Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu iot ở việt nam (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Quý Thành Trung NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN KIẾN TRÚC THAM CHIẾU CHO INTERNET OF THINGS (IoT) Ở VIỆT NAM Chun ngành: Hệ thống thơng tin Mã số: 8480104 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2018 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hà Hải Nam Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: Thư viện Trường Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Những năm trở lại đây, giới khơng cịn xa lạ với xu hướng công nghệ gọi Internet of Things (IoT) Có nhiều định nghĩa, khái niệm IoT, nhiên chưa có khái niệm chấp nhận rộng rãi IoT Có thể nói cách đơn giản, IoT khái niệm để thiết bị có khả kết nối với nhau, kết nối với Internet tạo nên mạng lưới thiết bị phục vụ cho sống người Kể từ xuất đến nay, IoT sử dụng nhiều sản phẩm, công nghệ ứng dụng thông minh phục vụ cho sống người tương lai, kể đến như: ngồi nhà thông minh, điện thoại thông minh, phương tiện thông minh, thành phố thông minh, bệnh viện thông minh… Tuy nhiên, vấn đề mà tất nhà phát triển, cung cấp sản phẩm IoT gặp phải khả giao tiếp, tương thích tích hợp sản phẩm, thiết bị IoT Chính vấn đề mà việc phát triển IoT mang tính cục cao đơn vị phát triển, cung cấp sản phẩm, dịch vụ sử dụng tiêu chuẩn riêng Điều dẫn đến việc mở rộng phạm vi sản phẩm, ứng dụng IoT khó khăn yếu tố ngăn cản phát triển IoT tình hình Đã có nhiều buổi hội thảo, tọa đàm, diễn đàn đề xuất việc cần thiết phải đưa tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu thống IoT tồn giới Qua nêu bật tầm quan trọng việc thiết bị IoT khác phải có khả giao tiếp cung cấp thông tin đáng tin cậy cách thống chuẩn mực Đây tiền đề yếu tố tối cần thiết muốn phát triển IoT lên tầm cao mới, khái niệm như: bệnh viện thông minh, trường học thơng minh, thành phố thơng minh… Vì vậy, tiêu chuẩn chung IoT điều mà tổ chức, nhà sản xuất, cung cấp sản phẩm IoT giới quan tâm vào lúc Từ đề thực tiễn nêu trên, lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT Việt Nam” Đề tài tập trung nghiên cứu tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT, đưa nguyên lý xây dựng khuyến nghị tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT Việt Nam Nội dung nghiên cứu bố cục đề tài: - Phần Mở Đầu - Chƣơng 1: Tổng quan tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT Tìm hiểu định nghĩa, khái niệm IoT tổ chức, đơn vị phát triển công nghệ lớn giới Các đặc điểm đặc trưng hệ thống IoT Nghiên cứu tổng quan kiến trúc tham chiếu IoT, yêu cầu chung, vấn đề khía cạnh cần có kiến trúc tham chiếu IoT 2 - Chƣơng 2: Nghiên cứu tình hình xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT Nghiên cứu, so sánh, đánh giá kiến trúc tham chiếu IoT số tổ chức, đơn vị phát triển công nghệ giới: Microsoft Azure IoT RA, WSO2 IoT RA Nghiên cứu tình hình phát triển IoT tổ chức, đơn vị doanh nghiệp ICT nước, đánh giá trạng nhu cầu chuẩn hóa kiến trúc tham chiếu cho IoT Việt Nam - Chƣơng 3: Khuyến nghị tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT Việt Nam Nghiên cứu, phân tích yêu cầu chung, khía cạnh kiến trúc tham chiếu