra các "tòa nhà thông minh" đạt hiệu quả năng lượng và theo hướng IOT.
  • Phương tiện giám sát thời gian thực khả thi để giảm tiêu thụ năng lượng và giám sát hành vi của cư dân.
  • Sự tích hợp của các thiết bị thông minh trong nghành xây dựng và cách chúng có thể được sử dụng trong các ứng dụng trong tương lai

3.3 Ứng dụng công nghiệp

Còn được gọi là IIoT, các thiết bị IoT công nghiệp thu nhận và phân tích dữ liệu từ thiết bị được kết nối, công nghệ vận hành (OT), vị trí và con người. Kết hợp với các thiết bị giám sát công nghệ vận hành (OT), IIoT giúp điều chỉnh và giám sát các hệ thống công nghiệp.

Ngoài ra, việc triển khai tương tự cũng có thể được thực hiện để tự động cập nhật hồ sơ về vị trí tài sản trong kho lưu trữ công nghiệp vì kích thước của tài sản có thể thay đổi từ một con vít nhỏ cho đến toàn bộ phụ tùng động cơ và việc thất lạc tài sản đó có thể gây ra lãng phí nhân lực và tiền bạc.

3.3.1 Sản xuất

IoT có thể kết nối các thiết bị sản xuất khác nhau được trang bị các khả năng cảm biến, nhận dạng, xử lý, giao tiếp, truyền động và mạng. Kiểm soát và quản lý mạng của thiết bị sản xuất, quản lý tài sản và tình hình hoặc kiểm soát quá trình sản xuất cho phép IoT được sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp và sản xuất thông minh. Các hệ thống thông minh IoT cho phép sản xuất và tối ưu hóa các sản phẩm mới nhanh chóng, đồng thời đáp ứng nhanh các nhu cầu về sản phẩm.

Hệ thống điều khiển kỹ thuật số để tự động hóa các điều khiển quá trình, công cụ vận hành và hệ thống thông tin dịch vụ để tối ưu hóa an toàn và bảo mật của nhà máy nằm trong tầm ngắm của IIoT. IoT cũng có thể được áp dụng để quản lý tài sản thông qua bảo trì dự đoán, đánh giá thống kê và đo lường để tối đa hóa độ tin cậy. Hệ thống quản lý công nghiệp có thể được tích hợp với lưới điện thông minh, cho phép tối ưu hóa năng lượng. Các phép đo, điều khiển tự động, tối ưu hóa nhà máy, quản lý sức khỏe và an toàn, và các chức năng khác được cung cấp bởi các cảm biến được nối mạng.

3.3.2 Nông nghiệp

Có rất nhiều ứng dụng IoT trong canh tác như thu thập dữ liệu về nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, tốc độ gió, sự xâm nhập của sâu bệnh và hàm lượng đất. Dữ liệu này có thể được sử dụng để tự động hóa các kỹ thuật canh tác, đưa ra các quyết định sáng suốt để cải thiện chất lượng và số lượng, giảm thiểu rủi ro và lãng phí cũng như giảm thiểu nỗ lực cần thiết để quản lý cây trồng. Ví dụ, nông dân hiện có thể theo dõi nhiệt độ và độ ẩm của đất từ ​​xa, và thậm chí áp dụng dữ liệu thu được từ IoT vào các chương trình bón phân chính xác.

Vào tháng 8 năm 2018, Toyota Tsusho đã bắt đầu hợp tác với Microsoft để tạo ra các công cụ nuôi cá bằng cách sử dụng bộ ứng dụng Microsoft Azure cho các công nghệ IoT liên quan đến quản lý nước. Được phát triển một phần bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Kindai, cơ chế máy bơm nước sử dụng trí thông minh nhân tạo để đếm số lượng cá trên băng chuyền, phân tích số lượng cá và suy ra hiệu quả của dòng nước từ dữ liệu mà cá cung cấp. Các chương trình máy tính cụ thể được sử dụng trong quá trình này thuộc nền tảng Azure Machine Learning và Azure IoT Hub.

