CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG IOT 1. Tổng quan về thiết kế hệ thống IoT 1. Giới thiệu về hệ thống IoT Internet of Things (IoT) - Mạng lưới vạn vật kết nối Internet là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà có thể không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.
IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. IoT có thể được định nghĩa là việc sử dụng internet để thu hẹp khoảng cách giữa các dịch vụ và sự vật khác nhau, bao gồm cả con người (Singh và cộng sự, 2014). IoT là một thế giới của những thứ được kết nối với nhau, có khả năng cảm nhận, kích hoạt và giao tiếp giữa chúng và với môi trường (đồ vật thông minh hoặc đối tượng thông minh) đồng thời cung cấp khả năng chia sẻ thông tin và hành động theo từng phần một cách tự động trước các sự kiện trong thế giới thực/vật lý và bằng cách kích hoạt các quy trình và tạo ra các dịch vụ có hoặc không có sự can thiệp trực tiếp của con người [7].
Internet of things (IoT) Internet of things (IoT) dùng để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết cũng như chỉ sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc tổng hòa mang tính kết nối: Mạng lưới vạn vật kết nối Internet, hay gọi đơn giản hơn là Things. Như vậy, tính năng quan trọng nhất của IoT là nó có thể biến một đối tượng thành một đối tượng thông minh bằng cách cung cấp các khả năng cảm biến, kích hoạt, tính toán và giao tiếp cho đối tượng. IoT = Sensor + Network + Data + Services 14 IoT có thể được coi là phần mở rộng của các dịch vụ internet hiện đại để bao bọc từng đối tượng hiện có. Những đối tượng này có thể là những vật sống hoặc không sống có thể thu hút một dịch vụ hoặc cung cấp một dịch vụ.
Khả năng kết nối toàn cầu này có thể thực hiện được bằng cách nhúng các cảm biến, bộ truyền động, bộ vi điều khiển, v. vào trong các đồ vật, giúp Internet trở nên bền bỉ hơn. Việc thu nhỏ và những tiến bộ trong lĩnh vực điện tử và máy tính đã làm cho việc hiện thực hóa IoT có thể nhìn thấy được trong nhiều lĩnh vực trong vài năm qua. Một số ứng dụng chính của IoT được mô tả trong Hình 1.
Domains supported by IoT. (Alhafidh and Allen 2016) Cụm từ Internet of things được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999, tiếp sau đó nó cũng được dùng nhiều trong các ấn phẩm đến từ các hãng và nhà phân tích. Họ cho rằng IoT là một hệ thống phức tạp, bởi nó là một lượng lớn các đường liên kết giữa máy móc, thiết bị và dịch vụ với nhau. Ban đầu, IoT không mang ý nghĩa tự động và thông minh.
Về sau, người ta đã nghĩ đến khả năng kết hợp giữa hai khái niệm IoT - Autonomous control lại với nhau. Nó có thể quan sát sự thay đổi và phản hồi với môi trường xung quanh, cũng có thể tự điều khiển bản thân mà không cần kết nối mạng. Việc tích hợp trí thông minh vào IoT còn có thể giúp các thiết bị, máy móc, phần mềm thu thập và phân tích các dữ liệu điện tử của con người khi chúng ta tương tác với chúng. Xu hướng tất yếu trong tương lai, con người có thể giao tiếp với máy móc chỉ qua mạng internet không dây mà không cần thêm bất cứ hình thức trung gian nào khác.
Câu hỏi đặt ra là, điều gì giúp IoT “thông minh” và “hiểu” con người? Ban đầu, người ta cho rằng Internet của vạn vật chủ yếu xoay quanh giao tiếp M2M (các thiết bị kết nối với nhau 15 thông qua một thiết bị khác điều khiển). Nhưng khi hướng đến sự “thông minh hóa”, đó không chỉ là giao tiếp giữa M2M nữa mà cần phải đề cập đến các cảm biến (sensor). Và cũng đừng lầm tưởng rằng Sensor là một cỗ máy hoạt động dưới sự vận hành của các thiết bị khác mà thực chất, nó tương tự như đôi mắt và đôi tai của loài người với sự ghi nhận liên tục những đo lường, định lượng, thu thập dữ liệu từ thế giới bên ngoài. Suy cho cùng, Internet of things đem đến sự kết nối giữa máy móc và cảm biến, và nhờ đến dữ liệu điện toán đám mây để mã hóa dữ liệu.
Những ứng dụng điện toán đám mây là mắt xích quan trọng giúp cho Internet of things có thể hoạt động nhờ sự phân tích, xử lí và sử dụng dữ liệu mà các cảm biến thu thập được. Tình hình trên thế giới hiện nay, tác động của IoT rất đa dạng và tích cực ở nhiều lĩnh vực: quản lý hạ tầng, y tế, xây dựng và tự động hóa, giao thông…. John Chambers (CEO của Cisco) đã công bố: Cho đến năm 2024 sẽ có 500 tỷ thiết bị được kết nối. Thực tế, con số này lớn hơn gần 100 lần số người trên Trái đất, điều đó cho thấy “vạn vật” nhiều hơn con người rất nhiều.
