Nghiên ứu kiến trúc và các dịch vụ nền tảng mạng xã hội ứng dụng cho internet of things

Trong đó, SIoT là một mạng xã hội dành cho các thiết bị nhằm cung cấp môi trường để người sử dụng có thể quản lý thiết bị từ xa, tìm các dịch vụ cho các thiết bị mà họ có, đồng thời cung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-NGUYỄN CHUNG LỰC

NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC VÀ CÁC DỊCH VỤ NỀN TẢNG MẠNG

XÃ HỘI ỨNG DỤNG CHO INTERNET OF THINGS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2017

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113814941000000

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-Nguyễn Chung Lực

NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC VÀ CÁC DỊCH VỤ NỀN TẢNG MẠNG

XÃ HỘI ỨNG DỤNG CHO INTERNET OF THINGS

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Ts Ngô Vũ Đức

Hà nội – 2017

Học viên thực hiện Luận văn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Chung Lực

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy, cô trong Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Thầy, cô đã dìu dắt, truyền lại cho chúng em không chỉ những kiến thức chuyên ngành

mà còn dạy bảo chúng em đạo làm người, rèn luyện cho chúng em nghị lực, khát vọng vươn lên, phát huy khả năng tư duy sáng tạo trong mọi lĩnh vực

Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn gia đình, bạn bè, những người thân yêu nhất của tôi Mọi người luôn ở bên cạnh tôi, động viên, khuyến khích tôi vươn lên trong cuộc sống

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1 IOT Internet of Things

2 SIOT Social Internet of Things

3 UI User Interface

4 SoC System on Chip

5 UUID Universally Unique IDentifier

6 SMTP Simple Mail Transfer Protocol

7 M2M Machine to Manchine

8 MQTT Message Queuing Telemetry Transport

9 XACML eXtensible Access Control Markup Language

10 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

11 UCC User Creat Content

12 CoAP Constrained Application Protocol

13 RSS Really Simple Syndication

14 WSNs Wireless Sensor Networks

15 UPC Universal Product Code

16 EPC Electronic Product Code

22 SNS Social Network Service

23 PEP Policy Enforcement Point

24 PDP Policy Decision Point

25 HTTP Hyper Text Transfer Protocol

DANH MỤC HÌNH VẼ

Chương 1

Hình 1.1: Kết nối mọi vật 14

Hình 1.2: Mô hình kết nối hệ thống IoT 19

Hình 1.3: Kiến trúc tham chiếu cho IoT 22

Hình 1.4: Kiến trúc phân lớp ứng dụng 32

Chương 2 Hình 2.1: Kiến trúc mạng xã hội IoT 37

Hình 2.2: Kiến trúc của SIoT trong tương lai 40

Hình 2.3: Thành phần cơ bản của nền tảng mạng xã hội 43

Hình 2.4: Kiến trúc của SIoT: client bên trái và server bên phải 46

Chương 3 Hình 3.1: Mô hình tổng thể hệ thống SIoT 50

Hình 3.2: Mô hình kết nối giữa các máy chủ / cloud 51

Hình 3.3: Quản lý thiết bị trong SIoT 51

Hình 3.4: Sơ đồ use case cho người dùng 54

Hình 3.5: Sơ đồ use case của Deverloper 57

Hình 3.6: Quy trình khai báo và đăng ký một thiết bị 59

Hình 3.7: Sơ đồ các bước đăng ký tạo ứng dụng mới 60

Hình 3 8: Sơ đồ use case truy xuất dữ liệu, quản lý thiết bị 60

Hình 3 9: Hình ảnh thực tế Arduino 66

Hình 3 10: Sơ đồ kết nối Themistor 10k với Arduino 67

Hình 3 11: Sơ đồ kêt nối ESP8266 với Arduino 68

Hình 3 12: Giao diện hướng dẫn sử dụng API 70

Hình 3 13: Trang chủ của Heli 71

Hình 3.14: Danh sách bạn bè 71

Hình 3.15: Giao diện thông tin trên trang cá nhân 72

Hình 3.16: Giao diện quản lý ứng dụng 72

Hình 3.17: Quản lý danh sách node của ứng dụng 73

Hình 3.18: Thông tin của node 74

Hình 3.19: Quản lý dữ liệu của Node 74

Hình 3 20: Giao diện thêm mới ứng dụng 75

Chương 2: Nghiên cứu ki n trúc và d ch v n n t ng m ng xã h i 36 ế ị ụ ề ả ạ ộ

2.1 Giới thiệu h ệthống m ng xã hạ ội vạn v t 36 ậ2.2 T m ng c m biừ ạ ả ến không dây đến m ng xã h i v n v t 38 ạ ộ ạ ậ2.3 Kiến trúc n n t ng m ng xã hề ả ạ ội củ ạa v n v t (SIoT) 39 ậ2.3.1 Thành phầ ủn c a SNS 42 2.3.2 Thành phầ ủn c a SIoT 43 2.3.3 Kiến trúc của hệ thống m ng xã hạ ội vạn v t 45 ậ

Chương 3: Thiết k , xây d ng, th nghi m SIoT 48 ế ự ử ệ

3.1 Đặt vấn đề bài toán 48

3.2 Phân tích thiết kế ệ thố h ng 49

3.2.1 Một số đặc điểm c a Heli 52 ủ 3.2.2 Sơ đồ ị k ch b n s dả ử ụng cho người dùng 54

3.2.3 Sơ đồ ị k ch b n s d ng cho Deverloper 56 ả ử ụ 3.2.4 Truy xuất dữ liệu, điều khi n thi t b 58 ể ế ị 3.3 Xây d ng các Application 62 ự 3.3.1 Xây d ng ng d ng trên h ự ứ ụ ệthống SIOT 62

3.3.2 Quản lý ng d ng 62 ứ ụ 3.3.3 Xây d ng h ự ệthống riêng biết sử ụ d ng API c a SIOT 64 ủ 3.3.4 Chia s d u v i các Developer khác 64 ẻ ữliệ ớ 3.4 S d ng Application cử ụ ủa Developer 65

3.5 Xây d ng phát tri n ng d ng 65 ự ể ứ ụ 3.5.1 Yêu cầu thiết kế ph n c ng 65 ầ ứ 3.5.2 Thiết kế ph n m m h ầ ề ệ thống 68

3.6 Kết quả đề tài 71

3.6.1 Trang chủ ủa hệ thố c ng: 71

3.6.2 Tiện ích thông qua giao di n h ệ ệthống 71

KẾ T LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRI N 77Ể

TÀI LIỆU THAM KH O 79Ả

L ỜI NÓI ĐẦ U

Trên thế giới, trong ba thập kỷ qua đã diễn ra sự bùng nổ về công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin Sự liên kết giữa viễn thông và công nghệ thông tin ngày càng chặt chẽ Hệ thống viễn thông trở thành những xa lộ để phục vụ các ứng dụng công nghệ thông tin chạy trên nó Trong những năm gần đây, chúng ta thường xuyên được nhắc tới một phương thức truyền tải và trao đổi thông tin phổ biến và được nhiều người ưu thích là mạng xã hội Mặc dù đây là loại hình dịch phụ ra đời sau, tuy nhiên

do mức độ tương tác, truyền tải thông tin và tính kết nối cao hơn hẳn các loại hình khác nên chỉ sau một thời gian ngắn ra đời, mạng xã hội đã có những bước phát triển vượt bậc Một trong những lợi ích lớn do dịch vụ mạng xã hội mang lại là nguồn thông tin khổng lồ được lưu trữ, chia sẻ Các nội dụng trên mạng xã hội hoàn toàn do người dùng tự tạo ra, còn nhà cung cấp dịch vụ chỉ xây dựng một nền tảng phục vụ nhu cầu tạo lập và chia sẻ nội dung cho người dùng Do đó thông tin trên mạng xã hội tăng theo

số lượng người dùng

Với mạng xã hội, con người có thể chia sẻ những cảm nhận, tri thức mà mình

đã thu thập được cho mọi người và từ đó cũng thu thập lại các kiến thức từ mạng xã hội do những thành viên khác chia sẻ lại Ngày nay công nghệ ngày càng phát triển, mọi đồ vật đều có thể kết nối đến internet (Internet of Things) do đó các thiết bị điện tử cũng đều có những thông tin riêng Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, các thiết bị điện tử ngày nay không chỉ cung cấp các tiện ích một cách đơn thuần cho con người mà đã ngày càng “thông minh” hơn, chúng có thể cảm nhận môi trường xung quanh, có khả năng xử lý các thông tin thu thập được để phản ứng lại với hững thay nđổi của môi trường Mỗi thiết bị chỉ có thể thu thập được một số thông tin nhất định phù hợp với chức năng của nó, nhưng nếu kết hợp thông tin của nhiều thiết bị con người có thể có được thông tin đầy đủ hơn, chính xác hơn, sâu rộng hơn, để từ đó có

