Tìm hiểu Internet of Things và mạng cảm biến không dây

Báo cáonêu: IoT sẽ kết nối các vật thể theo cả 2 cách thông minh và có cảm nhận thông qua sựphát triển kỹ thuật liên kết trong nhận biết thông tin theo các vật thể, các cảm biến vàmạng c

A Internet of things.

1 Lịch sử phát triển.

a.Sơ khai.

Cụm từ “Internet of Things - IoT” được đưa ra bởi các nhà sáng lập của MIT

Auto-ID Center đầu tiên, với sự tuyên dương đặc biệt tới Kevin Ashton 1999 và David L.Brock

2001 Thuật ngữ Auto-ID chỉ tới bất kỳ một lớp rộng của các kỹ thuật xác minh sử dụngtrong công nghiệp để tự động hóa, giảm các lỗi và tăng hiệu năng Các kỹ thuật đó baogồm các mã vạch, thẻ thông minh, cảm biến, nhận dạng tiếng nói, và sinh trắc học.Nhưng từ năm 2003 Kỹ thuật Auto-ID trong các hoạt động chính là Radio FrequencyIdentification – RFID

Đỉnh cao của Auto-ID Center là vào tháng 9-2003, khi hội nghị chuyên đề điềuhành EPC (Electronic Product Code) tổ chức tại Chicago (Illinois, Mỹ) đánh dấu sự xuấthiện chính thức của hệ thống Mạng EPC – một cơ sở hạ tầng kỹ thuật mở cho phép cácmáy tính tự động xác định các vật thể nhân tạo và theo dõi chúng khi chúng đi từ nhàmáy tới trung tâm phân phối để lưu trữ trên các giá Hội nghị được hỗ trợ bởi nhieuefcông ty lớn trên thế giới – đại diện cho thực phẩm, hàng hóa tiêu dùng, công nghiệp bán

lẻ, vận tải và dược phẩm, trong số nhiều đại diện khác – sự nổi bật của RFID cho thấy nó

sẽ trở thành chìa khóa cho phép các kỹ thuật để phát triển kinh tế trong 55 năm tới.Xem xét hội nghị trong các giai đoạn lịch sử, Kevin Ashton đã dự đoán sự thay đổi từmáy tính xử lý thông tin sang máy tính có cảm nhận

Mục đích của Phòng Lab Auto-ID là phát triển một mạng lưới kết nối các máy tínhvới các vật thể - không chỉ phần cứng hay phần mềm để vận hành mạng, mà thật sự làmọi thứ cần để tạo ra Internet of Things, bao gồm phần cứng phù hợp, phần mềmmạng, các giao thức, và các ngôn ngữ mô tả các đối tượng theo các cách máy tính có thểhiểu được Lưu ý rằng Auto-ID Labs không tìm cách tạo ra mạng toàn cầu khác mà xâydựng các thành phần xây dựng đỉnh cao của Internet

b Từ ý tưởng tới thực tiễn.

Giữa rất nhiều bài báo được quan tâm về IoT, nổi bật các mối quan tâm về sự bắtđầu của một kỷ nguyên mới cho thương mại và công nghiệp IoT được xem xét khi RFIDđược mở rộng giới hạn Nhưng cụm từ Internet of Things lúc này mới chỉ ra tầm nhìn vềmáy móc trong tương lai: thế kỷ 19, các máy móc học để làm, trong thế kỷ 20, chúng học

để nghĩ và trong thế kỷ 21, chúng có thể cảm giác và phản ứng lại

- The Internet of Things – Sean Dodson 09/10/2003

- Toward a Global Internet of Things – Steve Meloan, Sun Microsystems11/11/2003

- A Machine-to-machine Internet of Things – Business Week 26/04/2004

- The Internet of Things – Neil Gershenfeld, Raffi Krikorian, Danny Cohen –Scientific American Magazine 10/2004

- The Internet of Things: Start-ups jump into next big thing: tiny networked chips

- Robert Weisman, The Boston Globe 25/10/2004

Khái niệm Internet of Things trở nên rõ ràng vào năm 2005 khi InternationalTelecommunications Union – ITU công bố bản báo cáo đầu tiên về chủ đề này Báo cáonêu: IoT sẽ kết nối các vật thể theo cả 2 cách thông minh và có cảm nhận thông qua sựphát triển kỹ thuật liên kết trong nhận biết thông tin (theo các vật thể), các cảm biến vàmạng cảm biến không dây (cảm nhận vật thể), các hệ thống nhúng (suy nghĩ về vật thể)

và công nghệ nano (thu nhỏ vật thể) Trong báo cáo ITU cũng xác định các thử tháchquan trọng cần giải quyết để khai thác hết tiềm năng của IoT – tiêu chuẩn hóa và sự kếthợp, bảo mật, và các vấn đề đạo đức – xã hội

c Sự phát triển.