3.3.3 Hàng hải

Các thiết bị IoT đang được sử dụng giám sát môi trường và hệ thống của tàu thuyền và du thuyền. Nhiều du thuyền không được giám sát trong nhiều ngày trong mùa hè và nhiều tháng trong mùa đông, do đó, các thiết bị như vậy cung cấp cảnh báo sớm về tình trạng ngập lụt trên thuyền, hỏa hoạn và xả hết pin. Việc sử dụng các mạng dữ liệu internet toàn cầu như Sigfox, kết hợp với pin tuổi thọ cao và vi điện tử cho phép các phòng máy, lò sưởi và pin được giám sát liên tục và báo cáo cho các ứng dụng Android và Apple được kết nối chẳng hạn.

3.3.4 Ứng dụng cơ sở hạ tầng

Giám sát và kiểm soát hoạt động của cơ sở hạ tầng đô thị và nông thôn bền vững như cầu, đường sắt và các trang trại điện gió trong và ngoài nước là một ứng dụng chính của IoT. Cơ sở hạ tầng IoT có thể được sử dụng để giám sát bất kỳ sự kiện hoặc thay đổi nào trong điều kiện cấu trúc có thể ảnh hưởng đến an toàn và rủi ro tăng cao. IoT có thể mang lại lợi ích cho ngành xây dựng bằng cách tiết kiệm chi phí, giảm thời gian, ngày làm việc chất lượng hơn, quy trình làm việc không cần giấy tờ và tăng năng suất. Nó có thể giúp đưa ra quyết định nhanh hơn và tiết kiệm tiền với Phân tích dữ liệu thời gian thực. Nó cũng có thể được sử dụng để lên lịch các hoạt động sửa chữa và bảo dưỡng một cách hiệu quả, bằng cách phối hợp các nhiệm vụ giữa các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau và người sử dụng các cơ sở này.

Các thiết bị IoT cũng có thể được sử dụng để kiểm soát cơ sở hạ tầng quan trọng như cầu để cung cấp quyền truy cập cho tàu thuyền qua lại. Việc sử dụng các thiết bị IoT để giám sát và vận hành cơ sở hạ tầng có khả năng cải thiện khả năng quản lý sự cố và điều phối ứng phó khẩn cấp, cũng như chất lượng dịch vụ, thời gian hoạt động và giảm chi phí vận hành trong tất cả các lĩnh vực liên quan đến cơ sở hạ tầng. Ngay cả các lĩnh vực như quản lý chất thải cũng có thể được hưởng lợi từ tự động hóa và tối ưu hóa mà IoT có thể mang lại.

3.4 Triển khai quy mô đô thị

Có một số triển khai quy mô lớn đã được lên kế hoạch hoặc đang diễn ra của IoT, để cho phép quản lý các thành phố và hệ thống tốt hơn. Ví dụ, Songdo, Hàn Quốc, thành phố thông minh hệ có dây và được trang bị đầy đủ đầu tiên của loại hình này, đang dần được xây dựng, với khoảng 70% khu thương mại đã hoàn thành tính đến tháng 6 năm 2018. Phần lớn thành phố được lên kế hoạch sử dụng hệ thống dây dẫn và tự động, với rất ít hoặc không có sự can thiệp của con người.

Một ứng dụng khác là một dự án hiện đang được tiến hành ở Santander, Tây Ban Nha. Đối với việc triển khai này, hai cách tiếp cận đã được áp dụng. Thành phố với 180.000 dân này đã có 18.000 lượt tải xuống ứng dụng dành cho điện thoại thông minh của thành phố. Ứng dụng được kết nối với 10.000 cảm biến cho phép các dịch vụ như tìm kiếm bãi đậu xe, giám sát môi trường, chương trình nghị sự kỹ thuật số của thành phố, v.v. Thông tin bối cảnh thành phố trong các ứng dụng này nhằm mang lại lợi ích cho các thương gia dựa trên hoạt động của thành phố nhằm tối đa hóa hiệu quả của mỗi văn bản.