1.1 Xuấ ứ ủa đề t x c tài

Trên cơ sở số liệu thống kê của trang web: wearesocial.sg tháng 01 năm 2014, tỉ

lệ truy cập Internet qua các thiết bị di đông tại Việt Nam là khoảng 36% tổng số dân, trong đó tỷ lệ các thuê bao di động sử dụng dịch vụ internet di động 3G là 16% [9] Với tốc độ phát triển hạ tầng viễn thông được xếp hạng hàng đầu châu Á và thế giới, tỷ

lệ người Việt dùng Intetnet di động vẫn đang và sẽ tiếp tục tăng nhanh

Cũng theo số liệu của wearesocial [8], có 58% người dùng Internet Việt Nam sử dụng thường xuyên các ứng dụng mạng xã hội trên điện thoại di động, điển hình là mạng xã hội acebook Các số liệu trên là tiền đề cơ sở cho các nhà phát triển công nghệ F thông tin và truyền thông có thể chuyển xu hướng phát triển các sản phẩm phần mềm, phần cứng đơn lẻ, độc lập chuyển sang các mô hình dựa trên mạng xã hội

Mạng xã hội được xem là dịch vụ nối kết các thành viên trên mạng [5] Trong suốt lịch

sử phát triển của mạng xã hội từ khi ra đời năm 1995 đến nay, đối tượng quản lý chính của các mạng xã hội là các tài khoản trên mạng (user account) Phải đến gần đây, với

sự phát triển như vũ bão của các ứng dụng Intetnet kết nối các thiết bị đồ vậ/ t (Internet

of things - IoT), mạng xã hội kết nối các thiết bị (Social Internet of things SIoT) mới -

ra đời ][1 Trong đó, SIoT là một mạng xã hội dành cho các thiết bị nhằm cung cấp môi trường để người sử dụng có thể quản lý thiết bị từ xa, tìm các dịch vụ cho các thiết bị

mà họ có, đồng thời cung cấp API để nhà phát triển có thể khai thác và cung cấp các tiện ích dựa trên các thông tin được các thiết bị chia sẻ ] [1

Mặc dù đã bắt đầu xuất hiện một vài sản phẩm SIoT trên thế giới như https://thethings.io/ [10] và http://www.iotglobalnetwork.com/[11], đặc biệt Facebook cũng đã bắt đầu quan tâm đến triển khai tích hợp SIoT [9], tuy nhiên chưa có những mạng SIoT nào được cộng đồng người sử dụng quan tâm và sử dụng rộng rãi

Xuất phát từ thực tế thông qua các khảo sát trên, chúng tôi đã nảy sinh ý tưởng xây dựng một mạng xã hội cho vạn vật Khi tham gia vào mạng, nhà phát triển được khai thác, sử dụng API, tài nguyên của hệ thống, được quảng bá ứng dụng trên các thiết bị đến người dùng Bên cạnh đó, các thông tin của nhiều thiết bị của người dùng

có thể được kết hợp với nhau để nhà phát triển khai thác tạo nên những ứng dụng, thiết

bị tự động hóa, hiện đại Người dùng có thể quản lý được các thiết bị của mình từ xa,

có thể tìm kiếm thêm dịch vụ cho các thiết bị mà mình đang có Thiết bị trở nên hữu ích hơn với người sử dụng do các thông tin mà nó thu thập được khai thác triệt để, đem lại nhiều lợi ích về kinh tế, xã hội

1.2 S phát tri n c a SIoT trên th ự ể ủ ế giớ i và t i Vi t Nam ạ ệ

1.2.1 Trên th ế giới

Trên thế giới, các hệ thống cung cấp SIoT đang trong giai đoạn hình thành và phát triển, tuy nhiên cộng đồng người sử dụng SIoT còn chưa nhiều, chưa thể tạo một mạng xã hội rộng lớn như Facebook, do các hệ thống SIoT được xây dựng với khuynh hướng dành cho nhà phát triển thiết bị và ứng dụng, mang tính kỹ thuật cao, còn xa lạ với người sử dụng phổ thông Ví dụ như một vài hệ thống SIoT:

https://thethings.io/ được xây dựng từ năm 2014, là một trang SIoT được đầu tưxây dựng kỹ lưỡng, tuy nhiên số lượng thành viên hiện chưa nhiều, do phải tính phí trên mỗi thiết bị mà một người quản lý nên sẽ khó mở rộng thành một mạng xã hội, bên cạnh đó trang không cung cấp nhiều chức năng để cho phép con người có thể tìm kiếm tiện ích, tìm kiếm thông tin của các thiết bị cùng loại, chia sẻ thông tin giữa các người dùng mà chủ yếu tập trung vào việc cho phép nhà phát triển xây dựng các tiện ích với thông tin từ các thiết bị và các API được cung cấp

http://www.iotglobalnetwork.com/, được phát triển từ năm 2015, mục tiêu khác với thethings, iotglobalnetwork lại tập trung vào khía cạnh thương mại của SIoT, trong

đó người dùng có thể tìm kiếm các dịch vụ và thương mại hóa các sản phẩm của mình

1.2.2 T ại Việt Nam

Các hệ thống SIoT hiện tại chưa được phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam, SIoT đang được nghiên cứu và mới chỉ khai thác một phần nhỏ trong đó như mạng cảm biến, ngôi nhà thông minh… mà chưa thực sự khai thác được tính xã hội của IoT Đây cũng

là một thực tế khách quan khi chưa có nhiều hệ thống SIoT thành công trên thế giới, bên cạnh đó SIoT khai thác và cung cấp tiện ích cho các thiết bị thông minh, tạo ra những hệ thống tự động hóa và chia sẻ thông tin hiện đại, trong khi đó việc sử dụng các

hệ thống như vậy ở nước ta còn nhiều hạn chế

1.3 T ng quan v Internet of Things ổ ề

1.3.1 Khái niệm Internet of Things

Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt làIoT(Internet of Things) 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 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 hợpcácthiết bị có khả năng kết nối với nhau, vớiInternetvà với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó

IoT là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết (identifiable)cũng như chỉ sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối Cụm từ này

được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999 Ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một số loại cảm biến khác IoT sau đó cũng được dùng nhiều trong các ấn phẩm đến từ các hãng và nhà phân tích

Vào tháng 6 năm 2009, Ashton từng cho biết rằng hiện nay máy tính Internet - gần như phụ thuộc hoàn toàn vào con người để chuyển tải dữ liệu Gần như tất cả trong

số 50 petabyte dữ liệu đang có trên Internet (vào thời điểm đó) đều được ghi lại hoặc tạo ra bởi con người chúng ta, thông qua các các thức như gõ chữ, nhấn nút, chụp ảnh, quét mã vạch Con người chính là nhân tố quyết định trong thế giới Internet hiện nay Thế nhưng con người lại có nhiều nhược điểm: chúng ta chỉ có thời gian hạn chế, khả năng tập trung và độ chính xác cũng ở mức thấp so với máy móc Điều đó có nghĩa là chúng ta không giỏi trong việc thu thập thông tin về thế giới xung quanh, và đây là một vấn đề lớn

Ví dụ đơn giản như sau: chiếc tủ lạnh thông thường của bạn không được kết nối với thiết bị nào khác Nếu chúng ta muốn ghi lại nhiệt độ ở từng thời điểm của tủ, chúng ta chỉ có cách ghi lại thủ công rồi nhập vào một máy tính hay thiết bị lưu trữ nào

