CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IOT 1.1 LỊCH SỬ VÀ XU THẾ CỦA IOT TRÊN THẾ GIỚI: Thuật ngữ Internet of Things (IoT) có từ năm 1999, được đặt ra bởi những người sáng lập trung tâm Auto-ID ban đầu của MIT, Kevin Ashton vào năm 1999 và sau đó là David L. Tuy nhiên trước đó cũng đã có những mường tượng, hình dung về các vật thể giao tiếp, thông minh ngay cả khi mạng Internet chưa ra đời. Mãi cho đến năm 2000, các thiết bị, things được kết nối với Internet ở hình dạng các máy tính có kích cỡ khác nhau. Ta có bảng sơ lược lịch sử kết nối things với Internet [1] [2], từ đó cho chúng ta thấy Internet không phải chỉ của con người sử dụng (of Person) mà của cả mọi thứ (of Things) (xem Bảng 1.
Một số tổ chức, sự kiện, sự vật kết nối với Internet trên thế giới Năm Thiết bị/Sự kiện Nguồn tham khảo 1973 Mario W. Cardullo nhận bằng sáng chế cho thẻ US Patent US 3713148 A nhận dạng tần số vô tuyến đầu tiên (RFID) Máy bán nước ngọt của khoa Khoa học máy https://www.edu/~coke/ 1982 tính trường đại học Carnegie Mellon được kết history_long.txt nối Internet Một chiếc máy nướng bánh mì tại hội nghị IEEE Consumer Electronics 1989 Interop được kết nối Internet Magazine (Volume: 6, Issue: 1, Jan. 2017) HP giới thiệu máy in HP LaserJet IIISi có http://hpmuseum.net/display 1991 khả năng kết nối mạng IP qua giao diện _item.php?hw=350 Ethernet https://www.uk/cof 1993 Máy pha cà phê của Đại học Cambridge fee/qsf/coffee.html được kết nối Internet Công ty General Motors Onstar cho ra đời https://en.org/wiki/ 1996 OnStar dịch vụ chuẩn đoán từ xa https://www.com/a 1998 Tổ chức phi lợi nhuận Bluetooth được hình thành bout-us/our-history LG cho ra đời chiếc tủ lạnh có kết nối https://www.co 1999 Internet đầu tiên (Internet Digial DIOS) m/news/lg-unveils- 3 internetready-refrigerator-- 221266 Những giao diện đầu tiên của dự án Cooltown về máy tính phổ biến ở mọi nơi, https://www.com/wa 2000 khi đó công nghệ điện toán và truyền thông tch?reload=9&v=U2AkkuIV kết hợp tạo nên trải nghiệm web kết nối V-I cho mọi người, mọi nơi và mọi đối tượng Sản phẩm Bluetooth đầu tiên được giới http://edition.com/2001/ BUSINESS/asia/04/17/tokyo 2001 thiệu là chiếc điện thoại di động cho phép kết nối Bluetooth của KDDI .html http://www.int/osg/spu/pu Báo cáo của ITU lần đầu tiên về sự trỗi dậy blications/internetofthings/In 2005 của IoT ternetofThings_summary.pdf Liên minh IP cho các vật thể thông minh (IPSO, năm 2018 đã sát nhập với OMA tạo https://www.ipso- 2008 nên OMA SpecWorks) được thành lập, tập alliance.org trung vào IoT đầu tiên https://omaspecworks.org Định nghĩa về Smart Lighting hình thành https://www.edu/smartlig 2010 sau thành công của bóng đèn LED bán dẫn hting/files/2010/01/BobK.pdf hay LED trạng thái rắn (Solid-State Led).com/i beacon/Getting-Started-with- Apple tạo ra giao thức iBeacon cho việc iBeacon.pdf 2014 báo hiệu https://en.org/wiki/ IBeacon Các ứng dụng IoT ngày nay được quan tâm nhiều thông qua các ứng dụng trong các lĩnh vực tăng vọt (https://www.com) cũng như từ khóa này được quan tâm nhiều trên Google (https://trends.com) những năm gần đây (Hình 1.1: Thống kê ứng dụng IoT tại Mỹ Hình 1.2: Thống kê chủ đề tìm kiếm trên google liên quan đến IoT Tại Việt Nam, tuy chưa thể theo kịp những nước đã phát triển nhưng IoT cũng đã có những bước tiến đáng kể trong nghiên cứu và ứng dụng với một số sự kiện đáng lưu ý [3] như Bảng 1. Một số thiết bị, sự kiện của Việt Nam Nguồn tham khảo Năm Thiết bị/Sự kiện Bộ Thông tin và Truyền thông đã xây dựng 2019 bản dự thảo về "Thuật ngữ và định nghĩa https://mic.vn cho Internet vạn vật" Nền tảng IoT thương mại của Việt Nam có 2019 tên iNut cho thiết bị ESP8266 giúp kết nối https://inut.vn/ các cảm biến, thiết bị ra Internet.2 KHÁI NIỆM IOT: Internet of Things (IoT), còn được gọi là Internet vạn vật hay Internet công nghiệp, là một mô hình công nghệ mới được hình dung như một mạng lưới toàn cầu gồm các 5 máy móc và thiết bị có khả năng tương tác với nhau.