Ngày nay với khoảng 1,5 tỷ máy tính kết nối Internet và trên 1 tỷ điện thoại có kếtnối Internet Sư hiện diện “Internet of PCs” sẽ được chuyển sang IoT trong đó 50-100 tỷthiết bị kết nối Internet trong năm 2020 Một vài nghiên cứu còn chỉ ra trong cùng năm

đó, số lượng máy móc di động sẽ tăng gấp 30 lần các thiết bị di dộng con người đang sửdụng Nếu không chỉ xem xét các kết nôi máy-máy mà là các kết nối giữa tất cả các vậtthể thì số lượng kết nối có thể tăng lên tới 100.000 tỷ Trong một lý thuyết mới, các vậtthể được kết nối là quá nhiều đến mức có thể xóa nhà ranh giới giữa mảnh và nguyên

tử Một vài tác giả tạo ra các khái niệm mới để hiểu rõ hơn lý thuyết IoT VD: “blogjects”

để mô tả vật thể blog, “sprimes” để chỉ nhận thức vị trí, nhận thức môi trường, tự ghi

log, tự tạo tài liệu, các vật thể duy nhất mà cung cấp nhiều dữ liệu về bản thân chúng và

môi trường của chúng, “informational shadows” để chỉ các vật thể được kết nối,

d Triển vọng tương lai.

e Triển vọng.

Triển vọng nghiên cứu.

Các Lab Auto-ID thuộc 7 viện nghiên cứu trên 4 lục địa khác nhau đã phát triểncác kỹ thuật mới như RFID và WSNs để cách mạng hóa thương mại toàn cầu và làm giatăng các lợi ích tiêu dùng chưa thực hiện được

- Ba phòng thí nghiệm – ĐH St.Gallen, ETH Zurich và MIT tổ chức tại Zurich năm

2008 là hội nghị IoT đầu tiên đã mang đến các hướng đi cho các nhà hoạt động và cácnhà nghiên cứu từ cả các học viện và trong công nghiệp để tạo điều kiện chia sẻ các ứngdụng, các kết quả nghiên cứu và các tri thức cơ sở

- Hội nghị tại Tokyo cuối năm 2010 xung quang chủ để “IoT for a Green Planet” –

đã thảo luận các yêu cầu kỹ thuật và các thử thách trong công việc để xác định các thửthách xã hội ngày nay với công nghệ IoT: hệ thống theo dõi sức khỏe hỗ trợ xã hội hóa,lan truyền nhận thức về môi trường để giúp dự đoán các thảm họa tự nhiên và phảnứng phù hợp, theo dõi và chỉ đường để giúp giảm tắc nghẽn giao thông, tạo ra các thôngtin sống để cải thiện chu trình, độ trong suốt của vận tải với việc giảm khí Cacbon, vànhiều tri thức về các quá trình khác nhau để nâng cao khả năng tối ưu

- Một nghiên cứu tiến bộ khác được đưa ra bởi Hewlett-Packard sẽ thực hiệntrong 10 năm, một hệ thống thần kinh cho Trái đất, để gắn 1000 tỷ cảm biến cỡ đinhghim quanh địa cầu Bằng cách kết hợp thiết bị điện và công nghệ nano, các chuyên gia

và nhà nghiên cứu đã phát triển các cảm biến “bụi thông minh” với độ nhạy hơn 1000lần các công nghệ phát hiện chuyển động hiện tại Các ứng dụng tiềm năng bao gồm cáccông trình có quản lý sử dụng năng lượng, các cây cầu có cảm giác chuyển động và độmỏi của kim loại, các ô tô theo dõi tình hình giao thông và báo cáo hố ga, và các thuyềnrau quả biết cảnh báo người bán khi quả chín và bắt đầu hỏng

- Ở Trung Quốc, nghiên cứu trong lĩnh vực IoT được xem là rất cần thiết để pháttriển kinh tế và bắt kịp các nước phát triển Từ năm 2006, các viện nghien cứu đã tậptrung vào các kế hoạch dài hạn với sự hỗ trợ lớn từ Chính phủ: phát triển nền tảng mạng

cảm biến không dây với đặc điểm có trí thông minh bao gồm các node mạng cảm biếnkhông dây, lưu trữ dữ liệu và thiết bị đầu cuối truy cập dữ liệu từ xa.

