Luận văn thạc sĩ về nghiên cứu anten mảng và ứng dụng trong hệ thống Internet vạn vật

Khám phá luận văn thạc sĩ về nghiên cứu anten mảng và ứng dụng trong hệ thống internet vạn vật, góp phần phát triển công nghệ hiện đại.

• Tác giả: Phạm Văn Hiếu
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thành Chuyên
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Anten Mảng Và Ứng Dụng Trong IoT
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IOT
• 1.1. Khái niệm Internet of Thing, hay còn được viết tắt là IoT, được dịch ra tiếng Việt là Mạng luới vạn vật kết nối Internet là một khái niệm mới xuất hiện trong những năm gần đây
• 1.2. Vào năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI), tạm dịch là tổ chức sáng kiến toàn cầu về mạng kết nối vạn vật, đã định nghĩa IoT là hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin, hỗ trợ các dịch vụ điện toán đám mây chuyên sâu, thông qua các vật thể thực hoặc là vật thể ảo
• 1.3. Kết nối này được nhận định là có nhiều hơn rất nhiều những ưu điểm so với kiểu truyền tải từ máy sang máy trước đây
• 1.4. Mạng vạn vật kết nối là một viễn cảnh của thế giới, trong đó mỗi đồ vật, mỗi một con người sẽ mang cho mình một định dạng, danh tính riêng, và tất cả sẽ được kết nối với nhau trong cùng một mạng lưới
• 1.5. Cho đến thời điểm hiện nay, mạng vạn vật kết nối đang dừng lại ở mức kêt nối giữa máy với máy, thường được áp dụng trong các ngành sản xuất, công nghiệp sản xuất năng lượng, lọc dầu
• 1.6. Khái niệm Mạng vạn vật kết nối lần đầu tiên được ra mắt thế giới nhờ Kevin Ashton, người lúc đó đang làm việc tại Proter và Gamble, sau đó được đổi tên thành công ty MIT’s Auto-ID
• 1.7. Thuật ngữ mạng vạn vật kết nối (Internet of Things, IoT), là một khái niệm để chỉ một mạng lưới gồm rất nhiều những thiết bị có khả năng nhận biết, cũng như là trao đổi thông tin đến các sự vật khác trong mạng lưới
• 1.8. Các chuyên gia trong ngành gợi ý là có thể coi Vạn Vật ở đây nên là một tổng thể được kết hợp hài hoà giữa phần cứng, phần mềm, các loại dữ liệu, cũng như là kết nối dịch vụ mạng
• 1.9. Lịch sử
• 1.10. Bill Joy đã tường tượng được trước phương pháp truyền tải dữ liệu từ thiết bị tới thiết bị ở trong một bộ 6 trang web của ông
• 1.11. RFID, tiếng anh là Radio-frequency identification, hay dịch ra tiếng việc là định nghĩa tần số radio, đã được nhận định bởi Kevin Ashton, một trong những người sáng lập ra trung tâm Auto-ID là có khả năng khởi tạo Mạng lưới vạn vật kết nối Internet và thời điểm đó
• 1.12. Khả năng định danh độc nhất
• 1.13. Việc định danh, hay tagging, có thể được hiện thực hoá ngày nay, thông qua việc sử dụng những công nghệ hiện đại, ví dụ như định danh bằng tần số ra đa, giao tiếp thông tin tầm gần, mã vạch, mã QR, đánh dấu kỹ thuật số
• 1.14. Xu hướng và tính chất
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC DẠNG ANTEN MẢNG VÀ ỨNG DỤNG
• 2.1. Kiến thức cơ bản về anten mảng
• 2.1.1. Anten mảng hai phần tử
• 2.1.2. Anten mảng tuyến tính N phần tử đồng dạng
• 2.1.3. Anten mảng có trọng số và anten mảng lái búp
• 2.1.4. Anten mảng vòng
• 2.1.5. Anten mảng vòng lái búp
• 2.1.6. Anten mảng phẳng hình chữ nhật
• 2.1.7. Anten mảng búp cố định
• 2.1.8. Anten mảng hướng Retro
• 2.2. Ứng dụng của anten mảng
• 2.2.1. Hệ thống Radar
• 2.2.2. Máy đo phóng xạ
• 2.2.3. Làm nóng bằng điện từ trường
• 2.3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA ANTEN MẢNG HÌNH NHẪN TRONG IOT
• 2.3.1. Nhẫn theo dõi sức khoẻ
• 2.3.2. Thiết kế của anten mảng
• 2.3.3. Khả năng hoạt động ở trong không gian mở
• 2.3.4. Ảnh hưởng của người dùng
• 2.3.5. Hệ số phản xạ
• 2.3.6. Các mẫu quét và hiệu quả bao phủ
• 2.3.7. Mật độ tổn hao năng lượng
• 2.3.8. Ứng dụng của nhẫn trong IoT
• 2.3.9. Nhẫn cảm biến
• 2.3.10. Thiết kế và cấu trúc của anten
• 2.3.11. Khả năng hoạt động
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về IoT