IoT, tiêu chuẩn, quy chuẩn cần có kiến trúc tham chiếu IoT, từ đề xuất nguyên lý xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT Xây dựng khuyến nghị tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT Việt Nam - Kết luận CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TIÊU CHUẨN KIẾN TRÚC THAM CHIẾU IOT 1.1 Internet of things gì? 1.1.1 Khái niệm Các định nghĩa IoT từ vài tổ chức tiêu biểu International Telecommunication Union (ITU-T): IoT sở hạ tầng toàn cầu cho xã hội thông tin, cho phép triển khai dịch vụ tiên tiến cách kết nối vật thể (vật lý ảo) dựa thông tin hợp tác cơng nghệ truyền thơng sẵn có phát triển Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE): IoT thực việc trao đổi thông tin trạm thuê bao với máy chủ mạng lõi (thông qua trạm sở) mà khơng có tương tác người The European Telecommunications Standards Institute (ETSI): IoT truyền thông hai hay nhiều thực thể mà không thiết cần đến can thiệp trực tiếp người Internet Engineering Task Force (IETF): IoT mạng toàn cầu kết nối đối tượng với địa riêng, dựa giao thức truyền thông tiêu chuẩn International Organisation for Standardisation (ISO): IoT sở hạ tầng dành cho vật thể, người, hệ thống nguồn thông tin kết nối với nhau, với dịch vụ thông minh phép chúng xử lý thông tin phản ứng giới vật lý giới ảo 1.1.2 Các đặc tính IoT có đặc tính sau: a Các đặc tính hệ thống, bao gồm: tự cấu hình, phân tán, mạng truyền thơng đa dạng, thời gian thực, tự mơ tả b Các đặc tính dịch vụ, bao gồm: nhận diện nội dung, nhận diện bối cảnh, tính kịp thời c Các đặc tính thành phần, bao gồm: kết hợp, tìm kiếm, mơ-đun, kết nối mạng, chia sẻ, nhận dạng d Các đặc tính khác, bao gồm: đặc điểm liệu (dung lượng, tốc độ, tin cậy, biến đổi, đa dạng), không đồng nhất, mở rộng, tin cậy 1.2 Kiến trúc tham chiếu IoT 1.1.1 Tổng quan Kiến trúc tham chiếu IoT (IoT RA) kiến trúc mức hệ thống mang tinh khái quát chung, tổng quát cho hệ thống IoT có sử dụng chung miền IoT RA cung cấp điểm khởi đầu quán để phát triển triển khai giải pháp kiến trúc cho hệ thống IoT cho tất hệ thống tạo có điểm chung sau: - Nhất quán tổ hợp thành phần mảng thiết kế hệ thống; - Giảm chi phí cách tận dụng tối đa việc tái sử dụng dịch vụ, sản phẩm, liệu, định nghĩa, vv; - Giảm thời gian cách bắt đầu với IoT RA điều chỉnh cho kiến trúc hệ thống IoT mục tiêu; - Giảm nguy cách: Kết hợp khả toàn cầu cần thiết; Tận dụng học kinh nghiệm chuyên môn liên quan nhúng IoT RA 1.1.2 Đối tượng mục tiêu Tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT cung cấp mơ hình khái niệm (CM), mơ hình tham chiếu (RM) kiến trúc tham chiếu (RA) từ góc nhìn kiến trúc khác Kiến trúc tham chiếu IoT phục vụ mục tiêu sau: - Mơ tả đặc tính hệ thống IoT; - Xác định miền hệ thống IoT; - Mô tả CM, RM hệ thống IoT; góc nhìn kiến trúc IoT; - Mô tả khả tương tác thực thể hệ thống IoT IoT RA hỗ trợ mục tiêu chuẩn hóa quan trọng sau đây: - Tạo tiêu chuẩn mang tính quốc tế chặt chẽ cho IoT; - Cung cấp thông tin tham chiếu độc lập công nghệ để xác định tiêu chuẩn cho IoT; - Khuyến khích cởi mở minh bạch trình phát triển kiến trúc hệ thống IoT việc xây dựng hệ thống IoT IoT RA hướng đến mục đích sau: - Tạo thuận lợi cho hiểu biết