Các ví dụ khác về việc triển khai quy mô lớn đang được tiến hành bao gồm Thành phố Tri thức Sino-Singapore Quảng Châu; hoạt động nhằm cải thiện chất lượng không khí và nước, giảm ô nhiễm tiếng ồn và tăng hiệu quả giao thông ở San Jose, California; và quản lý giao thông thông minh ở miền tây Singapore. Sử dụng công nghệ RPMA (Đa truy cập theo pha ngẫu nhiên), Ingenu có trụ sở tại San Diego đã xây dựng một mạng công cộng trên toàn quốc để truyền dữ liệu băng thông thấp sử dụng cùng phổ 2,4 Gigahertz không được cấp phép như Wi-Fi. Mạng của Ingenu bao gồm hơn một phần ba dân số Hoa Kỳ trên 35 thành phố lớn bao gồm San Diego và Dallas. Công ty Pháp, Sigfox, đã bắt đầu xây dựng mạng dữ liệu không dây Ultra Narrowband ở khu vực Vịnh San Francisco vào năm 2014, doanh nghiệp đầu tiên đạt được việc triển khai như vậy ở Hoa Kỳ. Sau đó, công ty tuyên bố sẽ thiết lập tổng cộng 4000 trạm gốc để phủ sóng tổng cộng 30 thành phố ở Hoa Kỳ vào cuối năm 2016, trở thành nhà cung cấp vùng phủ sóng mạng IoT lớn nhất trên toàn quốc cho đến nay. Cisco cũng tham gia vào các dự án thành phố thông minh. Cisco đã bắt đầu triển khai các công nghệ cho Wi-Fi thông minh, An toàn & An ninh thông minh, Chiếu sáng thông minh, Bãi đậu xe thông minh, Giao thông thông minh, Điểm dừng xe buýt thông minh, Ki-ốt thông minh, Hỗ trợ từ xa cho các dịch vụ chính phủ (REGS) và Giáo dục thông minh trong khu vực 5 km ở thành phố Vijaywada.

Một ví dụ khác về việc triển khai lớn là công trình được hoàn thành bởi Sở Đường thủy New York để kết nối tất cả các tàu của thành phố và có thể giám sát chúng trực tiếp 24/7. Mạng được thiết kế bởi Fluidmesh Networks, một công ty có trụ sở tại Chicago đang phát triển mạng không dây cho các ứng dụng quan trọng. Mạng NYWW hiện đang cung cấp vùng phủ sóng trên sông Hudson, sông Đông và vịnh Thượng New York. Với mạng không dây tại chỗ, NY Waterway có thể kiểm soát đội tàu và hành khách của mình theo cách mà trước đây không thể thực hiện được. Các ứng dụng mới có thể bao gồm bảo mật, năng lượng và quản lý đội tàu, biển báo kỹ thuật số, Wi-Fi công cộng, bán vé không cần giấy tờ và các ứng dụng khác.

3.4.1 Quản lý năng lượng

Một số lượng đáng kể các thiết bị tiêu thụ năng lượng (ví dụ như đèn, thiết bị gia dụng, động cơ, máy bơm, v.v.) đã tích hợp kết nối Internet, có thể cho phép chúng giao tiếp với các tiện ích không chỉ để cân bằng việc phát điện mà còn giúp tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng nói chung. Các thiết bị này cho phép người dùng điều khiển từ xa hoặc quản lý trung tâm thông qua giao diện dựa trên đám mây và cho phép các chức năng như lập lịch (ví dụ: bật hoặc tắt nguồn từ xa hệ thống sưởi, điều khiển lò nướng, thay đổi điều kiện ánh sáng, v.v.). Lưới điện thông minh là một ứng dụng IoT phía tiện ích; hệ thống thu thập và hoạt động dựa trên năng lượng và thông tin liên quan đến điện năng để nâng cao hiệu quả sản xuất và phân phối điện. Sử dụng cơ sở hạ tầng đo lường tiên tiến (AMI) các thiết bị kết nối Internet, các tiện ích điện không chỉ thu thập dữ liệu từ người dùng cuối mà còn quản lý các thiết bị tự động hóa phân phối như máy biến áp.

3.4.2 Kiểm soát môi trường

Các ứng dụng giám sát môi trường của IoT thường sử dụng các cảm biến để hỗ trợ bảo vệ môi trường bằng cách giám sát chất lượng không khí hoặc nước, điều kiện khí quyển hoặc đất đai, và thậm chí có thể bao gồm các lĩnh vực như giám sát chuyển động của động vật hoang dã và môi trường sống của chúng. Việc phát triển các thiết bị cảnh báo kết nối với Internet cũng có nghĩa là các ứng dụng như hệ thống cảnh báo sớm động đất hoặc sóng thần có thể được các dịch vụ khẩn cấp sử dụng để cung cấp viện trợ hiệu quả hơn. Các thiết bị IoT trong ứng dụng này thường trải dài trên một khu vực địa lý rộng lớn và có khả năng di động. Người ta cho rằng việc tiêu chuẩn hóa mà IoT mang lại cho cảm biến không dây sẽ là cuộc cách mạng trong lĩnh vực này.