Chương này trình bày khái niệm về IoT (Internet of Things), một mạng lưới kết nối giữa các thiết bị thông minh. IoT cho phép các thiết bị thu thập và trao đổi dữ liệu mà không cần sự can thiệp của con người. Theo tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things, IoT được định nghĩa là hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin. Các thiết bị trong IoT được trang bị cảm biến và khả năng kết nối internet, giúp chúng hoạt động đồng bộ và hiệu quả. Công nghệ IoT đang ngày càng trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực như y tế, xây dựng và quản lý tài nguyên. Sự phát triển của IoT hứa hẹn sẽ tạo ra một kỷ nguyên mới của tự động hóa và kết nối thông minh.

1.1 Khả năng định danh độc nhất

Khả năng định danh là yếu tố quan trọng trong IoT. Mỗi thiết bị cần có một định danh duy nhất để có thể được nhận diện và quản lý. Việc sử dụng công nghệ như RFID, mã vạch và địa chỉ IP giúp các thiết bị trong IoT có thể giao tiếp và tương tác với nhau. Công nghệ IPv6 cho phép mở rộng không gian địa chỉ, giúp mọi thiết bị có thể được gán một địa chỉ IP duy nhất. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối và quản lý các thiết bị trong mạng lưới IoT.

1.2 Xu hướng và tính chất

Xu hướng phát triển của IoT không chỉ dừng lại ở việc kết nối các thiết bị mà còn hướng tới việc tự động hóa và giảm thiểu sự can thiệp của con người. Các thiết bị trong IoT ngày càng được trang bị công nghệ tiên tiến, cho phép chúng hoạt động một cách thông minh và hiệu quả hơn. Sự phát triển của IoT sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, quản lý năng lượng và cải thiện chất lượng cuộc sống.

II. Nghiên cứu các dạng anten mảng và ứng dụng

Chương này tập trung vào việc nghiên cứu các loại anten mảng và ứng dụng của chúng trong IoT. Anten mảng là một công nghệ quan trọng trong việc truyền tải dữ liệu không dây. Các loại anten mảng như anten mảng tuyến tính, anten mảng vòng và anten mảng phẳng được phân tích chi tiết. Mỗi loại anten có những đặc điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong IoT. Việc tối ưu hóa thiết kế anten giúp cải thiện hiệu suất truyền tải và độ phủ sóng, từ đó nâng cao khả năng kết nối trong hệ thống IoT.

2.1 Kiến thức cơ bản về anten mảng

Kiến thức cơ bản về anten mảng bao gồm cấu trúc, nguyên lý hoạt động và các thông số kỹ thuật. Anten mảng có khả năng điều chỉnh hướng phát sóng, giúp tối ưu hóa tín hiệu và giảm thiểu nhiễu. Việc nghiên cứu các thông số như tần số vô tuyến, độ lợi và hệ số phản xạ là rất quan trọng trong thiết kế anten. Các ứng dụng của anten mảng trong IoT bao gồm truyền thông không dây, cảm biến và các thiết bị thông minh.

2.2 Ứng dụng của anten mảng

Ứng dụng của anten mảng trong IoT rất đa dạng. Chúng được sử dụng trong các hệ thống radar, máy đo phóng xạ và các thiết bị cảm biến. Anten mảng giúp cải thiện khả năng kết nối và truyền tải dữ liệu trong các ứng dụng như nhà thông minh, thành phố thông minh và các hệ thống giám sát. Việc phát triển các loại anten mảng mới với hiệu suất cao hơn sẽ đóng góp tích cực vào sự phát triển của IoT.