- Một khởi đầu hứa hẹn vượt qua các giới hạn của trí tưởng tượng, sức sáng tạo

và sự táo bạo với IoT Các cường quốc US, Liên minh các nước Châu Âu, TQ, Nhật bản đãsớm đầu tư và phát triển IoT để nâng cao mọi mặt đặc biệt là kinh tế, công nghiệp

Triển vọng trong công nghiệp.

- Violet’s Nabaztag 2005 – một chú thỏ có thể chuyển bất kỳ thông tin xungquanh qua ánh sáng và âm thanh thành thông tin dạng ngôn ngữ nói

- ZeroG Wireless 2006 – một lý thuyết mới về kết nối Không dây với chi phí thấp,các chip kích thước nhỏ nhúng vào trong bất kỳ hệ thống điện tiêu dùng, các thiết bịnăng lượng, nhà, thiết bị điều khiển, các cảm biến y học và mạng cảm biến, và T2TIT –giải phát phần mềm cho phép bảo mật và kết nối giữa các vật thể

- Arduino 2008 nền tảng tạo mẫu điện tử mã nguồn mở cho các nghệ sĩ, nhàthiết kế và bất kỳ người không chuyên nào thích sáng tạo các vật thể hoặc các môitrường có tương tác

- Alcatel – Lucent’s Touchatag 2008, dịch vụ ứng dụng cho các nhà phát triển vàkinh doanh ứng dụng, bằng cách sử dụng RFID, Near Field Communication (NFC) và côngnghệ mã vạch 2D cung cấp cho người sử dụng cách sử dụng nhanh và đơn giản truy cập,giữa mọi thứ, thông tin, đăng ký, giấy phép và chi trả

- Arrayent’s Internet-Connect System 2009, một hệ thống truyền thông chìakhóa trao tay cho phép các công ty kết nối các sản phẩm của họ tới Smartphone và máytính thông qua Internet

- Usman Haque’s Pachube 2009 một dịch vụ cho phép người dùng gắn và chia sẻ

dữ liệu cảm biến thời gian thực từ các vật thể, thiết bị, công trình và môi trường quanhchúng ta

- Haier’s Internet of Things refrigerator: thiết bị giữ lạnh lưu trữ thực phẩm và cókết nối Internet để quản lý thực phẩm và có thể kết nối tới siêu thị.

2 Các ứng dụng của IoT

- Thành phố thông minh – Smart Cities.

+ Công viên thông minh: giám sát không gian đỗ xe của thành phố

+ Kiểm tra xây dựng: giám sát các rung động và các điều kiện vật chất trong cáctòa nhà, cầu và công trình lịch sử

+ Bản đồ tiếng ồn thành phố: giám sát âm thanh trong các phạm vi quán ba và cáckhu trung tâm theo thời gian thực

+ Tắc nghẽn giao thông: giám sát các phương tiện và mức độ người đi bộ để tối

ưu việc lái xe và đi lại

+ Chiếu sáng thông minh: chiếu sáng thông minh và tương ứng với thời tiết trong

- Môi trường thông minh – Smart Environment.

+ Phát hiện cháy rừng: giám sát khí gas đốt cháy và các điều kiện cảnh báo cháyrừng để đưa ra vùng cảnh báo

+ Ô nhiễm không khí: điều khiển khí C02 thải ra từ các nhà máy, các khí gây ônhiễm từ phương tiện và khí độc trong các nông trại

+ Phòng ngừa lũ quét và lở đất: giám sát độ ẩm đất, các rung chấn và mật độ đất

để phát hiện các mối nguy hiểm theo điều kiện đất

+ Phát hiện sớm động đất: phân bố giám sát ở các vùng đặc biệt có rung chấn

- Nước thông minh – Smart Water.

+ Chất lượng nước: nghiên cứu về sự thích hợp của nước trên các sông, vùng biểnđối với hệ động vật và tiêu chuẩn nước để sử dụng

+ Rò rỉ nước: phát hiện chất lỏng bên ngoài các két và các biến động áp suất bêntrong các đường ống

+ Lũ trên các con sông: giám sát biến động mực nước trên các sông, đập và nguồnnước

- Đo lường thông minh – Smart Metering.

+ Mạng lưới thông minh: giám sát và quản lý tình hình tiêu thụ năng lượng

+ Tính hình các bể chứa: giám sát mức nước, dầu, khí ga trong các két và bể chứ.+ Cài đặt hệ thống quan điện: giám sát và tối ưu hiệu quả của các thiết bị nănglượng mặt trời

+ Lưu lượng nước: đo lường áp suất nước trong các hệ thống dẫn nước

+ Tính toán trữ lượng hàng: đo lượng mức độ còn và khối lượng hàng hóa

- Bảo mật và tình trạng khẩn cấp – Security and Emergencies.