3.4.3 Phòng thí nghiệm thực tiễn

Một ví dụ khác về việc tích hợp IoT là Living Lab, nơi tích hợp và kết hợp quá trình nghiên cứu và đổi mới, thiết lập trong mối quan hệ cộng đồng-tư nhân-cá thể-đối tác. Hiện có 320 Phòng thí nghiệm thực tiễn sử dụng IoT để cộng tác và chia sẻ kiến ​​thức giữa các bên liên quan nhằm đồng tạo ra các sản phẩm công nghệ và sáng tạo. Đối với các công ty để triển khai và phát triển các dịch vụ IoT cho thành phố thông minh, họ cần phải có các biện pháp khuyến khích.

Các chính phủ đóng vai trò quan trọng trong các dự án thành phố thông minh vì những thay đổi trong chính sách sẽ giúp các thành phố triển khai IoT mang lại hiệu lực, hiệu quả và độ chính xác của các nguồn lực đang được sử dụng.

Ví dụ: chính phủ cung cấp các ưu đãi thuế và giá thuê rẻ, cải thiện giao thông công cộng và cung cấp một môi trường nơi các công ty mới thành lập, các ngành công nghiệp sáng tạo và các công ty đa quốc gia có thể đồng sáng tạo, chia sẻ cơ sở hạ tầng và thị trường lao động chung, đồng thời tận dụng lợi thế của các công nghệ, quy trình sản xuất và chi phí giao dịch. Mối quan hệ giữa các nhà phát triển công nghệ và chính phủ, những người quản lý tài sản của thành phố, là chìa khóa để cung cấp quyền truy cập mở vào các nguồn tài nguyên cho người dùng một cách hiệu quả.

3.5 Ứng dụng quân sự

Internet of Military Things (IoMT) là ứng dụng công nghệ IoT trong lĩnh vực quân sự nhằm mục đích do thám, giám sát và các mục tiêu liên quan đến chiến trường khác. Nó bị ảnh hưởng nặng nề bởi triển vọng tương lai của chiến tranh trong môi trường đô thị và liên quan đến việc sử dụng các cảm biến, đạn dược, phương tiện, rô bốt, sinh trắc học đeo trên người và công nghệ thông minh khác có liên quan trên chiến trường.

3.5.1 Internet of Battlefield Things

Internet of Battlefield Things (IoBT) là một dự án do Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ (ARL) khởi xướng và thực hiện, tập trung vào khoa học cơ bản liên quan đến IoT nhằm nâng cao khả năng của Lục quân. Vào năm 2017, ARL đã ra mắt Liên minh nghiên cứu cộng tác Internet of Battlefield Things (IoBT-CRA), thiết lập sự hợp tác làm việc giữa các nhà nghiên cứu trong ngành, trường đại học và quân đội để nâng cao cơ sở lý thuyết của công nghệ IoT và các ứng dụng của chúng vào các hoạt động của Quân đội.

3.5.2 Đại dương vạn vật

Dự án Ocean of Things là một chương trình được thiết kế để thiết lập một Internet of Things trên khắp các khu vực đại dương rộng lớn nhằm mục đích thu thập, giám sát và phân tích dữ liệu về môi trường và hoạt động của tàu thuyền. Dự án đòi hỏi việc triển khai khoảng 50.000 phao chứa bộ cảm biến thụ động có thể tự động phát hiện và theo dõi các tàu quân sự và thương mại như một phần của mạng dựa trên đám mây.

3.6 Số hóa sản phẩm

Có một số ứng dụng của bao bì thông minh hoặc hoạt động trong đó mã QR hoặc thẻ NFC được dán trên sản phẩm hoặc bao bì của sản phẩm. Bản thân thẻ là thụ động, tuy nhiên, nó chứa một số nhận dạng duy nhất (thường là URL) cho phép người dùng truy cập nội dung kỹ thuật số về sản phẩm thông qua điện thoại thông minh. Nói một cách chính xác, những vật phẩm thụ động như vậy không phải là một phần của Internet of Thing nhưng chúng có thể được coi là những yếu tố hỗ trợ các tương tác kỹ thuật số.