đó Hay như bóng đèn neon ở nhà chẳng hạn, chúng ta muốn thu thập, điều chỉnh độ sáng của nó thì phải đo thủ công rồi ghi lại

Còn nếu như máy tính có khả năng giúp con người thu thập tất cả những dữ liệu

về mọi thứ xung quanh, chúng ta có thể theo dõi và đếm mọi thứ, giúp giảm hao phí, chi phí và lỗ Chúng ta sẽ biết chính xác khi nào các vật dụng cần phải sửa chữa, thay thế, khi nào chúng còn mới và khi nào thì chúng hết hạn sử dụng Chưa kể đến việc chúng ta có thể kiểm soát chúng mọi lúc mọi nơi IoT có tiềm năng thay đổi thế giới, giống như cách mà Internet đã thay đổi cuộc sống của chúng ta Ngôi nhà thông minh với các bóng đèn thông minh, máy giặt thông minh, tủ lạnh thông minh có thể xem là bước đầu của IoT bởi chúng đều được liên kết với nhau và/hoặc liên kết vào Internet

IoT có thể được coi là một tầm nhìn sâu rộng của công nghệ và cuộc sống Từ quan điểm của tiêu chuẩn kỹ thuật, IoT có thể được xem như là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, tạo điều kiện cho các dịch vụ tiên tiến thông qua sự liên kết các “Things” IoT dự kiến sẽ tích hợp rất nhiều công nghệ mới, chẳng hạn như các công nghệ thông tin machine- -to machine, mạng tự trị, khai thác dữ liệu và

ra quyết định, bảo vệ sự an ninh và sự riêng tư, điện toán đám mây Như hình dưới, một hệ thống thông tin trước đây đã mang đến 2 chiều – “Any TIME” và “Any PLACE” communication Giờ đây IoT đã tạo thêm một chiều mới trong hệ thống thông tin đó là “Any THING” Communication (Kết nối vạn vật)

Hình 1.1: Kết nối m i v t ọ ậTrong hệ thống IoT, “Things” là đối tượng của thế giới vật chất (Physical) hoặc các thông tin (Virtual) “Things” có khả năng nhận diện và có thể tích hợp vào mạng thông tin “Things” có liên quan đến thông tin, có thể là tĩnh hay động “Physical Things” tồn tại trong thế giới vật lý và có khả năng được cảm nhận, được kích thích và kết nối Ví dụ về “Physical Things” bao gồm các môi trường xung quanh, robot công nghiệp, hàng hóa, hay thiết bị điện “Virtual Things” tồn tại trong thế giới thông tin và

có khả năng được lưu trữ, xử lý, hay truy cập Ví dụ về “Virtual Things” bao gồm các nội dung đa phương tiện và các phần mềm ứng dụng Hay hiểu một cách đơn giản IoT

là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi

-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị

có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác Cisco, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu hiện nay dự báo: Đến năm 2020, sẽ có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, thậm chí con số này còn gia tăng nhiều hơn nữa IoT sẽ là mạng khổng lồ kết nối tất cả mọi thứ, bao gồm cả con người và sẽ tồn tại các mối quan hệ giữa người và người, người và thiết bị, thiết bị và thiết bị Một mạng lưới IoT có thể chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ đối tượng được kết nối

và mạng lưới này có thể theo dõi sự di chuyển của từng đối tượng Một con người sống trong thành thị có thể bị bao bọc xung quanh bởi 1000 đến 5000 đối tượng có khả năngtheo dõi

1.3.2 Đặc điểm cơ bản và yêu cầ u của h ệ thống IoT

1.3.2.1 Đặc tính cơ bản củ a IoT

- Tính kết nối liên thông (interconnectivity): với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể

- Những dịch vụ liên quan đến “Things”: hệ thống IoT có khả năng cung cấp các dịch

vụ liên quan đến “Things”, chẳng hạn như bảo vệ sự riêng tư và nhất quán giữa Physical Thing và Virtual Thing Để cung cấp được dịch vụ này, cả công nghệ phần cứng và công nghệ thông tin phần mềm) sẽ phải thay đổi (

- Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó có phần cứng khác nhau, và network khác nhau Các thiết bị giữa các network có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các network

- Thay đổi linh hoạt: Status của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ, ngủ và thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay đổi và tốc độ đã thay đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi

- Quy mô lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị được quản lý và giao tiếp với nhau Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện nay

Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được truyền bởi con người

1.3.2.2 Yêu c ầu ở ứ m c cao đ ố i với một hệ thống IoT

- Kết nối dựa trên sự nhận diện: Nghĩa là các “Things” phải có ID riêng biệt Hệ thống IOT cần hỗ trợ các kết nối giữa các “Things” và kết nối được thiết lập dựa trên định danh (ID) của Things

- Khả năng cộng tác: hệ thống IoT khả năng tương tác qua lại giữa các mạng và Things

- Khả năng tự quản của mạng: Bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự recovery, tự tối ưu hóa và tự có cơ chế bảo vệ Điều này cần thiết để mạng có thể thích ứng với các lĩnh vực ứng dụng khác nhau, môi trường truyền thông khác nhau, và nhiều loại thiết bị khác nhau

- Dịch vụ thoả thuận: dịch vụ này để có thể được cung cấp bằng cách thu thập, giao tiếp và xử lý tự động các dữ liệu giữa các “Things” dựa trên các quy tắc (rules) được thiết lập bởi người vận hành hoặc tùy chỉnh bởi các người dùng

- Các khả năng dựa vào vị trí (location based capabilities): Thông tin liên lạc và các dịch vụ liên quan đến một cái gì đó sẽ phụ thuộc vào thông tin vị trí của Things và người sử dụng Hệ thống IoT có thể biết và theo dõi vị trí một cách tự động Các dịch

-vụ dựa trên vị trí có thể bị hạn chế bởi luật pháp hay quy định, và phải tuân thủ các yêu cầu an ninh

- Bảo mật: Trong IoT, nhiều “Things” được kết nối với nhau Chình điều này làm tăng mối nguy trong bảo mật, chẳng hạn như bí mật thông tin bị tiết lộ, xác thực sai, hay dữ liệu bị thay đổi hay làm giả

- Bảo vệ tính riêng tư: tất cả các “Things” đều có chủ sở hữu và người sử dụng của

nó Dữ liệu thu thập được từ các “Things” có thể chứa thông tin cá nhân liên quan chủ

sở hữu hoặc người sử dụng nó Các hệ thống IoT cần bảo vệ sự riêng tư trong quá trình

truyền dữ liệu, tập hợp, lưu trữ, khai thác và xử lý Bảo vệ sự riêng tư không nên thiết lập một rào cản đối với xác thực nguồn dữ liệu

- Plug and play: các Things phải được plug-and-play một cách dễ dàng và tiện dụng

- Khả năng quản lý: hệ thống IoT cần phải hỗ trợ tính năng quản lý các “Things” để đảm bảo mạng hoạt động bình thường Ứng dụng IoT thường làm việc tự động mà không cần sự tham gia của con người, nhưng toàn bộ quá trình hoạt động của họ nên được quản lý bởi các bên liên quan

1.3.3 Kiến trúc tham chi u cho Internet of Things ế

Internet của S v t (IoT) là khái ni m v m i vự ậ ệ ề ọ ật đều có th k t n i Internet ể ế ốthông qua các b c m bi n (sensor) H ộ ả ế ệ thống IoT có th bao g m: các thi t b ể ồ ế ị đeo (wearable) theo dõi chỉ ố s y t , thi t b ế ế ị đo từ xa, nhà thông minh, m ng c m bi n không ạ ả ếdây đo thông số môi trường, ô tô k t nế ối Internet, điện thoại di động tương tác với môi trường K t qu là không có m t ki n trúc chung duy nh t phù h p cho mế ả ộ ế ấ ợ ọi lĩnh vực