+ Kiểm soát vùng hạn chế truy nhập: điều khiển truy nhập tới các vùng hạn chế vàphát hiện người không phận sự

+ Sự có mặt của chất lỏng: phát hiện chất lỏng trong các trung tâm dữ liệu, kho

dữ liệu và vị trí xây dựng nhạy cảm để chống sự hỏng hóc và ăn mòn

+ Mức bức xạ: phân phối đo lường phạm vi bức xạ xung quanh các khu nănglượng hạt nhân để cảnh báo rò rỉ kịp thời

+ Các khí nguy hiểm và nổ khí: phát hiện mức độ khí gas và rò rỉ trong các môitrường công nghiệp, xung quanh các nhà máy hóa chất và trong các mỏ

- Bán lẻ - Retail:

+ Điều khiển băng chuyền: giám sát các điều kiện lưu trữ trong các dây chuyền vàtheo dõi sản phẩm cho mục đích giám sát

+ Thanh toán NFC: quá trình chi trả dựa trên vị trí hoặc khoảng thời gian hoạtđộng để chuyên chở công cộng, thể thao, các công viên chủ đề…

+ Các ứng dụng mua sắm thông minh: đưa ra lời khuyên tại các thời điểm bántheo thói quen khách hàng, sở thích, các thành phần gây phản cảm với người mua hoặchạn sử dụng

+ Quản lý sản phẩm thông minh: điều khiển sự luân phiên các sản phẩm trong giá

và kho để tự động các quá trình bổ sung

+ Theo dõi đoàn tàu, xe: điều khiển các tuyến đường theo mặt hàng như thuốc,trang sức hoặc hàng hóa nguy hiểm

- Điều khiển trong công nghiệp – Industrial Control.

+ Các ứng dụng M2M: kiểm soát tài sản và các máy tự chẩn đoán

+ Chất lượng không khí trong nhà: giám giá khi độc và mức độ khí oxi trong cácthiết bị hóa học để đảm bảo cho công nhân và hàng hóa an toàn

+ Giám sat nhiệt độ: kiểm soát nhiều độ trong công nghiệp và tủ y học với hànghóa nhạy cảm

+ Sự có mặt của khí Ozone: kiểm soát mức độ khí Ozone trong khi làm khô các sảnphẩm thịt trong các nhà máy thực phẩm

+ Định vị trong nhà: vị trí các tài sản trong nhà bằng cách sử dụng các thẻ tích cự(ZigBee) và bị động (RFID/NFC)

+ Các phương tiện tự trẩn đoán: thu thập thông tin từ CanBus để gửi các cảnhbáo thời gian thực để nhanh chóng đưa lời khuyên cho lái xe

- Nông nghiệp thông minh.

+ Tăng chất lượng rượi: giám sát độ ẩm đất và đường kính rương trong vườn nho

để kiểm soát lượng đường trong nho và sức khỏe nho

+ Nhà thân thiện môi trường: kiểm soát điều kiện thời tiết nhỏ để tăng sản lượngrau quả và chất lượng của chúng

+ Gold Courses: lựa chọn thủy lợi trong các vùng khô để giảm lượng tài nguyênnước yêu cầu trong hệ thống

+ Mạng lưới trạm thời tiết: nghiên cứu các điều kiện thời tiết trong vùng để dựbáo băng, mưa, hạn hán, tuyết và tốc độ gió

+ Phân trộn: điều khiển độ ẩm và mức nhiệt trong cỏ linh lăng, cỏ khô và rơm…

để chống lại nấm và các chất chứa vi khuẩn

- Nông trại gia súc thông minh – Smart Animal Farming.

+ Chăm sóc con cháu: kiểm soát các điều kiện phát triển của con cháu trong trangtrại gia súc để đảm bảo sống sót và khỏe mạng

+ Theo dõi gia súc: vị trí và định danh của các gia súc trên đồng cỏ và phạm vichăn thả

+ Mức độ khí độc: nghiên cứu thông hơi và chất lượng không khi trong các nôngtrại và phát hiện khí có hại

- Chăm sóc sức khỏe – eHealth.

+ Phát hiện ngã: giúp đỡ người già hoặc người tàn tật sống độc lập

+ Các tủ thuốc: giám sát các điều kiện bên trong tủ lạnh lưu trữ vaccine, thuốc, vàcác yếu tố hữu cơ,

+ Chăm sóc vận động viên: giám sát các dấu hiệu trong trung tâm chăm sóc.+ Giám sát bệnh nhân: giám sát điều kiện của các bênh nhân trong bệnh viện vàtại nhà họ

+ Bức xạ tử ngoại: đo lường lượng tia mặt trời UV để cảnh bảo mọi người khôngphơi nắng trong nhưng giờ nhất định

3 Kiến trúc hệ thống

a Định nghĩa.