Thuật ngữ "Internet of Packaging" đã được đặt ra để mô tả các ứng dụng trong đó các số nhận dạng duy nhất được sử dụng, để tự động hóa chuỗi cung ứng và được người tiêu dùng quét trên quy mô lớn để truy cập nội dung kỹ thuật số. Có thể xác thực các số nhận dạng duy nhất, và do đó của chính sản phẩm, thông qua hình mờ kỹ thuật số nhạy cảm với bản sao hoặc mẫu phát hiện sao chép để quét khi quét mã QR, trong khi thẻ NFC có thể mã hóa giao tiếp.

4. XU HƯỚNG VÀ ĐẶC ĐIỂM

Xu hướng quan trọng chính của IoT trong những năm gần đây là sự phát triển bùng nổ của các thiết bị được kết nối và điều khiển bởi Internet. Một loạt các ứng dụng cho công nghệ IoT có nghĩa là các chi tiết cụ thể có thể rất khác nhau từ thiết bị này sang thiết bị khác nhưng có những đặc điểm cơ bản được chia sẻ bởi hầu hết.

IoT tạo ra cơ hội tích hợp trực tiếp hơn thế giới vật chất vào các hệ thống dựa trên máy tính, dẫn đến cải thiện hiệu quả, lợi ích kinh tế và giảm nỗ lực của con người.

Số lượng thiết bị IoT tăng 31% so với cùng kỳ năm ngoái lên 8,4 tỷ vào năm 2017 và ước tính sẽ có 30 tỷ thiết bị vào năm 2020. Giá trị thị trường toàn cầu của IoT được dự đoán sẽ đạt 7,1 nghìn tỷ đô la vào năm 2020.

4.1 Sự thông minh

Trí thông minh xung quanh và khả năng kiểm soát tự chủ không phải là một phần của khái niệm ban đầu về Internet vạn vật. Trí thông minh xung quanh và kiểm soát tự động cũng không nhất thiết phải có cấu trúc Internet. Tuy nhiên, có một sự thay đổi trong nghiên cứu (của các công ty như Intel) để tích hợp các khái niệm về IoT và điều khiển tự động, với kết quả ban đầu theo hướng này coi các đối tượng là động lực cho IoT độc lập.

Một cách tiếp cận đầy hứa hẹn trong bối cảnh này là thu nhận mọi hoạt động trong hầu hết các hệ thống IoT, nơi cung cấp một môi trường năng động và tương tác. Việc tạo ra một tác nhân (tức là thiết bị IoT) với hành xử thông minh trong một môi trường như vậy không thể giải quyết được bằng các thuật toán thông thường. Bằng cách thu nhận các hoạt động của hệ thống 1 cách liên tục, các tác nhân có thể cảm nhận trạng thái của môi trường (ví dụ: cảm nhận nhiệt độ nhà), thực hiện các hoạt động (ví dụ: bật hoặc tắt HVAC) và thu nhận lợi ích thông qua việc tối đa hóa các tích lũy mà nó nhận được trong thời gian dài.

Trí thông minh IoT có thể được cung cấp ở ba cấp độ: thiết bị IoT, nút Edge / Fog và Điện toán đám mây. Nhu cầu kiểm soát và quyết định thông minh ở mỗi cấp độ phụ thuộc vào độ nhạy thời gian của ứng dụng IoT.

Ví dụ: camera của xe tự hành cần phát hiện chướng ngại vật trong thời gian thực để tránh tai nạn. Việc đưa ra quyết định nhanh chóng này sẽ không thể thực hiện được thông qua việc chuyển dữ liệu từ chiếc xe sang các phiên bản đám mây và trả lại các dự đoán cho chiếc xe. Thay vào đó, tất cả các hoạt động phải được thực hiện cục bộ trong xe. Tích hợp các thuật toán học máy tiên tiến bao gồm học sâu vào các thiết bị IoT là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực để làm cho các đối tượng thông minh gần với thực tế hơn.

Hơn nữa, có thể tận dụng tối đa giá trị từ việc triển khai IoT thông qua phân tích dữ liệu IoT, trích xuất thông tin ẩn và dự đoán các quyết định kiểm soát. Một loạt các kỹ thuật học máy đã được sử dụng trong lĩnh vực IoT, từ các phương pháp truyền thống như hồi quy, máy vectơ hỗ trợ và các thuật toán học được giám sát đến các kỹ thuật nâng cao như mạng nơ-ron phức hợp, LSTM và tự động mã hóa biến thiên.