III. Nghiên cứu ứng dụng của anten mảng hình nhẫn trong IoT

Chương này nghiên cứu ứng dụng của anten mảng hình nhẫn trong IoT. Anten mảng hình nhẫn được thiết kế để theo dõi sức khỏe và các thông số sinh lý của người dùng. Thiết kế của anten này cho phép hoạt động hiệu quả trong không gian mở và có khả năng tương tác với các thiết bị khác trong mạng IoT. Việc tối ưu hóa cấu trúc và khả năng hoạt động của anten mảng hình nhẫn sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong việc thu thập và truyền tải dữ liệu.

3.1 Nhẫn theo dõi sức khỏe

Nhẫn theo dõi sức khỏe là một ứng dụng tiêu biểu của anten mảng hình nhẫn trong IoT. Thiết bị này có khả năng thu thập dữ liệu về nhịp tim, huyết áp và các chỉ số sinh lý khác. Dữ liệu được truyền tải đến các thiết bị khác để phân tích và xử lý. Việc sử dụng anten mảng giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của thông tin thu thập được, từ đó hỗ trợ người dùng trong việc theo dõi sức khỏe.

3.2 Thiết kế của anten mảng

Thiết kế của anten mảng hình nhẫn cần đảm bảo tính năng động và hiệu quả trong việc thu thập dữ liệu. Các yếu tố như kích thước, hình dạng và vật liệu sử dụng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của anten. Việc nghiên cứu và phát triển các mẫu thiết kế mới sẽ giúp tối ưu hóa khả năng hoạt động của anten mảng hình nhẫn trong các ứng dụng IoT.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Internet vạn vật (IoT) đang trở thành một trong những xu hướng công nghệ trọng điểm với dự báo sẽ kết nối khoảng 30 tỷ thiết bị trước năm 2020. Sự phát triển này thúc đẩy nhu cầu nghiên cứu các công nghệ truyền thông tiên tiến, trong đó anten mảng đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu suất truyền nhận tín hiệu, đặc biệt trong các hệ thống IoT sử dụng mạng 5G tần số cao. Luận văn tập trung nghiên cứu anten mảng và ứng dụng của chúng trong hệ thống IoT, với trọng tâm là thiết kế và đánh giá hiệu quả anten mảng hình nhẫn tích hợp trong các thiết bị đeo thông minh.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích các dạng anten mảng phổ biến, khảo sát đặc tính hoạt động của anten mảng hình nhẫn ở tần số 28GHz trong môi trường không gian mở và khi có sự hiện diện của người dùng, đồng thời đề xuất các giải pháp tối ưu hóa thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả truyền dẫn trong hệ thống IoT. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các anten mảng tuyến tính, vòng, phẳng và hướng Retro, cùng với ứng dụng cụ thể trong thiết bị đeo thông minh tại Việt Nam trong giai đoạn 2017-2019.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các thiết bị IoT nhỏ gọn, hiệu suất cao, góp phần thúc đẩy ứng dụng IoT trong y tế, giao thông, và quản lý đô thị thông minh. Các chỉ số như hệ số phản xạ, vùng phủ sóng, và mật độ tổn hao năng lượng được sử dụng làm thước đo hiệu quả, giúp đánh giá thực tiễn và hướng tới các tiêu chuẩn kỹ thuật cao hơn trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản về anten mảng, bao gồm:

• Lý thuyết anten mảng tuyến tính: Mô tả cấu trúc và đặc tính bức xạ của anten mảng gồm N phần tử đồng dạng, với các chế độ broadside, end-fire và lái búp. Khái niệm hệ số mảng và hệ số phần tử được tách biệt để phân tích hiệu quả tổng hợp tín hiệu.

• Mô hình anten mảng vòng và phẳng: Phân tích cấu trúc anten mảng vòng N phần tử và anten mảng phẳng NxM phần tử, giúp mở rộng phạm vi ứng dụng trong các thiết bị có hình dạng phức tạp.