cấu trúc tổng thể hệ thống IoT; - Minh hoạ cung cấp kiến thức IoT RA với quan điểm kiến trúc khác nhau; - Cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật phép cộng đồng quốc tế hiểu, thảo luận, phân loại so sánh hệ thống IoT; - Tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích kịch hoạt động/ứng dụng bao gồm luồng liệu/thông tin cụ thể 1.3 Xu tiêu chuẩn hóa giới liên quan đến kiến trúc tham chiếu cho IoT Một số tổ chức đưa tài liệu khác có nội dung kiến trúc tham chiếu IoT Đó là: nháp tiêu chuẩn IoT RA ISO [1], tài liệu kiến trúc tham chiếu cho internet cơng nghiệp (IIRA) [2], mơ hình kiến trúc tham chiếu cho công nghiệp 4.0 (RAMI 4.0) [3], nháp kiến trúc web cho vạn vật (WoT Architecture) [4] CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CHUẨN KIẾN TRÚC THAM CHIẾU IOT HIỆN NAY 2.1 Nghiên cứu đánh giá, so sánh số kiến trúc tham chiếu IoT giới 2.1.1 Kiến trúc tham chiếu IoT Microsoft Azure a Kiến trúc tham chiếu IoT Microsoft Azure Hình 1: Kiến trúc tham chiếu cho IoT Microsoft Azure Hình kiến trúc khái niệm mức cao Microsoft Azure IoT Kiến trúc gồm dịch vụ tảng cốt lõi thành phần mức ứng dụng, cung cấp giải pháp xử lý cho hệ thống IoT điển hình Các thành phần kiến trúc gồm nội dung sau: cách thức kết nối thiết bị, nhận dạng thiết bị, đăng ký thiết bị, cấp phép cho thiết bị, trạng thái thiết bị, luồng liệu xử lý luồng, giải pháp UX, tích hợp hệ thống nghiệp vụ b Đánh giá Kiến trúc tham chiếu Microsoft Azure IoT đưa mơ hình kiến trúc cho giải pháp IoT dựa tảng Microsoft Azure (hệ thống đám mây cung cấp dịch vụ cơng nghệ thơng tin Microsoft) Mục đích kiến trúc cung cấp tầm nhìn hướng dẫn cho khách hàng, đối tác Microsoft, người sử dụng cung cấp dịch vụ IoT tảng Microsoft Azure Do vậy, kiến trúc tham chiếu sử dụng tài liệu tham khảo chưa đủ yếu tố để trở thành tiêu chuẩn chung cho hệ thống IoT 2.1.2 Kiến trúc tham chiếu IoT WSO2 a Kiến trúc tham chiếu cho IoT WSO2 WSO2 đưa mơ hình kiến trúc tham chiếu cho IoT hình 2: Hình 2: Kiến trúc tham chiếu cho IoT WSO2 Các thành phần kiến trúc tham chiếu IoT WSO2 gồm có: lớp thiết bị, lớp truyền thơng, lớp tổ hợp/kênh, lớp xử lý phân tích kiện, lớp truyền thông nội/ngoại, lớp quản lý thiết bị, lớp quản lý nhận dạng truy nhập b Đánh giá Kiến trúc tham chiếu cho IoT WSO2 WSO2 khuyến cáo sử dụng tảng WSO2 (WSO2 Platform), tảng mã nguồn mở dạng mô-đun phát triển hồn tồn WSO2 theo mơ hình đám mây Nền tảng cung cấp kiến trúc tổng quan phía máy chủ, bao gồm cổng kết nối số thành phần tham chiếu cho lớp thiết bị Kiến trúc tham chiếu cho IoT WSO2 mô tả đầy đủ, nhiên mức tổng quát thiếu quy chuẩn cụ thể để sử dụng làm tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu chung cho hệ thống IoT 2.2 Đánh giá trạng nhu cầu chuẩn hóa kiến trúc tham chiếu cho IoT Việt Nam 2.2.1 Hiện trạng phát triển IoT Việt Nam IoT tạo cách mạng công nghệ 4.0 giới Việt Nam khơng nằm ngồi xu Rất nhiều tổ chức, doanh nghiệp, đơn vị nghiên cứu phát triển Việt Nam bước đầu hình thành nên sản phẩm IoT Bên cạnh đó, cịn trở thành xu hướng khởi nghiệp giới trẻ cộng đồng đam mê công nghệ vài năm trở lại Trước phát triển nóng đó, IoT cần có quan tâm, hỗ trợ từ phía quan quản lý nhà nước