ứng d ng nêu trên Tuy nhiên, m t ki n trúc kiụ ộ ế ểu mô đun cho phép thêm/bớt tính năng theo yêu c u c a t ng tình hu ng ng d ng là r t hầ ủ ừ ố ứ ụ ấ ữu ích Đó là điểm khởi đầu giúp cho các nhà ki n trúc t o ra nh ng gi i pháp IoT n n t ng cho vi c phát tri n sau này ế ạ ữ ả ề ả ệ ểTrong ph n này trình bày m t ki n trúc tham chi u (Reference Architecture) cho IoT ầ ộ ế ếtheo kiểu mô đun như vậy

Các nhà kiến trúc hệ thống đưa ra bốn lý do chính về sự cần thiết nên có kiến trúc tham chiếu cho IoT như sau:

- Thiết bị IoT có bản chất kết nối mạng liên tục nên cần có phương thức tương tác 24x7 với các thiết bị này như qua tường lửa (firewall), NAT và một số cách khác

- Đã có hàng tỷ thiết bị IoT xuất hiện trên thế giới và con số này tiếp tục tăng nhanh nên chúng ta cần kiến trúc có thể mở rộng (scalable)

- Các thiết bị IoT có thể không có giao diện người dùng (UI), sử dụng hàng ngày nên cần hỗ trợ cập nhật tự động và quản lý được từ xa

- Hầu hết thiết bị IoT dùng để thu thập và phân tích dữ liệu cá nhân Vì vậy, cần

có mô hình quản lý định danh và điều khiển truy nhập cho các thiết bị IoT cũng như cách xuất bản, sử dụng những dữ liệu này

1.3.3.1 Phân loạ i thi ế t bị IoT và phương thức kết nối Internet

Các thiết bị IoT rất đa dạng nhưng có thể phân thành ba loại chủ yếu, xét theo kích cỡ:

- Những thiết bị IoT có kích thước nhỏ nhất dùng bộ điều khiển 8 bit nhúng, kiểu cả hệ thống trên chip SoC (System on Chip) và thường không có hệ điều hành Ví dụ điển hình là nền tảng phần cứng nguồn mở Arduino 8 bit

- Mức cao hơn là hệ thống dựa trên chip ARM và Arthero có kiến trúc 32 bit rút gọn (limited) Những thiết bị này thường là các bộ router nhỏ dành cho gia đình và những biến thể khác Hệ thống thường chạy trên nền tảng nhúng Linux rút gọn hoặc hệ điều hành nhúng dành riêng Một số trường hợp không sử dụng

hệ điều hành như Arduino Zero hoặc Arduino Yun

- Hệ thống IoT lớn nhất là loại sử dụng nền tảng 32 hoặc 64 bit đầy đủ Những

hệ thống như Raspberry Pi hay BeagleBone có thể chạy hệ điều hành Linux đầy đủ hoặc Android Nhiều trường hợp chính là điện thoại di động hoặc dựa trên công nghệ điện thoại di động Những thiết bị này có thể đóng vai trò gateway hoặc cầu (bridge) cho các thiết bị nhỏ hơn Ví dụ: thiết bị đeo kết nối qua Bluetooth công suất thấp với điện thoại di động hay Raspberry Pi, để sau

đó làm cầu nối với mạng Internet

Có một số giải pháp kết nối giữa thiết bị với Internet hoặc gateway:

- Kết nối Ethernet hoặc Wi-Fi trực tiếp qua giao thức TCP hoặc UDP

- Bluetooth công suất thấp

- Kết nối trường gần (NFC)

- Zigbee hoặc các mạng vô tuyến khác

- SRF và kết nối vô tuyến điểm điểm

UART hoặc kênh nối tiếp (serial lines)

- SPI hoặc kênh I2C (wired buses)

Tóm lại, có hai mô hình chính là trực tiếp kết nối Internet hoặc qua gateway (Hình 1.2 )

Hình 1.2: Mô hình k t nế ối hệ thống IoT

1.3.3.2 Các yêu c ầ u củ a ki n trúc tham chi u cho IoT ế ế

Yêu cầu chung là kiến trúc tham chiếu cho IoT phải trung lập với nhà sản xuất, không phụ thuộc vào công nghệ cụ thể nào Có những yêu cầu khá đặc thù cho thiết bị IoT và môi trường hỗ trợ nhưng cũng có những yêu cầu xuất phát từ quá trình sản xuất

và sử dụng Có thể tóm tắt các yêu cầu của kiến trúc tham chiếu cho IoT trong 5 nhóm sau:

 K ế t nố i và giao ti p ế

Các giao thức hiện tại như HTTP có vị trí rất quan trọng trong nhiều thiết bị Thậm chí ngay cả bộ điều khiển 8 bit cũng có thể tạo ra lệnh GET, POST và giao thức HTTP tạo ra kết nối đồng nhất quan trọng Tuy nhiên, phần mào đầu của HTTP và một

số giao thức Internet truyền thống chưa phù hợp cho giao tiếp IoT vì hai lý do Thứ

nhất, kích cỡ bộ nhớ của chương trình quá lớn so với những thiết bị nhỏ Vấn đề thứ hai còn lớn hơn: HTTP yêu cầu công suất tương đối cao so với thiết bị IoT nhỏ Do vậy, cần có một giao thức nhị phân đơn giản, nhỏ gọn và có khả năng đi qua tường lửa Đối với thiết bị IoT kết nối Internet qua gateway cần 2 giao thức: một giao thức kết nối gateway còn giao thức khác kết nối từ gateway với Internet Cuối cùng, kiến trúc phải

hỗ trợ giao thức truyền thông (communications) và bắc cầu Ví dụ, giao thức nhị phân dùng cho thiết bị IoT phải cho phép API (dựa trên HTTP) điều khiển được thiết bị khi kết nối với bên thứ ba

 Quả n lý thi t b ế ị

Hiện nay, nhiều thiết bị IoT chưa được quản lý ở chế độ tích cực (active) trong khi chế độ quản lý này đã phổ biến và ngày càng trở nên quan trọng trong PC, điện thoại di động và các thiết bị khác Như vậy, chế độ tích cực là yêu cầu cần có trong quản lý thiết bị IoT, cụ thể bao gồm những tính năng sau:

- Khả năng ngắt kết nối với thiết bị hỏng hoặc bị đánh cắp

- Khả năng cập nhật phần mềm trên thiết bị

- Cập nhật các thông số bảo mật

- Khả năng bật/tắt từ xa một số tính năng phần cứng

- Xác định vị trí thiết bị mất cắp

- Xóa dữ liệu bảo mật khỏi thiết bị mất cắp

- Cấu hình lại từ xa các thông số của Wi Fi, GPRS hoặc các thông số mạng khác

- Thu thậ p, phân tích và kh i đ ng d li u ở ộ ữ ệ

Một số thiết bị IoT có giao diện UI nhưng nói chung hầu hết các thiết bị IoT tập trung vào trang bị một đến hai bộ cảm biến có thể kèm theo (hoặc không) một bộ kích động (actuator) hoặc nhiều hơn Yêu cầu của hệ thống là thu thập dữ liệu từ rất nhiều thiết bị, lưu trữ, phân tích và ra quyết định hành động dựa trên kết quả phân tích gần như theo thời gian thực Kiến trúc tham chiếu được thiết kế để quản lý số lượng lớn

thiết bị Nếu những thiết bị đó tạo ra dòng dữ liệu ổn định, liên tục thì sẽ có lượng dữ liệu khá lớn Yêu cầu là hệ thống lưu trữ cần có tính khả mở cao, xử lý được khối lượng dữ liệu lớn và đa dạng

 Tính khả ở m (scalability)

Bất kỳ kiến trúc phía máy chủ (server side) nào đều cần tính khả mở cao, có thể

-hỗ trợ hàng triệu thiết bị liên tục gửi, nhận và hoạt động dựa trên dữ liệu Tuy nhiên, kiến trúc khả mở cao kéo theo giá thành cao cả về phần cứng, phần mềm và độ phức tạp Yêu cầu quan trọng đối với kiến trúc này là phải hỗ trợ tính mở từ mức triển khai nhỏ cho đến số lượng thiết bị rất lớn Tính năng có thể mở co giãn (elastic) và có thể triển khai dạng cloud như dịch vụ Amazon EC2 là rất cần thiết