• Khái niệm anten mảng hướng Retro: Giải thích nguyên lý hoạt động của anten mảng tự pha, có khả năng phản xạ tín hiệu theo hướng đến, tối ưu hóa hiệu quả trong môi trường đa đường.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số phản xạ (S11), độ lợi anten, búp sóng chính và phụ, mật độ tổn hao năng lượng, và lực điện động (EMF). Những thuật ngữ này được sử dụng xuyên suốt để đánh giá và thiết kế anten phù hợp với yêu cầu của hệ thống IoT.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các mô hình anten mảng được thiết kế và mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng, cùng với kết quả đo đạc thực tế trên mẫu anten mảng hình nhẫn tích hợp trong thiết bị đeo.

• Phương pháp phân tích: Phân tích đặc tính bức xạ, hệ số phản xạ, vùng phủ sóng và mật độ tổn hao năng lượng trong không gian mở và khi có sự hiện diện của tay người dùng. So sánh các kết quả mô phỏng với dữ liệu thực nghiệm để đánh giá độ chính xác và hiệu quả thiết kế.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu nghiên cứu bao gồm các thiết kế anten mảng với số lượng phần tử khác nhau (từ 2 đến 16 phần tử), tập trung vào anten mảng hình nhẫn với kích thước đường kính 11mm, độ dày 5mm. Việc lựa chọn mẫu dựa trên tiêu chí phù hợp với thiết bị đeo thông minh và tần số hoạt động 28GHz.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong năm 2018-2019, bao gồm giai đoạn thiết kế, mô phỏng, chế tạo mẫu và thử nghiệm thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất anten mảng hình nhẫn ở tần số 28GHz: Anten mảng từng phần hình tròn tích hợp trong nhẫn có khả năng hoạt động ổn định trong không gian mở với vùng phủ sóng rộng, đạt hiệu suất truyền dẫn cao hơn so với các thiết kế anten mảng ở tần số thấp hơn. Kích thước phần tử anten 3,4mm x 0,6mm và khoảng cách 4mm giữa các phần tử được tối ưu để giảm tổn hao tín hiệu.

2. Ảnh hưởng của tay người dùng: Khi có sự hiện diện của tay người dùng, hệ số phản xạ và mật độ tổn hao năng lượng của anten mảng tăng lên nhưng vẫn duy trì trong giới hạn cho phép, đảm bảo khả năng truyền nhận dữ liệu không bị gián đoạn. Mật độ tổn hao năng lượng tối đa trong 3 setup thử nghiệm với tay người dùng đều dưới ngưỡng an toàn.

3. So sánh các dạng anten mảng: Anten mảng tuyến tính broadside có búp sóng chính hẹp hơn so với dạng end-fire, giúp tăng độ chính xác trong định hướng tín hiệu. Anten mảng vòng và phẳng mở rộng khả năng ứng dụng trong các thiết bị có hình dạng phức tạp, trong khi anten mảng hướng Retro tối ưu hiệu quả trong môi trường đa đường nhờ khả năng phản xạ tín hiệu về nguồn.

4. Lực điện động (EMF) và an toàn người dùng: Đo đạc EMF cho thấy mức độ phát xạ của anten mảng hình nhẫn nằm trong giới hạn an toàn, phù hợp để ứng dụng trong các thiết bị đeo theo dõi sức khỏe.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy anten mảng hình nhẫn hoạt động hiệu quả ở tần số 28GHz, phù hợp với yêu cầu truyền dẫn dữ liệu cao của mạng 5G trong hệ thống IoT. Việc sử dụng anten mảng nhiều phần tử giúp tăng cường tín hiệu và mở rộng vùng phủ sóng, đồng thời giảm thiểu tổn hao do ảnh hưởng của người dùng.

So với các nghiên cứu trước đây về anten mảng ở tần số thấp, thiết kế anten mảng hình nhẫn ở tần số cao cho thấy ưu thế vượt trội về hiệu suất và khả năng thích ứng với môi trường thực tế. Các biểu đồ bức xạ và hệ số phản xạ minh họa rõ sự ổn định và hiệu quả của thiết kế, đồng thời bảng số liệu mật độ tổn hao năng lượng cung cấp bằng chứng cho tính an toàn của sản phẩm.