chế, sách để tạo bước phát triển đột phá Bộ Thông tin Truyền thông ban hành thông tư 01/2017/TT-BTTTT danh mục sản phẩm công nghệ thông tin trọng điểm có sản phẩm IoT Đây bước quan trọng, tạo tiền đề việc xây dựng hành lang pháp lý môi trường phát triển IoT Việt Nam tương lai 7 2.2.2 Nhu cầu chuẩn hóa kiến trúc tham chiếu cho IoT Hiện tồn nhiều tiêu chuẩn mang tính quốc tế, khu vực, địa phương có liên quan đến tương ứng với hệ thống IoT (ví dụ: mạng cảm biến, mạng điều khiển, cảm biến/đầu dị thơng minh, RFID, giao thức, hệ thống thông tin di động, loại mạng vô tuyến hữu tuyến, phần mềm, hệ thống trung gian, v.v.) Tuy nhiên, đến thời điểm chưa có tiêu chuẩn mang tính chuyên dụng thực tiễn nhằm hướng dẫn việc thiết kế, phát triển triển khai hệ thống IoT Nếu thiếu tiêu chuẩn định hướng cho hệ thống IoT từ giai đoạn đầu q trình phát triển cơng nghệ IoT, mục tiêu IoT việc xây dựng kiến trúc chung/mở khả tương tác loại hệ thống IoT khác trở nên khó khăn để đạt Đây lý phải xây dựng phát triển kiến trúc tham chiếu cho IoT Kiến trúc tham chiếu không cung cấp hướng dẫn kiến trúc hệ thống tổng quát với yêu cầu chung, mà cịn phải nhà phát triển IoT tồn cầu chấp nhận hỗ trợ 2.2.3 Khả áp dụng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT giới Việt Nam Hiện nay, có số tổ chức, hiệp hội doanh nghiệp lớn lĩnh vực ICT đưa tiêu chuẩn kiến trúc chung IoT riêng Tuy nhiên, tiêu chuẩn đưa mang tính chất, đặc thù riêng dựa quan điểm, nhận định tảng công nghệ, thiết bị tổ chức, đơn vị Chính vậy, áp dụng trực tiếp tiêu chuẩn cho hệ thống IoT Việt Nam gặp khó khăn, vướng mắc định khác biệt trạng tảng ICT Việt Nam CHƢƠNG 3: KHUYẾN NGHỊ TIÊU CHUẨN KIẾN TRÚC THAM CHIẾU CHO IOT Ở VIỆT NAM 3.1 Nghiên cứu, đề xuất nguyên lý xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT 3.1.1 Các vấn đề chung a Các yêu cầu chung Các yêu cầu hệ thống IoT xác định nhân tố SDOs, liên doanh nhà sản xuất khác Kiến trúc cần mô tả hệ thống hệ thống cho IoT, thành phần có liên quan, mối quan hệ chúng, thuộc tính biểu bên chúng Đối với số ứng dụng, yêu cầu cụ thể quan trọng cho việc triển khai thành công, là: tuân thủ quy định, tự chủ, tự cấu hình, khả mở rộng, khả phát hiện, tính khơng đồng nhất, nhận dạng nhất, hữu dụng, giao diện chuẩn hóa, xác định thành phần, kết nối mạng, thời gian thực, vị trí, ngữ cảnh, nội dung, bảo mật, tin cậy, mô-đun, kế thừa, quản trị b Các khía cạnh cần có Tiêu chuẩn IoT RA cần phải đề cập đến khía cạnh sau đây: khả tương tác thực thể IoT, lớp dịch vụ, giao tiếp không giới hạn, sở hạ tầng tài nguyên, thành phần thiết bị, phạm vi, khía cạnh phi kỹ thuật, khía cạnh kiến trúc, khía cạnh nghiệp vụ, khía cạnh truyền thơng, khía cạnh vật thể, khía cạnh mạng số khía cạnh khác… c Các đặc tính cần có Kiến trúc tham chiếu IoT cần có đặc tính sau: kiến trúc rộng , bao hàm tất cả; thích ứng kỹ thuật với hệ thống; xác định thực thể giao diện; quy trình trình bày rõ ràng phương pháp luận tốt; phương pháp tiếp cận từ xuống, mơ hình tham chiếu hai cấp; bảo mật hỗ trợ đặc tính liên quan đến sẵn sàng tồn vẹn; tính mơ đun, khả mở rộng hợp tác; sử dụng phương pháp tiếp cận có tinh trung lập; linh hoạt cải tiến; bao trùm hệ thống IoT, truyền thông