 An toàn bả o m t ậ

Đây là yêu cầu quan trọng nhất Các thiết bị IoT thường thu thập dữ liệu có tính

cá nhân cao và đưa lên Internet (và ngược lại) Điều đó dẫn đến hai loại nguy cơ mất an toàn:

- Những nguy cơ gắn với bản chất mất an toàn thông tin của mạng Internet mà nhà thiết kế/sản xuất thiết bị IoT không nhận thức được Đó có thể chỉ đơn giản là việc mở các cổng trên thiết bị Ví dụ, tủ lạnh kết nối Internet có server dùng giao thức SMTP không an toàn nên có thể gửi tin rác (spam)

- Những nguy cơ riêng từ chính bản thân thiết bị IoT, nhất là phần cứng Ví dụ, nhiều thiết bị IoT quá nhỏ, không hỗ trợ cơ chế mã hóa phi đối xứng phù hợp nên không bảo đảm an toàn

Có hai vấn đề quan trọng, đặc thù của bảo mật IoT là quản lý định danh và truy nhập Quản lý định danh cho thiết bị IoT và giao tiếp máy máy (M2M) bằng cách dùng cặp -

"tên/mật khẩu" là sai lầm thông dụng Giải pháp lý tưởng là sử dụng token cấp theo chuẩn của OAuth/OAuth2 Đối với quản lý truy nhập, sai lầm thường thấy là sử dụng luật truy nhập đã lập trình cứng trong mã nguồn phía client và server Cách tiếp cận tốt nhất hiện nay là sử dụng tiêu chuẩn XACML Cách tiếp cận này không dùng mạch

logic lập trình sẵn mà đưa vào chính sách ra quyết định cho phép truy nhập Ưu điểm của cách này là:

- Đưa ra quyết định phù hợp hơn

- Dựa trên bối cảnh cụ thể như: vị trí, hoặc mạng nào đang được sử dụng, hoặc thời gian

- Có thể phân tích và thẩm định yêu cầu truy nhập

- Có thể cập nhật, thay đổi chính sách truy nhập mà không cần lập trình lại hay chỉnh sửa thiết bị

1.3.3.3 Mô hình ki n trúc tham chi u cho IoT ế ế

Kiến trúc tham chiếu IoT bao gồm 5 lớp xếp chồng [6] Mỗi lớp có một chức năng riêng, có thể minh họa bằng những công nghệ cụ thể Có 2 lớp theo chiều dọc là quản lý thiết bị và quản lý định danh & truy nhập

Hình 1 Ki3: ến trúc tham chi u cho IoT ế

 L p Thi t b (Devices) ớ ế ị

Các thiết bị IoT phải có giao thức truyền thông trực tiếp (Arduino, Raspberry Pi, Intel Galileo qua Ethernet hoặc Wi Fi) hoặc gián tiếp kết nối được với Internet -(ZigBee, Bluetooth hoặc Bluetooth công suất thấp qua điện thoại di động, )

Mỗi thiết bị cần có định danh thuộc một trong các loại: định danh duy nhất (UUID) ghi sẵn trong phần cứng (thường là một phần của SoC hoặc chip thứ cấp), UUID gửi qua

hệ thống vô tuyến phụ (ví dụ: định danh Bluetooth, địa chỉ Wi-Fi MAC), token OAuth2 Refresh/Bearer (có thể là bổ sung cho các loại khác), định danh lưu trong bộ nhớ chỉ đọc như EEPROM

Các chuyên gia khuyến nghị, mỗi thiết bị IoT nên có một UUID (tốt nhất lưu cố định trong phần cứng) và một token OAuth2 Refresh/Bearer lưu trong EEPROM OAuth2 token có mục đích tạo ra một token định danh tách biệt với số định danh cố định ghi trong mỗi thiết bị Bearer token được dùng ban đầu để gửi đến bất kỳ server hay dịch

vụ nào cần định danh Bearer token có thời gian sống ngắn hơn Refresh token Nếu Bearer token hết hạn, Refresh token được gửi đến lớp Định danh để tạo ra bản cập nhật của Bearer token

 L p Truy n thông (Communications) ớ ề

Lớp truyền thông hỗ trợ kết nối các thiết bị Nhiều giao thức có thể sử dụng trong lớp này như HTTP/HTTPS, MQTT 3.1/3.1.1, CoAP (Constrained Application Protocol) Trong đó, HTTP là giao thức lâu đời và phổ biến nhất nên có nhiều thư viện

hỗ trợ Vì đó là giao thức dựa trên ký tự đơn giản nên nhiều thiết bị nhỏ như bộ điều khiển 8 bit đều có thể hỗ trợ HTTP Các thiết bị 32 bit lớn hơn có thể sử dụng các thư viện HTTP client đầy đủ

Có một số giao thức được tối ưu riêng cho IoT, trong đó nổi bật nhất là 2 giao thức MQTT và CoAP MQTT được phát minh vào năm 1999 để giải quyết các vấn đề của

hệ thống nhúng và SCADA Giao thức MQTT có phần mào đầu nhỏ (chỉ 2 byte/message), chạy được trên nền TCP và có khả năng chịu được môi trường mạng

thường bị gián đoạn và suy hao cao Ủy ban kỹ thuật của tổ chức tiêu chuẩn OASIS đang xem xét chuẩn hóa phiên bản MQTT hiện nay (3.1.1) Giao thức CoAP do tổ chức tiêu chuẩn IETF xem xét phát triển trên cơ sở HTTP nhưng dựa trên mã nhị phân chứ không phải ký tự nên nhỏ gọn hơn, có thể chạy trên nền UDP

 L p H p nh t/Bus (Aggregation/ Bus) ớ ợ ấ

Đây là lớp quan trọng để hợp nhất và chuyển đổi các thông điệp (message broker hay middleware) truyền thông với 3 chức năng sau:

- Hỗ trợ máy chủ HTTP và/hoặc chức năng chuyển đổi MQTT để giao tiếp với thiết bị

- Hợp nhất nội dung truyền từ các thiết bị khác nhau và định tuyến truyền thông tới một thiết bị cụ thể (có thể qua gateway)

- Bắc cầu và chuyển đổi giữa 2 giao thức khác nhau, ví dụ chuyển đổi API dựa trên HTTP ở lớp trên vào thông điệp MQTT đến thiết bị

Lớp Bus cũng có thể cung cấp một số tính năng tương quan (correlation) và ánh xạ đơn giản từ các mô hình tương quan khác nhau (nghĩa là ánh xạ số định danh thiết bị sang

số định danh của người sở hữu thiết bị và ngược lại)

Cuốicùng, lớp Hợp nhất/Bus cần thực hiện 2 nhiệm vụ an toàn bảo mật là máy chủ tài nguyên OAuth2 (thẩm định Bearer token và các truy nhập tài nguyên liên quan) và điểm tăng cường chính sách (PEP) đối với truy nhập dựa trên chính sách Trong mô hình ở hình 1.3, lớp Bus yêu cầu lớp uản lý truy nhập và định danh thẩm định các yêu qcầu truy nhập Lớp uản lý truy nhập và định danh đóng vai trò như điểm quyết định qchính sách (PDP) trong quá trình này Sau đó, lớp Bus thực hiện theo kết quả do PDP mang đến, nghĩa là cho phép hoặc không cho phép truy nhập tài nguyên

 L p X ớ ử lý Sự ệ ki n và Phân tích (Event Processing and Analytics)