IoT là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất của công nghệ tương lai bên cạnh trí tuệ nhận tạo và dữ liệu lớn, thúc đẩy cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 trên thế giới. "Thing" hiện diện trong thế giới thực, ở trong nhà, trong xe hơi, đeo trên người hay ở nơi làm việc của ta. "Thing" nhận thông tin từ thế giới, chuyển thành dữ liệu gửi lên Internet để thu thập, xử lý. Và, "Thing" cũng có thể hình thành phản ứng tác động ngược trở ra thế giới thực thông qua các bộ truyền động.
Tóm lại, IoT là khái niệm biến các thiết bị bình thường trở nên thông minh nhờ vào bộ xử lý, cảm biến, bộ truyền động và các kết nối dữ liệu để tạo thành một mạng lưới mà ở đó các thiết bị có thể tương tác với nhau mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người (Hình 1.3: IoT từ quan điểm nhìn các hệ thống nhúng Kiến trúc IoT trải rộng trên rất nhiều công nghệ nhưng vẫn có bốn thành phần chính cấu thành nên hệ thống, bao gồm: 1. Thing: Là các vật thể, đại diện cho vật thể chính là các sensor, cảm nhận, thu thập thông tin từ thế giới thực chuyển đổi thành dữ liệu, hay chuyển đổi dữ liệu thành tác động ngược lại thế giới thông qua thiết bị thực thi như còi hú, đèn báo…. Giao tiếp dữ liệu: Việc kết nối giữa thiết bị, các dịch vụ điện toán đám mây để thực hiện giải mã dữ liệu và thực thi hoạt động dựa trên dữ liệu bao gồm các kết nối tầm gần trong phạm vi mạng cá nhân (PAN – Personal Area Networks) và kết nối ra Internet thông qua thiết bị chuyển tiếp mạng (Gateway device). Các công nghệ mạng không dây cho PAN có thông điệp truyền tải không dựa trên nền IP, như Bluetooth 5.0, Zigbee, Z-wave hay dựa trên nền IP, như IEEE 802.11 Wi-Fi, 6LoWPAN.
Internet: Để đưa dữ liệu từ các cảm biến ra Internet cần hai công nghệ là các Gateway và các giao thức tối ưu cho IoT trên nền IP như MQTT, AMPQ và CoAP thay cho các giao thức truyền thống chẳng hạn như SNMP, HTTP. Backend services: Một khi dữ liệu được thu thập, nó được chuyển lên server doanh nghiệp hoặc cloud và được xử lý thông qua các dịch vụ. Các dịch vụ này có thể là lưu trữ dữ liệu hay phân tích, khai phá các thông tin từ dữ liệu để ra quyết định thực thi, hay giao diện giám sát hệ thống dành cho con người khi cần. Ở thành phần này, tùy vào quy mô cũng như giải pháp được thiết kế, có thể cần đến các công nghệ lưu trữ dữ liệu lớn cũng như việc phân tích, khai phá dữ liệu sử dụng các mô hình học máy.