Ngoài ra, việc áp dụng các kỹ thuật lái búp số (DBF) trong anten mảng giúp linh hoạt điều chỉnh hướng bức xạ, tăng cường khả năng truyền nhận trong môi trường phức tạp. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị IoT đeo thông minh, y tế từ xa và các hệ thống giao tiếp không dây hiện đại.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thiết kế anten mảng hình nhẫn: Nâng cao độ chính xác trong việc bố trí phần tử anten và vật liệu cách điện để giảm thiểu tổn hao tín hiệu, hướng tới tăng hệ số lợi anten lên ít nhất 10% trong vòng 12 tháng tới. Chủ thể thực hiện: các nhóm nghiên cứu và nhà sản xuất thiết bị IoT.

2. Phát triển kỹ thuật lái búp số (DBF): Áp dụng công nghệ xử lý tín hiệu số để điều chỉnh hướng búp sóng linh hoạt, cải thiện vùng phủ sóng và giảm nhiễu, nhằm tăng hiệu suất truyền dẫn dữ liệu trong môi trường đa đường. Thời gian triển khai dự kiến 18 tháng.

3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các tư thế sử dụng khác nhau: Mở rộng khảo sát tác động của các tư thế tay người dùng và môi trường xung quanh lên hiệu suất anten, nhằm hoàn thiện thiết kế phù hợp với thực tế sử dụng đa dạng. Thời gian thực hiện 12 tháng.

4. Đánh giá và kiểm soát mức độ phát xạ EMF: Thiết lập quy trình kiểm tra định kỳ và tiêu chuẩn an toàn cho các thiết bị đeo tích hợp anten mảng, đảm bảo tuân thủ các quy định quốc tế về an toàn bức xạ điện từ. Chủ thể thực hiện: cơ quan quản lý và nhà sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và kỹ sư viễn thông: Tìm hiểu sâu về thiết kế anten mảng, các mô hình bức xạ và ứng dụng trong hệ thống IoT, phục vụ phát triển sản phẩm và nghiên cứu khoa học.

2. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị IoT và thiết bị đeo thông minh: Áp dụng kiến thức về anten mảng hình nhẫn để cải tiến thiết kế sản phẩm, nâng cao hiệu suất truyền dẫn và trải nghiệm người dùng.

3. Chuyên gia phát triển mạng 5G và truyền thông không dây: Nắm bắt các giải pháp anten tiên tiến hỗ trợ mạng 5G, đặc biệt trong bối cảnh IoT phát triển mạnh mẽ.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách công nghệ: Tham khảo các tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn liên quan đến anten mảng trong thiết bị IoT, từ đó xây dựng các quy định phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Anten mảng là gì và tại sao lại quan trọng trong IoT?
   Anten mảng là tập hợp nhiều phần tử anten nhỏ kết hợp để tăng cường tín hiệu và điều chỉnh hướng bức xạ. Trong IoT, anten mảng giúp cải thiện hiệu suất truyền nhận dữ liệu, đặc biệt ở tần số cao như 28GHz, đáp ứng yêu cầu kết nối nhanh và ổn định.

2. Tại sao chọn tần số 28GHz cho anten mảng hình nhẫn?
   Tần số 28GHz thuộc dải sóng milimet, phù hợp với mạng 5G, cho phép truyền tải dữ liệu tốc độ cao. Mặc dù có tổn hao lớn hơn, anten mảng với thiết kế định hướng cao giúp khắc phục hạn chế này, đảm bảo hiệu quả truyền dẫn.

3. Ảnh hưởng của tay người dùng đến hiệu suất anten như thế nào?
   Tay người dùng có thể gây che chắn và hấp thụ tín hiệu, làm tăng hệ số phản xạ và tổn hao năng lượng. Tuy nhiên, thiết kế anten mảng hình nhẫn đã được tối ưu để duy trì hiệu suất ổn định ngay cả khi có sự hiện diện của tay người dùng.

4. Làm thế nào để điều chỉnh hướng búp sóng của anten mảng?
   Thông qua kỹ thuật lái búp số (Digital Beamforming - DBF), tín hiệu thu được từ các phần tử anten được xử lý số để điều chỉnh pha và biên độ, từ đó thay đổi hướng bức xạ mà không cần di chuyển vật lý anten.