Lớp này xử lý các sự kiện từ lớp Bus chuyển lên Yêu cầu chủ yếu ở đây là khả năng lưu trữ dữ liệu vào cơ sở dữ liệu Mô hình truyền thống sẽ viết một ứng dụng phía máy chủ (ví dụ, JAX RS) Tuy nhiên, có một số cách tiếp cận khác linh hoạt hơn Thứ -

nhất là sử dụng các nền tảng phân tích dữ liệu lớn Đó là nền tảng dựa trên cloud khả

mở hỗ trợ các công nghệ như Apache Hadoop để cung cấp những phân tích reduce (quy trình xử lý dữ liệu siêu lớn) đối với tập hợp dữ liệu đến từ các thiết bị Cách tiếp cận thứ hai là hỗ trợ phương thức ử lý ự kiện hức tạp (Complex x s pProcessing Event) để thực hiện các hoạt động gần như theo thời gian thực và ra quyết định hành động dựa theo kết quả phân tích dữ liệu từ các thiết bị chuyển đến

map- L p Truy n thông ngoài (External Communication) ớ ề

Lớp nào tạo ra giao diện giúp quản lý các thiết bị IoT như: web/portal, dashboard (bảng hiển thị tổng hợp) hoặc hệ thống quản lý API Với web/portal, kiến trúc cần hỗ trợ các công nghệ Web phía máy chủ như Java Servlets/JSP, PHP, Python, Ruby Web server dựa trên Java phổ biến nhất là Apache Tomcat Dashboard là hệ thống tái

sử dụng tập trung vào việc trình bày đồ thị mô tả dữ liệu đến từ các thiết bị và lớp xử lý

sự kiện Lớp quản lý API có 3 chức năng Thứ nhất là cung cấp portal tập trung vào hỗ trợ lập trình viên tác nghiệp (chứ không phải là người sử dụng như portal thông thường) và quản lý các phiên bản của API được xuất bản Thứ hai là đóng vai trò gateway quản lý truy nhập vào các API, kiểm tra việc điều khiển truy nhập (đối với yêucầu từ bên ngoài), điều tiết sử dụng dựa trên chính sách, định tuyến và cân bằng tải Cuối cùng là chức năng gateway đẩy dữ liệu vào lớp phân tích để lưu trữ và xử lý, giúp hiểu được các API đã được sử dụng như thế nào

 L p Qu n lý Thi ớ ả ết bị (Device Management)

Trong lớp uản lý thiết bị, hệ thống phía máy chủ DM (Device Manager) giao qtiếp với các thiết bị thông qua các giao thức khác nhau và điều khiển phần mềm của từng thiết bị hoặc một nhóm thiết bị (có thể khóa hoặc xóa dữ liệu trên thiết bị khi cần), quản lý định danh các thiết bị và ánh xạ vào chủ nhân các thiết bị đó DM phải phối hợp với lớp uản lý định danh và ruy nhập để quản lý việc điều khiển truy nhập vào q tthiết bị (những người có quyền truy nhập vào thiết bị ngoài chủ nhân, quyền điều khiển của chủ nhân thiết bị so với người quản trị )

 L p Qu ớ ản lý Đị nh danh và Truy nh p (Identity and Access Management) ậ

Lớp này cần cung cấp các dịch vụ: Phát hành và thẩm định Oauth2 token; Các dịch vụ định danh khác, gồm cả SAML2 SSO và OpenID Connect; XACML PDP; Danh bạ cho người dùng (ví dụ: LDAP); Quản lý chính sách điều khiển truy nhập (PCP)

Khái niệm về dịch vụ mạng xã hội trực tuyến: dịch vụ mạng xã hội là nền tảng cho phép người dùng có thể tạo lập các cộng đồng trực tuyến và chia sẻ các nội dung

do người dùng tạo ra (UCC: User Creat Content) trên mạng internet Người dùng ở đây

có thể là người sử dụng Internet hoặc có thể thuộc về một tổ chức cụ thể (ví dụ: công

ty, trường học, tổ chức nghề nghiệp…) Các cộng đồng có thể là một mạng các bạn bè ngoại tuyến (có tình bạn ngoài thực tế), người quen trực tuyến, hoặc một hay nhiều nhóm có cùng sở thích, mối quan tâm (học cùng trường, cùng sở thích, cùng mục đích, nghề nghiệp, sắc tộc, tôn giáo, nhóm tuổi…) Các nội dung do người dùng tạo ra có thể

là hình ảnh, video, đánh dấu các trong web, hồ sơ người dùng, thông tin cập nhật hoạt

Năm 2002, Friendster trở thành một trào lưu mới tại Hoa K ỳ với hàng triệu thành viên ghi danh Tuy nhiên sự phát triển quá nhanh này cũng là con dao hai lưỡi: server của Friendster thường bị quá tải mỗi ngày, gây bất bình cho rất nhiều thành viên

Năm 2004, MySpace ra đời với các tính năng như phim ảnh (embedded video) và

nhanh chóng thu hút hàng chục ngàn thành viên mới mỗi ngày, các thành viên cũ của Friendster cũng lần lượt chuyển qua MySpace và trong vòng một năm, MySpace trở thành mạng xã hội đầu tiên có nhiều lượt xem hơn cả Google và được tập đoàn News Corporation mua lại với giá 580 triệu USD

Năm 2006, sự ra đời của Facebook đánh dấu bước ngoặt mới cho hệ thống mạng xã hội trực tuyến với nền tảng lập trình "Facebook Platform" cho phép thành viên tạo ra những công cụ (apps) mới cho cá nhân mình cũng như các thành viên khác dùng Facebook Platform nhanh chóng gặt hái được thành công vượt bậc, mang lại hàng trăm tính năng mới cho Facebook và đóng góp không nhỏ cho con số trung bình 19 phút mà các thành viên bỏ ra trên trang này mỗi ngày

dụng có thể trở thành bạn của nhau thông qua việc gửi liên kết mời kết bạn, mà không cần gặp gỡ trực tiếp Việc gửi liên kết này tạo ra một cộng đồng mạng với số lượng thành viên lớn Những người chia sẻ cùng một mối quan tâm cũng có thể tập hợp lại thành cá nhóm trên mạng xã hội, thường xuyên giao lưu, chia sẻ trên mạng thông qua việc bình luận hay dẫn các đường liên kết trên trang chung của nhóm

- Tính đa phương tiện: hoạt động theo nguyên lý của web 2.0, mạng xã hội có rất nhiều tiện ích nhờ sự kết hợp giữa các yếu tố chữ viết, âm thanh, hình ảnh, hình ảnh động… Sau khi đăng ký mở một tài khoản, người sử dụng có thể tự do xây dựng một không gian riêng cho bản thân Nhờ các tiện ích và dịch vụ mà mạng xã hội cung cấp, người dùng có thể chia sẻ đường dẫn, tệp âm thanh, hình ảnh, video Không những vậy, họ có thể tham gia vào các trò chơi trực tuyến đồi hỏi có nhiều người tham gia, gửi tin nhắn, chat với bạn bè, từ đó tạo dựng các mối quan hệ mới trong xã hội ảo Đặc điểm này được phản ánh trong cấu trúc phân lớp ứng dụng của mạng xã hôi

- Tính tương tác: thể hiện không chỉ ở chỗ thông tin được truyền đi sau đó được phản hồi từ phía người nhân, mà còn phụ thuộc vào cách người dùng sử dụng ứng dụng của mạng xã hội Đặc điểm này biểu hiện qua cấu trúc mô đun chức năng của mạng

xã hội (xem hình 1.5) Các mô đun đặt trong hộp ô van thể hiện chức năng tương tác giữa người dùng, yêu cầu người dùng phải có thao tác đọc, viết dữ liệu lên cơ sở

dữ liệu

- Khả năng truyền tải và lưu trữ lượng thông tin khổng hồ: tất cả các mạng xã hội đều

có những ứng dụng tương tự nhau như đăng trạng thái, đăng nhạc hoặc video clip, viết bài… nhưng được phân bổ dung lượng khác nhau Các trang mạng xã hội lưu trữ thông tin và nhóm sắp xếp chúng theo trình tự thời gian, nhờ đó, người sử dụng

có thể truy cập và tìm lại lượng thông tin khổng lồ đã từng được đăng tải

1.4.4 Tính năng của m ng xã h i ạ ộ

Các trang mạng xã hội có nhiều loại tính năng kỹ thuật khác nhau, trong đó các tính năng phổ biến nhất có thể kể đến là: tạo hồ sơ cá nhân; kết bạn trực tuyến; tham gia nhóm trực tuyến; chia sẻ; bày tỏ ý kiến; tìm kiếm thông tin