Còn nếu dữ liệu cần xử lý, phân tích đơn giản như nhiệt độ vượt ngưỡng nào đó được quy định trước có thể thực hiện bằng các giao thức if this, then that (IFTTT) và có thể dịch chuyển các công đoạn tính toán, xử lý từ server xuống các thiết bị cạnh biên, việc này hình thành nên thuật ngữ edge computing và fog computing. IoT còn có một số phiên bản tên gọi khi các công ty và tổ chức cố gắng thu hút sự chú ý, mỗi từ nêu bật các khía cạnh khác nhau của cùng một vấn đề cơ bản. Ví dụ: Web of Things (WoT) liên quan đến các công nghệ dựa trên web cho IoT, hay Internet of Everything là một cách nói quá của IoT vì không có cách nào để kết nối cảm xúc, mùi vị mà không có thứ gì sinh ra cảm giác đó, hay làm sao để kết nối được không gian hay nước? Còn Machine-to-Machine (M2M) là một khái niệm chung liên quan đến giao tiếp giữa một thiết bị với một thiết bị khác mà không cần sự can thiệp của con người. Nhiều loại giao thức và công nghệ khác nhau có thể được sử dụng trong các giải pháp M2M có thể bao gồm cả giao thức IP.
Tuy nhiên, IP hay Internet ở đây chỉ đóng vai trò kênh giao tiếp giữa các thiết bị, máy móc chứ không phải một nền tảng mở cho khả năng tương tác. Bằng việc chuyển dữ liệu của các cảm biến, bộ xử lý biên và các thiết bị thông minh lên Internet, các dịch vụ đám mây có thể được áp dụng cho những thiết bị đơn giản nhất. Trước khi công nghệ đám mây và truyền thông di động trở thành xu hướng và tiết kiệm chi phí, các cảm biến và các thiết bị điện toán nhúng trong lĩnh vực này không có phương tiện tốt để truyền dữ liệu trên toàn cầu trong vài giây, được lưu trữ thông tin vĩnh viễn và phân tích dữ liệu để tìm ra xu hướng và mô hình. Khi công nghệ đám mây phát triển, các hệ thống truyền thông không dây trở nên phổ biến, các công nghệ năng lượng mới trở nên hiệu quả hơn về chi phí và các mô hình học máy phát triển để tạo ra các thông tin đáng giá.
Tất cả các điều này kết hợp lại tạo nên giá trị của một hệ thống IoT. Nếu không có những công nghệ này chúng ta vẫn chỉ biết đến các hệ thống M2M mà thôi [1].3 TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG IOT: IoT sẽ tiếp cận vào gần như mọi phân khúc trong các sản phẩm công nghiệp, doanh nghiệp, y tế, tiêu dùng.v… Tỉ lệ số lượng thiết bị kết nối vào Internet được dự báo vượt xa mức tăng trưởng của con người như Hình 1.4: Sự chênh lệch giữa tăng trưởng dân số của con người và tăng trưởng các thứ được kết nối Việc ứng dụng IoT sẽ mang lại nhiều lợi ích khi giảm thiểu các chi phí, thời gian vận hành sản xuất hay hạn chế tổn thất, hư hỏng. Ta sẽ đi xem xét sự ảnh hưởng của IoT đến từng lĩnh vực cụ thể.1 Công nghiệp và sản xuất: Đây là phân khúc mà IoT phát triển nhanh và mạnh mẽ nhất dựa vào số lượng kết nối trong lĩnh vực và giá trị mà dịch vụ mang lại trong việc tự động hóa sản xuất. Phân khúc này có truyền thống về các công nghệ vận hành, tức là áp dụng các công nghệ phần cứng và phần mềm để giám sát các thiết bị vật lý phục vụ các chỉ số về lợi nhuận, hoạt động thu thập và phản hồi dữ liệu theo thời gian thực cũng như sự an toàn của hệ thống.
Ngoài ra giao diện phần cứng và phần mềm của phân khúc này thường không hiện đại, các công nghệ như RS232/485… Ứng dụng IoT vào lĩnh vực này có thể ở một số trường hợp như sau: - Bảo trì, phòng ngừa trên máy móc. - Tiết kiệm năng lượng. - Hệ thống an toàn như cảm biến nhiệt, cảm biến áp suất, rò rỉ khí. - Các hệ thống chuyên gia.2 Tiêu dùng: Tiêu dùng là phân khúc đầu tiên có vật thể được kết nối mạng internet, là chiếc máy pha cà phê vào những năm 1990.