Chúng ta đều biết ứng dụng IoT có thể “nói chuyện” với con người thông qua bàn phím, thiết bị cũng được thiết kế ngày càng hoàn thiện với nhiều cảm biến hơn để có thể giao tiếp một cách nhanh nhất và chính xác nhất với con người, thu thập dữ liệu đơn giản từ mỗi người chúng ta. Nhưng quan trọng nhất, tuy giao tiếp với con người nhưng ứng dụng IoT không phải là con người. Người ta cho rằng, IoT là chìa khóa của sự thành công, là bước ngoặt và cơ hội lớn của tương lai. Để không bị tụt lại phía sau, các chính phủ và doanh nghiệp cần có sự đổi mới và đầu tư mạnh tay hơn để phát triển các sản phẩm ứng dụng công nghệ Internet of things.
Các hệ thống IoT cho phép người dùng đạt được khả năng tự động hóa, phân tích và tích hợp sâu hơn trong một hệ thống. Họ cải thiện phạm vi tiếp cận của các khu vực này và độ chính xác của chúng. IoT sử dụng công nghệ hiện có và mới nổi để cảm biến, kết nối mạng và người máy. IoT khai thác những tiến bộ gần đây trong phần mềm, giá phần cứng giảm và thái độ hiện đại đối với công nghệ.
Các yếu tố mới và tiên tiến của nó mang lại những thay đổi lớn trong việc cung cấp sản phẩm, hàng hóa và dịch vụ; và tác động xã hội, kinh tế và chính trị của những thay đổi đó. ❖ IoT−Các tính năng chính (IoT−Key Features) Các tính năng quan trọng nhất của IoT bao gồm trí tuệ nhân tạo, kết nối, cảm biến, tương tác tích cực và sử dụng thiết bị nhỏ. Một đánh giá ngắn gọn về các tính năng này được đưa ra dưới đây: • AI – IoT về cơ bản làm cho hầu hết mọi thứ trở nên “thông minh”, nghĩa là nó nâng cao mọi khía cạnh của cuộc sống với sức mạnh thu thập dữ liệu, thuật toán trí tuệ nhân tạo và mạng. Điều này có thể có nghĩa là điều gì đó đơn giản như nâng cấp tủ lạnh và tủ của bạn để phát hiện khi nào sữa và loại ngũ cốc yêu thích của bạn sắp hết, sau đó đặt hàng với cửa hàng tạp hóa ưa thích của bạn.
• Khả năng kết nối – Các công nghệ hỗ trợ mới cho kết nối mạng và cụ thể là kết nối mạng IoT, có nghĩa là các mạng không còn bị ràng buộc độc quyền với các nhà cung cấp lớn. Mạng có thể tồn tại ở quy mô nhỏ hơn và rẻ hơn nhiều trong khi vẫn thực tế. IoT tạo ra các mạng nhỏ này giữa các thiết bị hệ thống của nó. • Cảm biến – IoT mất đi sự khác biệt nếu không có cảm biến.
Chúng đóng vai trò là công cụ xác định biến IoT từ một mạng thiết bị thụ động tiêu chuẩn thành một hệ thống tích cực có khả năng tích hợp trong thế giới thực. 16 • Tương tác tích cực – Phần lớn tương tác ngày nay với công nghệ được kết nối diễn ra thông qua tương tác thụ động. IoT giới thiệu một mô hình mới cho hoạt động tương tác với nội dung, sản phẩm hoặc dịch vụ. • Thiết bị nhỏ – Theo dự đoán, thiết bị đã trở nên nhỏ hơn, rẻ hơn và mạnh hơn theo thời gian.
IoT khai thác các thiết bị nhỏ được xây dựng có mục đích để mang lại độ chính xác, khả năng mở rộng và tính linh hoạt. ❖ IoT−Ưu điểm (IoT−Advantages) Những lợi thế của IoT trải dài trên mọi lĩnh vực của lối sống và kinh doanh. Dưới đây là danh sách một số lợi thế mà IoT mang lại: • Cải thiện mức độ tương tác của khách hàng – Các phân tích hiện tại có điểm mù và sai sót đáng kể về độ chính xác; và như đã lưu ý, sự tham gia vẫn còn thụ động. IoT biến đổi hoàn toàn điều này để đạt được mức độ tương tác phong phú và hiệu quả hơn với khán giả.
• Tối ưu hóa công nghệ – Các công nghệ và dữ liệu giúp cải thiện trải nghiệm của khách hàng cũng giúp cải thiện việc sử dụng thiết bị và hỗ trợ những cải tiến mạnh mẽ hơn cho công nghệ. IoT mở ra một thế giới dữ liệu trường và chức năng quan trọng. • Giảm lãng phí – IoT làm cho các lĩnh vực cải tiến trở nên rõ ràng. Các phân tích hiện tại cung cấp cho chúng tôi cái nhìn sâu sắc, nhưng IoT cung cấp thông tin trong thế giới thực dẫn đến việc quản lý tài nguyên hiệu quả hơn.
• Thu thập dữ liệu nâng cao – Thu thập dữ liệu hiện đại có những hạn chế và thiết kế của nó để sử dụng thụ động. IoT phá vỡ nó ra khỏi những không gian đó và đặt nó chính xác ở nơi con người thực sự muốn đến để phân tích thế giới của chúng ta. Nó cho phép một bức tranh chính xác về mọi thứ. ❖ IoT−Nhược điểm Mặc dù IoT mang lại một loạt lợi ích ấn tượng, nhưng nó cũng đặt ra một loạt thách thức đáng kể.
Dưới đây là danh sách một số vấn đề chính của nó: • Bảo mật – IoT tạo ra một hệ sinh thái gồm các thiết bị được kết nối liên tục giao tiếp qua mạng.