Trong tương lai, Internet of Things có thể là một mạng lưới mở và không xác định, trong đó các thực thể được tổ chức tự động hoặc thông minh (dịch vụ web, thành phần SOA) và các đối tượng ảo (hình đại diện) sẽ có thể tương tác và có thể hoạt động độc lập (theo đuổi mục tiêu hoặc mục tiêu dùng chung) tùy thuộc vào bối cảnh, hoàn cảnh hoặc môi trường. Hành vi tự chủ thông qua việc thu thập và lý luận thông tin ngữ cảnh cũng như khả năng của đối tượng để phát hiện những thay đổi trong môi trường (lỗi ảnh hưởng đến cảm biến) và đưa ra các biện pháp giảm thiểu phù hợp tạo thành một xu hướng nghiên cứu chính, rõ ràng là cần thiết để cung cấp độ tin cậy cho công nghệ IoT. Các sản phẩm và giải pháp IoT hiện đại trên thị trường sử dụng nhiều công nghệ khác nhau để hỗ trợ tự động hóa nhận biết ngữ cảnh, nhưng các dạng trí thông minh tinh vi hơn được yêu cầu để cho phép các đơn vị cảm biến và hệ thống vật lý mạng thông minh được triển khai trong môi trường thực tế.

4.2 Cấu ​​trúc

Cấu trúc hệ thống IoT, theo quan điểm đơn giản của nó, bao gồm ba cấp: Cấp 1: Thiết bị, Cấp 2: Cổng cạnh và Cấp 3: Đám mây. Thiết bị bao gồm những thứ được nối mạng, chẳng hạn như cảm biến và bộ truyền động được tìm thấy trong thiết bị IIoT, đặc biệt là những thiết bị sử dụng các giao thức như Modbus, Bluetooth, Zigbee hoặc các giao thức độc quyền, để kết nối với Edge Gateway.

Lớp Edge Gateway bao gồm các hệ thống tổng hợp dữ liệu cảm biến được gọi là Edge Gateway cung cấp chức năng, chẳng hạn như xử lý trước dữ liệu, đảm bảo kết nối với đám mây, sử dụng các hệ thống như WebSockets, trung tâm sự kiện và thậm chí trong một số trường hợp, phân tích cạnh hoặc điện toán sương mù. Lớp Edge Gateway cũng được yêu cầu để cung cấp một cái nhìn chung về các thiết bị cho các lớp trên để tạo điều kiện quản lý dễ dàng hơn.

Cấp cuối cùng bao gồm ứng dụng đám mây được xây dựng cho IIoT bằng cách sử dụng kiến ​​trúc microservices, thường là đa ngôn ngữ và vốn đã an toàn về bản chất bằng cách sử dụng HTTPS / OAuth. Nó bao gồm các hệ thống cơ sở dữ liệu khác nhau lưu trữ dữ liệu cảm biến, chẳng hạn như cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian hoặc kho lưu trữ tài sản sử dụng hệ thống lưu trữ dữ liệu phụ trợ (ví dụ: Cassandra, PostgreSQL). Tầng đám mây trong hầu hết các hệ thống IoT dựa trên đám mây có tính năng xếp hàng sự kiện và hệ thống nhắn tin xử lý thông tin liên lạc diễn ra ở tất cả các tầng. Một số chuyên gia đã phân loại ba tầng trong hệ thống IIoT là cạnh, nền tảng và doanh nghiệp và chúng được kết nối tương ứng bởi mạng lân cận, mạng truy cập và mạng dịch vụ.

Xây dựng trên Internet vạn vật, web vạn vật là một kiến ​​trúc cho lớp ứng dụng của Internet vạn vật xem xét sự hội tụ của dữ liệu từ các thiết bị IoT vào các ứng dụng Web để tạo ra các trường hợp sử dụng sáng tạo. Để lập trình và kiểm soát luồng thông tin trong Internet vạn vật, một hướng kiến ​​trúc dự đoán đang được gọi là BPM Everywhere là sự kết hợp giữa quản lý quy trình truyền thống với khai thác quy trình và các khả năng đặc biệt để tự động hóa việc kiểm soát số lượng lớn các thiết bị phối hợp. [cần dẫn nguồn]

Cấu trúc mạng

Internet vạn vật đòi hỏi khả năng mở rộng rất lớn trong không gian mạng để xử lý sự gia tăng của các thiết bị. IETF 6LoWPAN sẽ được sử dụng để kết nối các thiết bị với mạng IP. Với hàng tỷ thiết bị được thêm vào không gian Internet, IPv6 sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc xử lý khả năng mở rộng lớp mạng. Giao thức Ứng dụng Bị ràng buộc của IETF, ZeroMQ và MQTT sẽ cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu nhẹ.