hướng tới khả áp dụng toàn cầu Một nhà thiết kế sử dụng IoT RA để phát triển kiến trúc hệ thống cho dịch vụ ứng dụng cụ thể, bắt đầu cách tích hợp thành phần sau: hệ thống IoT tương lai, truyền thông kiến trúc thông tin; lược đồ cho người dùng/ứng dụng gồm luồng liệu/thông tin; tham số giao tiếp yêu cầu hiệu suất chức năng, tính bảo mật, chất lượng dịch vụ (QoS)… 3.1.2 Nguyên lý xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT a Mơ hình khái niệm Mơ hình khái niệm sản phẩm mang tính trừu tượng cao, cung cấp hình ảnh trực quan khái niệm miền IoT để nhà đầu tư nhà phát triển biết hiểu góc nhìn mức cao thành phần kiến trúc hệ thống IoT Mơ hình khái niệm IoT điểm khởi đầu cho trình thiết kế phát triển kiến trúc tham chiếu IoT Mơ hình khái niệm IoT bao gồm: miền người dùng; miền vật thể; miền cảm biến truyền động; miền cung cấp dịch vụ; miền vận hành quản trị; miền trao đổi tài nguyên b Phương pháp mô tả phát triển kiến trúc tham chiếu IoT Hình minh họa phương pháp mô tả kiến trúc tham chiếu IoT để xây dựng tiêu chuẩn Hình 3: Mơ tả kiến trúc tham chiếu đƣợc sử dụng tiêu chuẩn IoT RA Các thực thể hiển thị cấp hệ thống coi thực thể cấp miền, kết nối giao diện ký hiệu từ E1 đến E4 Các thực thể nằm mức hệ thống thực thể miền với nhau, kết nối giao diện liên miền, ký hiệu từ B1 đến B6 Tất thực thể giao diện, cấp hệ thống cấp hệ thống con, mô tả đầy đủ cho IoT RA Sự phát triển mặt hệ thống kiến trúc tham chiếu với việc phát triển kiến trúc hệ thống tương ứng cho ứng dụng cụ thể (kiến trúc mục tiêu) minh họa hình Hình 4: Tiếp cận mặt ngữ nghĩa kiến trúc tham chiếu kiến trúc mục tiêu IoT RA cần phải kiến trúc tham chiếu động có tính phát triển để trở nên hữu ích hiệu cho nhà phát triển triển khai hệ thống IoT Quá trình phát triển IoT RA nên tính đến hệ thống kế thừa ứng dụng dịch vụ chúng, công nghệ xuất áp dụng cho hệ thống IoT, việc sử dụng lặp lại tinh chỉnh RA dựa trường hợp cụ thể ứng dụng IoT khác để đánh giá RA, lặp lại tinh chỉnh RA thông qua việc tương thích với hệ thống IoT có xây dựng ứng dụng dịch vụ chúng để đảm bảo việc đánh giá xác thực RA c Khung kiến trúc tham chiếu IoT Mục đích việc xây dựng khung IoT RA: Biểu diễn IoT RA theo cách mô tả quen thuộc kiến trúc tham chiếu liên quan khác; Khởi đầu cho kiến trúc tham chiếu hệ thống IoT (IoT SRA) kiến trúc tham chiếu truyền thơng IoT (IoT CRA); Hiển thị thành phần IoT cấu trúc lớp kết hợp phần vật lý, ảo, chức năng, logic với nhau; Xác định lĩnh vực tiêu chuẩn cần thiết hệ thống IoT cách hiển thị khoảng cách dạng chuẩn liệt kê chuẩn thiếu tiêu chuẩn yêu cầu; Liên kết tiêu chuẩn có liên quan với thực thể nằm khung IoT RA Chuẩn hóa lĩnh vực xác định từ khung IoT RA: Quy chuẩn – kiến trúc tham chiếu IoT (IoT RA); Quy chuẩn – hợp tác nguồn tài nguyên thành phần kết nối; Các chức tổng quát; Lớp hỗ trợ ứng dụng (ASL); Lớp thiết bị điểm cuối; Các quy chuẩn khác 10 3.1.3 Các kiến trúc tham chiếu IoT IoT RA mô tả ba kiến trúc tham chiếu IoT gồm (1) kiến trúc tham chiếu hệ thống IoT tổng quát (SRA), hỗ trợ cho ứng dụng dịch vụ dự kiến; (2) kiến trúc tham chiếu công nghệ truyền thông (CRA), sử dụng hệ thống IoT nhằm liên kết miền khác để truyền nhận liệu/thông