5. Mức độ phát xạ EMF của anten mảng có an toàn cho người dùng không?
   Kết quả đo đạc cho thấy mức độ phát xạ EMF của anten mảng hình nhẫn nằm trong giới hạn an toàn theo tiêu chuẩn quốc tế, phù hợp để sử dụng trong các thiết bị đeo theo dõi sức khỏe và IoT.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và đánh giá chi tiết các dạng anten mảng, đặc biệt là anten mảng hình nhẫn ứng dụng trong hệ thống IoT tần số 28GHz.
• Thiết kế anten mảng hình nhẫn cho thấy hiệu suất truyền dẫn cao, vùng phủ sóng rộng và khả năng hoạt động ổn định trong điều kiện thực tế có sự hiện diện của người dùng.
• Kỹ thuật lái búp số (DBF) được đề xuất như một giải pháp tối ưu để điều chỉnh hướng búp sóng linh hoạt, nâng cao hiệu quả truyền thông.
• Nghiên cứu cũng làm rõ mức độ phát xạ EMF an toàn, đảm bảo phù hợp với các thiết bị đeo thông minh trong y tế và IoT.
• Các bước tiếp theo bao gồm tối ưu hóa thiết kế, mở rộng khảo sát thực tế và phát triển tiêu chuẩn an toàn, nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi anten mảng trong hệ thống IoT hiện đại.

Hãy bắt đầu áp dụng các giải pháp anten mảng tiên tiến để nâng cao hiệu quả kết nối IoT trong các dự án và sản phẩm của bạn ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1, luận văn trình bày khái niệm về IoT, về lịch sử ra đời, các thuật ngữ khác nhau được dùng ở trong IoT, những đặc điểm của mạng IoT, và về những ứng dụng của mạng IoT ở trong các lĩnh vực quan trọng của cuộc sống như là y tế, xây dựng, và các ứng dụng của IoT trong việc quản lý các tài nguyên mạng nói chung 1.1 Khái niệm Internet of Thing, hay còn được viết tắt là IoT, được dịch ra tiếng Việt là Mạng luới vạn vật kết nối Internet là một khái niệm mới xuất hiện trong những năm gần đây. Đây là là một mạng liên kết, trong đó các thiết bị sẽ được lắp đặt các bộ phận cảm biến, thu phát để có thể truyền dữ liệu đến cho các thiết bị khác, từ đó tất cả các thiết bị sẽ có được sự hoạt động thống nhất với nhau. Các thiết bị, các toà nhà, và các thiết bị đeo được, sẽ được lắp đặt thêm các bộ phận điện tử khác, ví dụ như cảm biến, cơ cấu vận hành, phần mềm xử lý, cùng với khả năng kết nối với mạng internet, giúp các thiết bị này có thể thu thập dữ liệu và truyền tải cho các thiết bị khác cùng xử lý. Mạng lưới vạn vật kết nối Internet 2 Luan van Vào năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI), tạm dịch là tổ chức sáng kiến toàn cầu về mạng kết nối vạn vật, đã định nghĩa IoT là hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin, hỗ trợ các dịch vụ điện toán đám mây chuyên sâu, thông qua các vật thể thực hoặc là vật thể ảo.

Chúng được kết nối với nhau nhờ vào công nghệ thông tin và kết nối, truyền thông tin cho nhau thông qua các bộ phận tích hợp, và với tiêu chí như vậy, thì một vật được xem là trong mạng kết nối vạn vật, nếu vật đó có thể được định dạng và có thể được điều khiển từ xa thông qua hệ thống mạng hiện có, tạo điều kiện giúp cho thế giới thực tế được kết nối với nhau một cách trực tiếp hơn thông qua hệ thống điện toán đám mây. Điều này dẫn đến kết quả là hiệu năng, độ chắc chắn, và lợi ích về kinh tế mà những vật thể mang lại sẽ tăng lên, đồng thời sẽ giảm thiểu được sự can dự của con người. Khi hệ thống mạng vạn vật kết nối được trang bị thêm hệ thống cảm biến và thêm các cơ chế vận hành, hệ thống này trở thành một hình thức của hệ thống kết hợp giữa ảo và thực, với tính tổng quan cao hơn do kết nối được nhiều vật thể hơn. Công nghệ mạng lưới này bao trùm những công nghệ như điện toán đám mây thông mình, nhà máy ảo, smart home, giao thông thông minh, thành phố thông minh, bãi đỗ xe thông minh,.