Điện toán đám mây là một giải pháp thay thế khả thi để ngăn chặn luồng dữ liệu lớn như vậy qua Internet. Khả năng tính toán của các thiết bị cạnh để phân tích và xử lý dữ liệu là rất hạn chế. Khả năng xử lý hạn chế là một thuộc tính chính của các thiết bị IoT vì mục đích của chúng là cung cấp dữ liệu về các đối tượng vật lý trong khi vẫn độc lập. Các yêu cầu xử lý nặng sử dụng nhiều năng lượng pin hơn gây hại cho khả năng hoạt động của IoT. Khả năng mở rộng rất dễ dàng vì các thiết bị IoT chỉ đơn giản là cung cấp dữ liệu thông qua internet đến một máy chủ có đủ sức mạnh xử lý.

4.3 Sự phức tạp

Trong các vòng bán mở hoặc khép kín (tức là chuỗi giá trị, bất cứ khi nào có thể giải quyết được tính toàn cầu), IoT thường sẽ được xem xét và nghiên cứu như một hệ thống phức tạp do số lượng lớn các liên kết khác nhau, sự tương tác giữa các tác nhân độc lập, và năng lực của nó để tích hợp các tác nhân mới. Ở giai đoạn tổng thể (toàn bộ vòng mở), nó có thể sẽ được coi là một môi trường hỗn loạn (vì các hệ thống luôn có tính cuối cùng). Như một cách tiếp cận thực tế, không phải tất cả các yếu tố trong Internet vạn vật đều chạy trong một không gian công cộng, toàn cầu. Các hệ thống con thường được thực hiện để giảm thiểu rủi ro về quyền riêng tư, kiểm soát và độ tin cậy. Ví dụ: robot trong nước (domotics) chạy bên trong ngôi nhà thông minh có thể chỉ chia sẻ dữ liệu bên trong và khả dụng qua mạng cục bộ. Quản lý và kiểm soát một mạng lưới vạn vật / thiết bị IoT năng động cao là một nhiệm vụ khó khăn với kiến ​​trúc mạng truyền thống, Mạng do phần mềm xác định (SDN) cung cấp giải pháp động linh hoạt có thể đáp ứng các yêu cầu đặc biệt về sự đa dạng của các ứng dụng IoT sáng tạo.

4.4 Cân nhắc về kích thước

Internet vạn vật sẽ mã hóa từ 50 đến 100 nghìn tỷ đối tượng và có thể theo dõi chuyển động của những đối tượng đó. Mỗi con người trong môi trường đô thị được khảo sát được bao quanh bởi 1000 đến 5000 vật thể có thể theo dõi. Vào năm 2015, đã có 83 triệu thiết bị thông minh trong nhà của mọi người. Con số này dự kiến ​​sẽ tăng lên 193 triệu thiết bị vào năm 2020.

Số lượng thiết bị có khả năng trực tuyến tăng 31% từ năm 2016 đến năm 2017, đạt 8,4 tỷ.

4.5 Cân nhắc về không gian

Trong Internet of Things, vị trí địa lý chính xác của một sự vật — và cả các kích thước địa lý chính xác của một sự vật — sẽ rất quan trọng. Do đó, các dữ kiện về một sự vật, chẳng hạn như vị trí của nó trong thời gian và không gian, ít quan trọng hơn để theo dõi vì người xử lý thông tin có thể quyết định xem thông tin đó có quan trọng đối với hành động đang được thực hiện hay không và nếu có, hãy bổ sung phần còn thiếu thông tin (hoặc quyết định không thực hiện hành động). (Lưu ý rằng một số thứ trong Internet of Things sẽ là cảm biến và vị trí của cảm biến thường rất quan trọng. GeoWeb và Digital Earth là những ứng dụng đầy hứa hẹn trở nên khả thi khi mọi thứ có thể được tổ chức và kết nối theo vị trí. Tuy nhiên, những thách thức vẫn còn bao gồm các hạn chế của các quy mô không gian thay đổi, nhu cầu xử lý lượng lớn dữ liệu và lập chỉ mục cho các hoạt động tìm kiếm nhanh và xung quanh.