IoT là một bộ phận được tích hợp của Future Internet và được định nghĩa nhưmột cơ sở hạ tầng mạng toàn cầu năng động với khả năng tự cấu hình dựa trên tiêuchuẩn và các giao thức truyền thông tương thích trong đó các vật thực và ảo có danhtính, thuộc tính vật lý và tính cách ảo và sử dụng giao diện thông minh, và được tích hợphoàn toàn vào trong mạng lưới thông tin

Trong IoT, ‘things’ được dự tính trở thành các người tham dự trong các hoạt độngkinh doanh, thông tin và các quá trình xã hội trong đó chúng được tương tác và liên lạcvới nhau và với môi trường bằng cách trao đổi dữ liệu và thông tin ‘cảm nhận được’ vềmôi trường, trong khi tự phản ứng với các sự kiện thế giới thực và tạo ra tương tác bằngcách chạy các tiến trình mà kích hoạt các hoạt động và tạo ra các dịch vụ có hoặc không

có sự tác động của con người

Các giao diện trong hình thức của các dịch vụ dễ dàng tương tác với các vậtthông minh qua Internet, truy vấn và thay đổi trạng thái của chúng và bất kỳ thông tinliên quan với chúng, tham gia bảo mật tài khoản và các vấn đề riêng tư

Tầm nhìn của Internet tương lai dựa trên các giao thức truyền thông lưu ý đến sựhợp nhất của mạng máy tính, Internet of Media – IoM, Internet of Services – IoS, vàInternet of things – IoT vào trong một nền tảng IT toàn cầu của mạng và các thứ đượcnối mạng.

IoS chỉ một thành phần nền tảng phần mềm được sử dụng qua các mạng khácnhau và Internet: SOA, Web/Enterprise 3.0/X.0, Enterprise Interoperability, Service Web,Grid Services and Semantic Web.

IoM xác định các thách thức trong mã hóa video mở rộng và xử lý video 3D, game

di động

Mạng tương lai sẽ gồm cơ sở hạ tầng mạng công cộng/ cá nhân và khả năng mởrộng cả thiện bằng ‘things’ đặt gần nhau và kết nối với nhau Các kết nối không chỉ giữacon người mà giữa con người với môi trường

Truyền thông được xem như giữa nhiều thiết bị đầu cuối và các trung tâm dữ liệu(dữ liệu nhà, điện toán đám mây…) Tăng khả năng lưu trữ và tính sẵn sang kết nối

Anytime Any context

Anyone Anybody

Anything Any Devices

Any Place Anywhere

Any Path Any Network

Any Service Any Business IoT

Các thiết bị đầu cuối có thể tạo mạng liên lạc cục bộ và có thể phục vụ như cầunối giữa các mạng truyền thông.

IoT tạo ra mạng lưới năng động của hàng tỷ hoặc nghìn tỷ các ‘things’ kết nốikhông dây liên lạc với nhau và hợp thành sự phát triển Pervasive Computing, UbiquitousComputing and Ambient Intelligence

Các ứng dụng, các dịch vụ, các phần phần trung gian, các mạng và thiết bị đầucuối sẽ kết nối theo các cách hoàn toàn mới Các thiết bị đầu cuối được kết nối tạo racác kết nối giữa các ‘things’, cho phép người sử dụng giám sát vị trí, điều kiện và trạngthái của họ, cũng như gửi các yêu cầu và hướng dẫn cho họ

IoT mang lại nhiều lợi ích cho hoạt động kinh doanh: các giải pháp quản lý tài sản

và sản phẩm ở mức cao, quản lý chu trình được cải thiện, tăng cường hợp tác giữa cáccông ty

Hoàn thiện các cảm biến và khả năng các thiết bị sẽ cho phép xử lý các vấn đềphát sinh để nâng cao hiệu năng, khả năng mở rộng và ra quyết định cục bộ VD: cáccảm biến với thuật toán thông minh sử dụng để giám sát sức khỏe bệnh nhân hoặc điềukiện của phương tiện giao thông, để phát hiện sớm các dấu hiệu và ra quyết định phùhợp