Khi thực hiện các tính năng này, người sử dụng vừa thực hiện tính năng công khai của thông tin, vừa phải tính đến tính năng bảo mật để bảo vệ quyền riêng tư cá nhân hay là những tính năng đặc biệt Các trang mạng xã hội đã quan tâm đến điều này và thường

có tính năng cho phép người dùng chọn lựa ai có thể xem hồ sơ của họ, liên lạc với họ, thêm họ vào danh sách của mình… Tuy vậy, người sử dụng mới là người quyết định chính trong việc bảo mật hay công khai thông tin cá nhân, cũng như hoạt động sử dụng của mình trên mạng xã hội Dưới đây chỉ nói về những tính năng đặc biệt này

1.4.4.1 Tính năng bả o m t ậ

Xuất phát từ nhu cầu bảo vệ dữ liệu cá nhân trước sự lạm dụng tấn công từ phía bên ngoài, ngày nay, mục đích bảo vệ dữ liệu được xem là để bảo vệ từng cá nhân không bị thiệt thòi trong quyền tự quyết định về thông tin của chính mình thông qua việc sử dụng dữ liệu liên quan đến cá nhân của họ Bảo vệ dữ liệu cá nhân ửng hộ ý tưởng về nguyên tắc mỗi người đều có thể tự quyết định người nào, khi nào và dữ liệu

cá nhân nào của mình được phép cho người khác xem

Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO) định nghĩa bảo mật là hành động bảo đảm thông tin chỉ được truy cập bởi những người được ủy quyền và là một trong những nền tảng của an toàn thông tin An toàn thông tin là một tổng hòa cá biện pháp nhằm giảm rủi ro cho hệ thống, chống lại các nguy cơ đe dọa vô tình hay cố ý Cùng với các yêu cầu khác là tính toàn vẹn, tính sẵn có, tính truy vấn, tính bảo mật tạo ra sự an toàn thông tin

- Tính sẵn có: thông tin trên hệ thống luôn có sẵn đối với những thông tin được ủy quyền

- Tính truy vấn: thông tin lưu lại dấu vết trên hệ thống

Do đó, tính bảo mật có ý nghĩa không được tiết lộ cho bên thứ ba nếu không được phép, không có sửa đổi hoặc hủy diệt thông tin, có xác thực của các bên liên quan nhằm tôn trọng cuộc riêng tư của người sử dụng

1.4.4.2 Tính năng công khai

Do tính công khai thông tin mà phương tiện công nghệ xã hội, trong đó có dịch

vụ mạng xã hội trực tuyến có thể rất quyền năng Mạng xã hội cho phép mọi người có hành động nhân danh chính mình bất cứ lúc nào Kết quả của hành động đó phụ thuộc

từ sự tự do đến trách nhiệm của tự ý thức và tự điều chỉnh

Mạng xã hội có tính năng để người sử dụng tùy chỉnh chế độ trang của mình Có

5 chế độ công khai thông tin phổ biến đang được cài đặt cho mạng xã hội hiện nay, gồm: private (chỉ người sử dụng), friends (chỉ bạn bè trong danh sách kết bạn), friends

of friends (bạn bè của người sử dụng và bạn bè của bạn bè), custom (cho phép tùy chỉnh theo mong muốn công khai của người sử dụng), public (tất cả mọi người) Do mạng xã hội tích hợp rất nhiều phương tiện có tính mở hơn so với các trang blog cá nhân nên người dùng có xu hướng công khai thông tin của mình nhiều hơn, cho phép nhiều người xem, ít khi để chế độ riêng tư (private) hoặc tùy chỉnh (custom) Tuy nhiên, càng công khai thì người dùng càng dễ dàng bị lợi dụng, ăn cắp thông tin và không kiểm soát được những ai đang theo dõi mình Tính năng công khai trên mạng xã hội đã và đang đặt ra nhiều áp lực đối với hình thức dịch vụ trực tuyến này

1.4.5 Kiến trúc cơ bản của mộ t mạng xã h i ộ

Để có một cái nhìn tổng thể về mạng xã hội, ta hãy xem xét kiến trúc của mạng

xã hội ở ba khía cạnh, đó là: kiến trúc truyền thông, kiến trúc phần mềm ứng dụng và kiến trúc hạ tầng công nghệ thông tin của nhà cung cấp dịch vụ

Đối với kiến trúc truyền thông thì mạng xã hội được xem như là một mạng liên kết các cá nhân và các cộng đồng với nhau Kiến trúc mạng xã hội sẽ là một đồ thị với các đỉnh là các thành viên và các cạnh thể hiện mối liên kết giữa các thành viên với nhau tuân theo quy luật nào, hiểu được xu thế giãn nở và kích thước cửa mạng từ đó

có thể xây dựng được các thuật toán cho việc tìm kiếm những người quen biết nhau trong một cộng đồng, tìm kiếm các nguồn tài nguyên phát sinh trên mạng, xác định giá trị các mối liên hệ theo thời gian và theo các mối liên hệ khác Với kiến trúc mạng xã hội là các mô đun phần mềm liên kết với nhau, ta sẽ xác định được đâu là các thành phần chính tạo nên mạng xã hội và chúng liên kết với nhau như thế nào Kiến trúc này

sẽ giúp cho chúng ta thiết kế, xây dựng được một trang mạng xã hội đáp ứng được mục tiêu đưa ra Kiến trúc hạ tầng công nghệ thông tin của nhà cung cấp dịch vụ sẽ cho ta một cái nhìn tổng thể về việc triển khai hệ thống, đưa dịch vụ mạng xã hội vào khai thác và sử dụng Sau đây, ta sẽ xem xét từng kiến trúc để hiểu rõ thêm về các nội dung

đã đưa ra

1.4.5.1 Kiế n trúc ứ ng dụng

Mạng xã hội ảo là một sự mô phỏng sự trao đổi và chia sẻ thông tin của con người trong thế giới thực Để nghiên cứu về kiến trúc các phần mềm ứng dụng của mạng xã hội ta xét kiến trúc phân lớp các ứng dụng và kiến trúc các mô đun chức năng của hệ thống

- Kiến trúc phân lớp ứng dụng:

Hình mô tả kiến trúc phân lớp ứng dụng của mạng xã hội Phần trung tâm biểu diễn sự trao đổi và tương tác thông tin giữa những thành viên đã đăng ký trong hệ thống Lớp thứ hai là sự trừu tượng hóa các mối liên hệ sử dụng môi hình mạng xã hội động Lớp

thứ ba là các thành phần thiết yếu của mạng xã hội như công cụ quản lý, biên tập hồ sơ

cá nhân, các tiện ích trao đổi thông tin và các công cụ tìm kiếm thành viên Lớp ngoài cùng là các ứng dụng chia sẻ nội dung như Blog, Video, ca nhạc Các tiện ích và phần mềm được thiết kế theo dạng mô đun, do đó nó có thể thêm vào hay loại khỏi hệ thống

mà không gây ảnh hưởng đến các mô đun khác, ngoại trừ nó có sự tương tác với các

mô đun khác

Hình 1 Ki4: ến trúc phân l p ng d ng ớ ứ ụ

- Kiến trúc các mô đun chức năng của mạng xã hội:

Hình 1.5 mô tả các mô đun chức năng chính của mạng xã hội Các mô đun đặt trong các hộp chữ nhật là các mô đun được thiết kế chủ yếu đọc dữ liệu từ cơ sở

dữ liệu Còn các mô đun đặt trong hình ô van thẻ hiện chức năng tương tác giữa những người dùng, do đó nó yêu cầu cần phải có các thao tác đọc/viết dữ liệu lên

cơ sở dữ liệu Các mô đun trong hình thoi là các mô đun phụ trợ làm nhiệm vụ tăng cường hiệu suất cho các mô đun chính Phần kiểm tra các hoạt động, đặc

biệt được sử dụng cho việc hồi đáp các cập nhật lại về mối liên hệ thực giữa các thành viên Các mô đun màu xanh và màu vàng là ca thành phần của kiến trúc, còn các mô đun màu xám là các thành phần tiện ích thiết yếu cảu hệ thống hoặc

hỗ trợ cho các ứng dụng mở rộn g

Hình 1.5: Kiến trúc các mô đun chức năng của mạng xã hội

1.4.5.2 Kiế n trúc h t ạ ầng củ a nhà cung c p d ch v ấ ị ụ

- Kiến trúc của các trang mạng xã hội nhỏ:

Kiến trúc của những trang mạng xã hội nhỏ được biểu diễn như trong hình 1.6

Nó bao gồm một máy chủ web và một máy chủ cơ sở dữ liệu Máy chủ web bao gồm

mã nguồn viết bằng ngôn ngữ máy chủ (script code) và một công cụ thực thi mã nguồn (script engine) để chạy các lệnh mã nguồn, ngoài ra còn một hệ thống tập tin để lưu trữ các nội dung tĩnh, chẳng hạn như các tài liệu HTML và hình ảnh Mã nguồn được viết bằng ngôn ngữ máy chủ sẽ tạo ra các trang HTML động từ các dữ liệu được lưu trữ

trong cơ sở dữ liệu Máy chủ cơ sở dữ liệu gồm máy chủ cơ sở dữ liệu chính (bắt buộc)

và máy chủ cơ sở dữ liệu sao lưu (có thể có hoặc không) Đối với các yêu cầu về hiệu xuất, khả năng mở rộng, và sự sẵn sàng thì số lượng máy chủ Web và máy chủ cơ sở

dữ liệu có thể tăng lên

Hình 1.6: Ki ến trúc c a trang m ng xã h i nh ủ ạ ộ ỏ

- Kiến trúc c a các m ng xã h i l n ủ ạ ộ ớ

Hình 1.7 cho thấy kiến trúc các các trang web lớn, chẳng hạn như YouTube, MySpace, Facebook… Nó chính là kiến trúc dành cho các trang mạng xã hội nhỏ nhưng được bổ xung thểm các thành phần cân bằng tải, máy chủ ứng dụng, máy chủ dùng cho hệ thống memcache để đáp ứng dược các yêu cầu về hiệu suất, khả năng mở rộng và sự sẵn sàng khi phục vụ số lượng người dùng lớn

Hình 1.7: Ki ến trúc c a trang m ng xã h i l n ủ ạ ộ ớ

1.4.6 M ộ t số công ngh ệ cơ bản trong các m ng xã hạ ộ i hiện nay

Mạng xã hội ra đời nhờ sự phát triển của mạng Internet và công nghệ web 2.0 trong những năm cuối của thế kỷ 20 Chính nhờ sự phát triển của mạng Internet với công nghệ IP đã kết nối hơn 2 tỷ người trên khắp thế giới lại với nhau Mạng Internet ngày nay trở thành công cụ hỗ trợ không thể thiếu đối với nhiều người trong tất cả các lĩnh vực như trao đổi thông tin, nghiên cứu, học tập, sản xuất, giải trí… Sự ra đời của công nghệ web đặc biệt là sự phát triển của thế hệ web 2.0 cho phép người dùng trực tiếp tương tác, tham gia và phát triển nội dung cũng như các ứng dụng trên nền web Các trang mạng xã hội được xây dựng và phát triển dựa trên hàng ngàn công nghệ liên quan đến Internet và web Sẽ rất khó để liệt kê và mô tả tất các các công nghệ này trong khuôn khổ phạm vi của đề tài Do đó, đề tài sẽ chỉ nêu một số công nghệ, kiến trúc nền tảng quan trọng tác động đến sự ra đời của các trang mạng xã hộ Tìm hiểu icác công nghệ này giúp cho việc xây dựng trạng mạng xã hội có thể kết nối con người

và thiết bị, xây dựng các tiện ích, tính năng phục vụ nhu cầu của người dùng

do những thành viên khác chia sẻ lại Các thiết bị điện tử cũng như vậy, với sự phát triển không ngừng của công nghệ, các thiết bị điện tử ngày nay không chỉ cung cấp các tiện ích một cách đơn thuần cho con người mà đã ngày thông minh hơn, chúng có thể cảm nhận môi trường xung quanh, có khả năng xử lý các thông tin thu thập được để phản ứng lại với những thay đổi của môi trường Mỗi thiết bị chỉ có thể thu thập được một số thông tin nhất định phù hợp với chức năng của nó, nhưng nếu kết hợp thông tin của nhiều thiết bị con người có thể có được thông tin đầy đủ hơn, chính xác hơn, sâu rộng hơn, để từ đó có thể có thêm cơ sở để đưa ra các tiện ích, các thiết bị tốt hơn nữa phục vụ cho đời sống con người hiện đại Vì vậy mà các mạng xã hội cho các thiết bị

đã ra đời

Hình 2 Ki1: ến trúc m ng xã h i IoT ạ ộ

 SIoT sẽ là bước trở thành tất yếu

Trong tương lai mô hình tính toán rộng khắp sẽ mở ra một loạt các dịch vụ thông minh và các ứng dụng để đáp ứng với nhiều thách thức mà các cá nhân và tổ chức phải đối mặt trong cuộc sống hàng ngày của họ thông qua cho phép con người và mọi vật (things) được kết nối với nhau mọi lúc mọi nơi Trong khi nghiên cứu về IoT

đã thường đề cập đến truyền thông giữa thế giới vật lý bằng các cảm biến hay các cơ cấu chấp hành của nhiều thiết bị khác nhau để có được dữ liệu mới nhất Tuy nhiên mô hình SIoT làm tăng mối quan tâm về lý do tại sao và làm thế nào để sử dụng các dịch

vụ và ứng dụng

Như đã đề cập ở trên, trong xã hội loài người, một người thường có chức năng vừa là một người tiêu dùng và là một nhà sản xuất để giao tiếp với những người khác Hơn nữa, trong cả hai thế giới vật lý hoặc trực tuyến, SNS có thể cung cấp dài hạn (hoặc chủ động) và theo yêu cầu (hoặc có phản ứng) thông tin Ví dụ, nhu cầu lợi ích, địa điểm, đặc tính nhân khẩu học, đặc điểm mối quan hệ, vv của cá nhân, cộng đồng thông qua sự hợp tác với nhau Lưu trữ, xử lý và sử dụng các khía cạnh xã hội cuối cùng có thể giúp cải thiện chất lượng trải nghiệm Trong môi trường phổ biến, người dùng có

xu hướng truy cập vào các dịch vụ bất cứ lúc nào và bất cứ nơi nào sử dụng bất kỳ loại thiết bị thông qua bất kỳ loại của các mạng lưới thông tin liên lạc Trong SIoT, người

2.2 T m ng c m bi ừ ạ ả ến không dây đế n m ng xã h i v n v t ạ ộ ạ ậ

Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks – WSNs) xuất hiện vào cuối thế kỷ vừa qua, thu hút sự chú ý của cộng đồng nghiên cứu và từ một số công ty phát triển các sản phẩm thương mại sử dụng công nghệ này WSNs bao gồm các thiết

bị có khả năng hạn chế (tức là pin, khả năng xử lý, lưu trữ ) đã mở ra một chủ đề nghiên cứu, trong đó nhiều nghiên cứu bắt đầu đề xuất các giao thức, kiến trúc, sự phát triển và ứng dụng mới nhằm khai thác hết tiềm năng mô hình mới này

Nhiều đề xuất đã được định hướng để đưa ra những ý tưởng mới, trong khi nhiều

đề xuất khác tập trung vào việc thích ứng với các yêu cầu của công nghệ mới này WSN thường không có cơ sở hạ tầng Chúng bao gồm một số lượng các nút năng lượng thấp (từ vài chục đến hàng nghìn) có thể giao tiếp với nhau, trong cùng một khu vực và cùng làm việc để theo dõi các tham số khác nhau của môi trường được đo bằng các cảm biến tích hợp trong các nút Thông thường, tồn tại một nút trạm, nút trung tâm, gateway hay còn gọi là nút sink, thu thập dữ liệu đến từ các nút khác ở trong mạng để cho phép phân tích dữ liệu Các ứng dụng cho WSN bao gồm giám sát môi trường (ví

dụ như phát hiện lũ, nông nghiệp, phát hiện cháy rừng, vv), theo dõi mục tiêu quân sự, giám sát sức khoẻ (ví dụ như theo dõi dữ liệu sinh lý của con người, theo dõi bệnh nhân, quản lý thuốc ), theo dõi và tự động hóa tòa nhà, an ninh và giám sát, quản lý kho bãi