Trong Internet of Things, nếu mọi thứ có thể tự chủ động thực hiện hành động, thì vai trò trung gian lấy con người làm trung tâm này sẽ bị loại bỏ. Do đó, bối cảnh không gian-thời gian mà chúng ta như con người coi thường phải được trao một vai trò trung tâm trong hệ sinh thái thông tin này. Giống như các tiêu chuẩn đóng một vai trò quan trọng trong Internet và Web, các tiêu chuẩn không gian địa lý sẽ đóng một vai trò quan trọng trong Internet vạn vật.

4.6 Một giải pháp cho "khối điều khiển từ xa"

Nhiều thiết bị IoT có tiềm năng chiếm một phần thị trường này. Vấn đề có khả năng xảy ra nhiều nhất là "khối điều khiển từ xa", nơi chúng ta sẽ có hàng trăm ứng dụng để giao tiếp với hàng trăm thiết bị không chia sẻ giao thức trao đổi với nhau. Để cải thiện sự tương tác của người dùng, một số công ty công nghệ đang hợp lực để tạo ra các tiêu chuẩn giao tiếp giữa các thiết bị để giải quyết vấn đề này. Một hướng khác là chuyển sang khái niệm tương tác dự đoán của các thiết bị, "nơi dữ liệu thu thập được sử dụng để dự đoán và kích hoạt các hành động trên các thiết bị cụ thể" trong khi làm cho chúng hoạt động cùng nhau.

5. KÍCH HOẠT CÁC CÔNG NGHỆ CHO IoT

Có rất nhiều công nghệ cho IoT. Điều quan trọng đối với lĩnh vực này là mạng được sử dụng để giao tiếp giữa các thiết bị của cài đặt IoT, một vai trò mà một số công nghệ không dây hoặc có dây có thể thực hiện:

5.1 Địa chỉ

Ý tưởng ban đầu của Trung tâm Auto-ID dựa trên thẻ RFID và nhận dạng riêng biệt thông qua Mã sản phẩm điện tử. Điều này đã phát triển thành các đối tượng có địa chỉ IP hoặc URI. Một quan điểm khác, từ thế giới của Semantic Web thay vào đó tập trung vào việc làm cho tất cả mọi thứ (không chỉ những thứ điện tử, thông minh hoặc hỗ trợ RFID) có thể xử lý được bằng các giao thức đặt tên hiện có, chẳng hạn như URI. Bản thân các đối tượng không trò chuyện, nhưng chúng có thể được các tác nhân khác tham chiếu đến, chẳng hạn như các máy chủ tập trung mạnh mẽ hoạt động cho chủ sở hữu con người của chúng. Tích hợp với Internet ngụ ý rằng các thiết bị sẽ sử dụng địa chỉ IP làm mã định danh riêng biệt. Do không gian địa chỉ hạn chế của IPv4 (cho phép 4,3 tỷ địa chỉ khác nhau), các đối tượng trong IoT sẽ phải sử dụng thế hệ tiếp theo của giao thức Internet (IPv6) để mở rộng đến không gian địa chỉ cực kỳ lớn cần thiết. Ngoài ra, các thiết bị Internet-of-things sẽ được hưởng lợi từ cấu hình tự động địa chỉ không trạng thái có trong IPv6, vì nó giảm chi phí cấu hình trên máy chủ, và nén tiêu đề IETF 6LoWPAN. Ở một mức độ lớn, tương lai của Internet vạn vật sẽ không thể thực hiện được nếu không có sự hỗ trợ của IPv6; và do đó, việc áp dụng IPv6 trên toàn cầu trong những năm tới sẽ rất quan trọng cho sự phát triển thành công của IoT trong tương lai.

5.2 Lớp ứng dụng

ADRC định nghĩa một giao thức lớp ứng dụng và khung hỗ trợ để triển khai các ứng dụng IoT.

5.3 Mạng Không dây tầm ngắn

Xem tiếp phần 2

 

Đang xử lý...