Mỗi một vật thể được nhận dạng một cách riêng biệt trong hệ thống điện toán đám mây nhúng, và có khả năng kết nối và phối hợp với nhau trong cùng một hệ thống Internet hiện có. Các chuyên gia hàng đầu trong ngành nhận định là mạng lưới vạn vật kết nối sẽ bao phủ khoảng 30 tỉ vật trước năm 2020. Nói một cách chi tiết hơn, hệ thống mạng vạn vật kết nối cung cấp cho các thiết bị một phương thức kết nối chuyên sâu về mặt hệ thống và dịch vụ. Kết nối 3 Luan van này được nhận định là có nhiều hơn rất nhiều những ưu điểm so với kiểu truyền tải từ máy sang máy trước đây.

Đồng thời, đa số các dạng tên miền, ứng dụng và các dạng giao thức ở trên mạng internet sẽ đều được mạng lưới vạn vật kết nối này hỗ trợ. Sự kết nối giữa muôn vàn các thiết bị với nhau này hứa hẹn sẽ mở ra được một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của sự tự động hoá trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống, từ việc ứng dụng trong việc chế tạo các mạng lưới thông minh, đến việc chế tạo các hệ thống thông minh như là thành phố thông minh, bãi đỗ xe thông minh, nhà hàng thông minh,. Mạng vạn vật kết nối là một viễn cảnh của thế giới, trong đó mỗi đồ vật, mỗi một con người sẽ mang cho mình một định dạng, danh tính riêng, và tất cả sẽ được kết nối với nhau trong cùng một mạng lưới. Mỗi một định danh, một sự vật sẽ có khả năng truyền tải và trao đổi thông tin, dữ liệu với nhau thông qua một mạng dữ liệu duy nhất mà không cần đến sự can thiệp của con người để có thể thực hiện việc đó.

Mạng vạn vật kết nối đã được hội tụ và phát triển lên nhờ sự phát triển của công nghệ không dây, các loại công nghệ vi mô, cũng như là sự mở rộng của internet. Nói một cách đơn giản thì mạng vạn vật kết nối đó chính là một tập hợp các vật có khả năng kết nối và truyền dữ liệu với nhau, ngoài ra những vật trên có khả năng tương tác với thế giới bên ngoài để có thể thực hiện một nhiệm vụ nào đó. Một vật nằm trong hệ thống vạn vật kết nối có thể là trái tim nhân tạo đang hoạt động trong một bệnh nhân, cũng có thể là một con chó ở trong một trang trại được đeo một bộ chip nhỏ xíu ở dưới da, hoặc cũng có thể là một chiếc xe ô tô được tích hợp bộ định vị và có thể cảnh báo tài xế khi cảm biến phát hiện bánh xe bị xì lốp, 4 Luan van hoặc là bất kỳ một vật thể nhân tạo hoặc trong thiên nhiên nào mà được gắn một định danh và có khả năng truyền tải thông tin thông qua mạng lưới vạn vật kết nối. Cho đến thời điểm hiện nay, mạng vạn vật kết nối đang dừng lại ở mức kêt nối giữa máy với máy, thường được áp dụng trong các ngành sản xuất, công nghiệp sản xuất năng lượng, lọc dầu,.

Với khả năng tích hợp các bộ cảm biến, vi điều khiển trong các hệ thống máy với máy, được xem là những hệ thống thông minh, và đang ngày càng được nghiên cứu để mở rộng ra nhiều hơn những hệ thống thông minh khác. Với sự hỗ trợ của các công nghệ hiện nay, các thiết bị đã được gắn các bộ cảm biến để thu nhận thông tin từ thế giới bên ngoài, rồi sau đó sẽ tự động truyền gửi thông tin đó đến các thiết bị khác. Các ví dụ hiện đang có trên thị trường đó chính là nhà thông minh được trang bị các tính năng như tự động đóng rèm, tự động bật lò sưởi nếu nhiệt độ xuống thấp, hệ thống đo đạc và thông gió, hệ thống điều chỉnh không khí, các thiết bị sấy, giặt quần áo được kết nối, máy lọc không khí, các loại tủ lạnh có sử dụng wifi để người sử dụng có thể điều khiển từ nơi khác khi cần thiết. Sau này, khi được triển khai đến mức tự động hoá, thì mạng vạn vật kết nối sẽ được áp dụng đại trà ở trong nhiều lĩnh vực của đời sống.