IoT cho phép con người và mọi thứ kết nối mọi lúc, mọi nơi, tại bất kỳ đâu và bất

kỳ ai, sử dụng bất kỳ kết nối mạng nào và dịch vụ gì Mọi thứ từ cá nhân, tổ chức, xã hội,vật thể, sản phẩm, dữ liệu, dịch vụ, các quá trình sẽ được kết nối trong IoT

Cơ sở hạ tầng IoT cho phép liên kết giữa các đối tượng thông minh (robot diđộng, cảm biến không dây…), các kỹ thuật mạng cảm biến, con người, sử dụng giao thứctruyền thông khác nhau nhưng tương thích và thu được một mạng lưới đa phươngthức / không đồng nhất năng động có thể được triển khai ở những nơi không thể tiếpcận, hoặc không gian xa (giàn khoan dầu, mỏ, rừng, đường hầm, đường ống, vv) hoặc

trong trường hợp khẩn cấp, tình huống nguy hiểm (động đất, hỏa hoạn, lũ lụt, khu vựcbức xạ, vv) Trong cơ sở hạ tầng này, các thực thể khác nhau hoặc "things" phát hiện vàkhám phá lẫn nhau và học cách tận dụng lợi thế dữ liệu của nhau bằng cách tổng hợpcác nguồn lực và tăng cường đáng kể phạm vi và độ tin cậy của các dịch vụ đưa đến

"Things" trong tầm nhìn IoT sẽ ảnh hưởng lẫn nhau phụ thuộc của khả năng hoạtđộng của chúng (ví dụ tính toán sức mạnh xử lý, kết nối mạng, tiềm năng sẵn có, vv)cũng như trong ngữ cảnh và tình huống (thời gian, không gian vv) và sẽ tích cực tham giavào các quá trình khác nhau Một số thuộc tính của chúng, hành động và tham gia trongviệc được nhóm theo năm lĩnh vực và trình bày trong bảng 1

Trong kiến trúc IoT, thông minh trung gian sẽ cho phép tạo ra một bản đồ độngcủa thế giới thực / vật lý trong không gian kỹ thuật số / ảo bằng cách sử dụng một giảipháp không gian và thời gian mạnh và kết hợp các đặc điểm của mạng cảm biến khắpnơi và "things" khác

b Các thành phần liên quan.

IoT và các lĩnh vực nghiên cứu liên quan.

c Kiến trúc.

Kịch bản tổng thể IoT bao gồm các công ty, các tổ chức công cộng và con người.

Mục tiêu cho kiến trúc IoT tương lai hướng tới là:

- Cơ sở hạ tầng mở, có khả năng mở rộng, linh hoạt và có tính bảo mật cho IoT

Kiến trúc mạng EPCglobal hiện chỉ là một dạng của IoT tương lai Tuy nhiên tính

mở, khả năng mở rộng và an ninh có thể đảm bảo, mạng EPCglobal là kiến trúc toàn diện

và hứa hẹn nhất hiện tại Sự sẵn có của các tiêu chuẩn mở và miễn phí và các miễn phícác thi hành mã nguồn mở cho kiến trúc mạng EPCglobal đóng vai trò quan trọng trong

sự phát triển của nó Các mở rộng khác, như hỗ trợ các lược đồ nhiều định danh, cácdịch vụ khám phá liên hiệp, sự tích hợp truyền động và các tác tử phần mềm để phânquyền dữ liệu và đưa ra quyết định, có thể mở rộng xa hơn các chức năng của mạngEPCglobal

Tầm nhìn của IoT tương lai bao gồm các dịch vụ thông tin IoT mở rộng dựa trênEPC Information Services Sự mở rộng là cần thiết để cung cấp sự hỗ trợ lớn hơn cho cácđịnh danh khác, dữ liệu động và tĩnh bổ sung, hỗ trợ bộ truyền động, tích hợp tác tửphần mềm, sự tích hợp của các thiết bị không có IP và khả năng offline Cụ thể, tầm nhìnbao gồm các thành phần sau:

- Hỗ trợ dữ liệu tĩnh mở rộng - Extend static data support:

- Sự tích hợp dữ liệu động – Intergration of dynamic data: mang thế giới thực và

ảo gần nhau hơn để có thể cảm nhận các điều kiện môi trường cũng như trạng thái củathiết bị

- Hỗ trợ các thiết bị không IP – Support for non-IP devices: tích hợp vào IoT quacác cổng vào

- Sự tích hợp của giao diện truy cập – Intergration of an actuator interface:

- Sự tích hợp có tùy chọn của các tác tử phần mềm – Optional Intergration ofsoftware agents: sự phức tạp của các mạng hỗ trợ toàn cầu đòi hỏi nhiều sự phân quyền

và ra quyết định tự động Các tác tử phần mềm đã được nghiên cứu rộng rãi nhưngchưa được chấp nhận đáng kể trong ngành công nghiệp Lý do cho điều này có thể là sựthiếu chuẩn hóa Một giao diện chuẩn hóa trong IoT sẽ giúp thúc đẩy việc sử dụng cáctác tử phần mềm

- Các dịch vụ khám phá liên hiệp, mở rộng – Entended, feferared discoveryservices: cần thiết để quản trị mở, khả năng mở rộng và lựa chọn dịch vụ tìm kiếm trongIoT

- Đồng bộ dữ liệu để hỗ trợ offline: mạng EPCglobal yêu cầu kết nối online đểtruy cập dữ liệu liên quan tới các sản phẩm được xác định Trong một số trường hợp kếtnối không được đảm bảo Đồng bộ dữ liệu là cần thiết để hỗ trợ các kịch bản di động và

ra quyết định phân quyền

- Giao diện tới các dịch vụ thanh toán: để cho phép cạnh tranh giữa các nhàcung cấp dịch vụ thanh toán, một giao diện chuẩn hóa tới các dịch vụ là cần thiết Giaodiện thanh toán này cho phép cân đối chi phí và lợi ích cũng như các mô hình kinh doanhmới và các cơ hội tạo doanh thu cho doanh nghiệp và người sử dụng dựa trên thươngmại nhỏ các thông tin trong IoT

Kiến trúc EPCglobal mở rộng cho IoT tương lai.

Hình ảnh trên là sự tích hợp các cảm biến, các bộ truyền động và các tác tử phầnmềm được kết nối với Internet of Things Information Service – IoT IS Các bộ phần của

cơ sở hạ tầng nay có thể là di động hoặc gián đoạn, do đó đòi hỏi các phương pháp đồng

- EPC-IS: là dịch vụ dựa trên mạng cho phép lưu trữ, quản lý và truy cập tớithông tin sản phẩm được cho phép bởi RFID

- EPC Discovery Service: cho phép giám sát theo dõi qua mạng EPCglobal

- EPC Security Frameword: cung cấp hệ thống phân cấp xác thực và mạng lướiđối tác thương mại cá nhân

B Mạng cảm biến không dây.

Có 4 thành phần cơ bản cấu tạo nên một mạng cảm biến:

- Các cảm biến được phân bố theo mô hình tập trung hoặc phân bố.

- Mạng lưới liên kết giữa các cảm biến.

- ĐIểm trung tâm tập hợp dữ liệu.

- Bộ phận xử lý dữ liệu ở trung tâm

2 Các thành phần cấu tạo.

Mỗi nút cảm biến

Cấu thành bởi 4 thành phần cơ bản:

Đơn vị cảm biến, đơn vị xử lý , đơn vị truyền dẫn và bộ nguồn Các đơn vị cảmbiến bao gồm cảm biến và bộ chuyển đổi tương tự số Dựa trên những hiện tượng quansát được, tín hiệu tương tự tạo ra bởi sensor được chuyển sang tín hiệu số bằng bộ ADC,sau đó được đưa vào bộ xử lý

Đơn vị xử lý thường được kết hợp với bộ lưu trữ nhỏ (storage unit), quyết địnhcác thủ tục làm cho các nút kết hợp với nhau để thực hiện các nhiệm vụ định sẵn Phầnthu phát vô tuyến kết nối các nút vào mạng.

Một trong số các phần quan trọng nhất của một nút mạng cảm biến là bộnguồn Các bộ nguồn thường được hỗ trợ bởi các bộ phận lọc như là tế bào năng lượngmặt trời Ngoài ra cũng có những thành phần phụ khác phụ thuộc vào từng ứng dụng.Hầu hết các kĩ thuật định tuyến và các nhiệm vụ cảm biến của mạng đều yêu cầu có độchính xác cao về vị trí Các bộ phận di động đôi lúc cần phải dịch chuyển các nút cảmbiến khi cần thiết để thực hiện các nhiệm vụ đã ấn định Tất cả những thành phần nàycần phải phù hợp với kích cỡ từng module Ngoài kích cỡ ra các nút cảm biến còn một

số ràng buộc nghiêm ngặt khác, như là phải tiêu thụ rất ít năng lượng, hoạt động ở mật

độ cao, có giá thành thấp, có thể tự hoạt động, và thích biến với sự biến đổi của môitrường

Mạng cảm biến.