Khi đó, mạng vạn vật kết nối sẽ hứa hẹn là sẽ tạo ra được một lượng khổng lồ các loại dữ liệu từ đa dạng các nguồn, dẫn đến là sự đòi hỏi một tốc độ truyền dữ liệu nhanh, một bộ lưu trữ khổng lồ, một hệ thống các cách đánh chỉ mục, xử lý các dạng dữ liệu này một cách thông minh hơn. Mạng vạn vật kết nối đang là một trong những cốt lõi quan trọng nhất của việc phát triển thành phố thông minh và các hệ thống quản lý năng lượng thông minh. 5 Luan van Khái niệm Mạng vạn vật kết nối lần đầu tiên được ra mắt thế giới nhờ Kevin Ashton, người lúc đó đang làm việc tại Proter và Gamble, sau đó được đổi tên thành công ty MIT’s Auto-ID. Ông giới thiệu khái niệm này với thế giới vào năm 1999.2 Thuật ngữ Thuật ngữ mạng vạn vật kết nối ( Internet of Things, IoT), là một khái niệm để chỉ một mạng lưới gồm rất nhiều những thiết bị có khả năng nhận biết, cũng như là trao đổi thông tin đến các sự vật khác trong mạng lưới.

Cụm từ này được đưa ra bởi ngài Kevin Ashton vào năm 1999. Ông là người đã sáng lập ra trung tâm Auto-ID. Đây là một địa điểm nổi tiếng thế giới, nơi đã nghiên cứu và đưa ra những quy chuẩn toàn cầu dành cho RFID, một phương thức giao tiếp không dây được áp dụng với sóng radio, cũng như một số cảm biến khác. Sau khi được ông đưa ra thế giới vào năm 1999, thì khái niệm mạng vạn vật kết nối đã dần dần được dùng nhiều hơn bởi các nhà phân tích và các hãng sản xuất điện tử.

Vạn vật ở đây có thể được hiểu theo nhiều nghĩa. Đó có thể là một máy theo dõi nhịp tim và gửi dữ liệu cho các thiết bị khác. Đó có thể là một con gia súc được gắn chip sinh học để theo dõi sức khoẻ và gửi dữ liệu về mạng thông tin của trang trại đó. Hoặc đó cũng có thể là một chiếc xe hơi với cảm biến về lượng hơi còn lại ở trong lốp xe, và báo lại cho người sử dụng biết.

Hoặc đó cũng có thể là một thiết bị phân tích gen để quan sát môi trường, thức ăn, mầm bệnh của môi trường xung quanh. Hoặc cũng có thể là một thiết bị chuyên dụng để hỗ trợ đội chữa cháy trong hoạt động phát hiện ra người gặp nạn và giải cứu. 6 Luan van Các chuyên gia trong ngành gợi ý là có thể coi Vạn Vật ở đây nên là một tổng thể được kết hợp hài hoà giữa phần cứng, phần mềm, các loại dữ liệu, cũng như là kết nối dịch vụ mạng.3 Lịch sử Vào năm 1999 thì nhà khoa học Kevin Ashton đã đưa ra cho thế giới một thuật ngữ mới đó chính là Internet of Things, hay gọi cách khác là mạng vạn vật kết nối Internet, nhằm để chỉ các vật thể có thể được gắn thêm các thiết bị để thế giới có thể nhận biết đến sự tồn tại của chúng. Vào năm 2016, thì khái niệm Mạng vạn vật kết nối Internet đã khẳng định được vị trí của mình trong bước phát triển tất yếu của nhân loại, nhờ việc hội tụ được nhiều công nghệ thiết yếu, cần thiết cho việc vận hành mạng lưới này.

Những công nghệ này bao gồm công nghệ truyền tải vô tuyến hiện đang có mặt một cách phổ biến trên khắp thế giới, khả năng phân tích dữ liệu vào cùng một thời điểm tốt đến từ các siêu máy tính, các loại cảm biến đã được thu nhỏ gọn đến mức tối thiếu, và các hệ thống nhúng đã được phát triển đến một mức nhất định.