Mô hình cấu trúc mạng cảm biến thường dùng: các cảm biến liên kết theo giaothức Multihop, phân chia Cluster chọn ra node có khả năng nhất làm node trung tâm, tất

cả các node loại này sẽ truyền về node xử lý chính

Mạng cảm biến có một số đặc điểm sau:

- Có khả năng tự tổ chức, yêu cầu ít hoặc không có sự can thiệp của con người;

- Truyền thông không tin cậy, quảng bá trong phạm vi hẹp và định tuyếnmultihop;

- Triển khai dày đặc và khả năng kết hợp giữa các nút cảm biến;

- Cấu hình mạng thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào fading và hư hỏng ở cácnút;

- Các giới hạn về mặt năng lượng, công suất phát, bộ nhớ và công suất tính toán.Chính những đặc tính này đã đưa ra những chiến lược mới và những yêu cầu thayđổi trong thiết kế mạng cảm biến

Các phần mềm: Hệ điều hành và ứng dụng trung gian.

Các giao thức truyền thông.

Giao thức mạng cảm biến gồm giao thức truyền thông và giao thức quản lý.

- Lớp 1: lớp vật lý Các quy ước về kênh truyền, cảm biến, xử lý tín hiệu

- Lớp 2: liên kết dữ liệu Các cấu trúc khug, định thời

a Cấu trúc phẳng

Trong cấu trúc phẳng (flat architecture), tất cả các nút đều ngang hàng và đồngnhất trong hình dạng và chức năng Các nút giao tiếp với sink qua multihop sử dụng cácnút ngang hàng làm bộ tiếp sóng Với phạm vi truyền cố định, các nút gần sink hơn sẽđảm bảo vai trò của bộ tiếp sóng đối với một số lượng lớn nguồn Giả thiết rằng tất cảcác nguồn đều dùng cùng một tần số để truyền dữ liệu, vì vậy có thể chia sẻ thời gian.Tuy nhiên cách này chỉ có hiệu quả với điều kiện là có nguồn chia sẻ đơn lẻ, ví dụ như

thời gian, tần số

b Cấu trúc tầng

Trong cấu trúc tầng (tiered architecture), các cụm được tạo ra giúp các tài nguyên trongcùng một cụm gửi dữ liệu single hop hay multihop (tùy thuộc vào kích cỡ của cụm) đếnmột nút định sẵn, thường gọi là nút chủ (cluster head) Trong cấu trúc này các nút tạothành một hệ thống cấp bậc mà ở đó mỗi nút ở một mức xác định thực hiện các nhiệm

vụ đã định sẵn

- Mạng đơn bước và đa bước – single-hop and multihop.

- Mạng không tự cấu hình và tự cấu hình

- Mạng đồng nhất và hỗn tạp

5 Ứng dụng

Trong những năm gần đây, các nghiên cứu về WSN đã đạt được bước pháttriển mạnh mẽ, các bước tiến từ các nghiên cứu hứa hẹn tác động lớn đến các ứng dụngrộng rãi trong các lĩnh vực an ninh quốc gia, chăm sóc sức khỏe, môi

trường, năng lượng, an toàn thực phẩm và sản xuất

- Thương mại: điều khiển trong môi trường văn phòng, điều khiển nhiệt độ, tiêuthụ điện năng

- Công nghiệp: quản lý hệ thống trong công nghiệp, hàng hóa, kho…

- Giao thông: giám sát phương tiện, lưu lượng giao thông, xử lý tắc nghẽn…

- Quân sự: theo dõi mục tiêu, quan sát chiến trường, các nguy cơ tấn côngnguyên tử, sinh hóa.

- Môi trường: giám sát cháy rừng, dự báo thảm họa, biến đổi khí hậu, bão lũ,động đất

- Y học: giám sát bệnh nhân, quản lý thuốc

- Gia đình: nhà thông minh, các hệ thống điện nước…

II Các kỹ thuật truyền dẫn.

Có nhiều giao thức không dây được sử dụng rộng rãi: 802.15.1 - Bluetooth,802.11a/b/g/n - wireless LAN, 802.15.4 – ZigBee, 802.16 – WiMax và kỹ thuật nhận dạngbằng song vô tuyến RFID

1 Bluetooth.

Kỹ thuật này ban đầu sử dụng cho các thiết bị di động và được mở rộng ra cácthiết bị khác

Kỹ thuật này sử dụng cho mạng WSNs bị giới hạn

Đặc điểm: công suất tiêu thụ thấp, giá thành thấp, kết nối giữa các thiết bị đơngiản Tốc độ truyền được cải thiện qua các version

2 WLAN.

Mạng WLAN có tốc độ cao và cung cấp cho lượng lớn người dùng

Cung cấp QoS cao qua giao tiếp không dây

Bảo mật được cải thiện và đảm bảo