tin; (3) kiến trúc tham chiếu công nghệ thông tin (IRA), triển khai cho hệ thống IoT cung cấp liệu/thông tin cần thiết cho nhiều người tiêu dùng liệu/thông tin khác nhau, sử dụng liên kết truyền thông/dữ liệu mô tả công nghệ truyền thông Các kiến trúc tham chiếu IoT trở thành kiến trúc hệ thống chuyên dịch vụ ứng dụng, kiến trúc hệ thống mục tiêu (ví dụ hệ thống nông nghiệp, hệ thống môi trường, hệ thống lưới điện thông minh, nhà thông minh, thành phố thông minh, vv.) mà RA thiết kế riêng cho tập yêu cầu cụ thể 3.2 Khuyến nghị tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT Việt Nam 3.2.1 Mơ hình khái niệm a Mục tiêu CM cung cấp cấu trúc chung định nghĩa nhằm mô tả khái niệm mối quan hệ thực thể hệ thống IoT Nó phải mang tính khái qt, ngắn gọn đơn giản Để đạt mục tiêu thi điều quan trọng làm rõ tảng hệ thống IoT việc trả lời câu hỏi sau: Mơ hình tổng thể thực thể IoT mối quan hệ chúng gì? Những khái niệm thường có hệ thống IoT gì? Mối quan hệ thực thể gì, đặc biệt thực thể số thực thể vật lý? Đâu nhân tố chính? Làm để thực thể dịch vụ cộng tác với qua mạng? b Mơ hình tổng qt 11 Hình 5: Mơ hình tổng quát khái niệm IoT CM Hình biểu diễn mơ hình tổng thể tất thực thể chủ chốt IoT định nghĩa CM, mối quan hệ tương tác chúng c Các khái niệm Các thực thể miền IoT Mọi thứ hệ thống IoT thực thể Để có khái niệm đơn giản thực thể IoT mối quan hệ chúng, định nghĩa bốn thực thể sau: vật thể (thực thể vật lý), người dùng (người dùng IoT), hệ thống số (thực thể số), mạng truyền thông (mạng) Thực thể thứ (cả vật chất phi vật chất) mà tồn độc lập riêng biệt Mỗi thực thể có thơng tin nhận dạng Miền nhóm thực thể có chung đặc điểm công việc Một miền bao gồm nhiều thực thể Một miền chứa miền Một miền tương tác với nhiều miền khác Thực thể số phần tử tính tốn liệu hệ thống IoT Các phần tử bao gồm ứng dụng, dịch vụ, thực thể ảo, kho liệu, thiết bị IoT cổng IoT Một thực thể số dạng đặc biệt thực thể Một thực thể số chứa thực thể số khác Thực thể vật lý vật thể có thực điều khiển truyền động và/hoặc giám sát cảm biến Một thực thể vật lý dạng đặc biệt thực thể Một thực thể vật lý chứa thực thể vật lý khác Người dùng IoT người sử dụng hệ thống IoT, người người Một người dùng IoT dạng đặc biệt thực thể đại diện cho người người dùng số Mạng sở hạ tầng kết nối thực thể số với nhau, cho phép truyền thông liệu thực thể Mạng dạng đặc biệt thực thể Nhận dạng Hầu hết thực thể IoT đặc biệt thực thể vật lý ("vật") có thơng tin nhận diện Giá trị định danh thuộc tính tên dùng để xác định thực thể công khai rộng rãi Thông thường, định danh có ý nghĩa ngữ cảnh cụ thể Một thực thể có nhiều định danh, nhiên phải có định danh bối cảnh nhận dạng cụ thể mà nhờ biết đến Dịch vụ, mạng, thiết bị cổng IoT Dịch vụ khái niệm trừu tượng Một dịch vụ thực nhiều thành phần hệ thống Một dịch vụ có nhiều cách triển khai khác Các thực thể tương tác qua mạng nhờ việc hiển thị đến nhiều điểm cuối mạng Mạng kết nối điểm cuối với Một dịch vụ không hiển thị đến điểm cuối, hiển thị đến nhiều điểm cuối mà từ thể mạng Một điểm cuối có nhiều giao diện mạng Các dịch vụ nằm cách xa mặt địa lý với tới điểm cuối thông qua giao diện mạng mạng truyền thông Người dùng IoT 12 Người dùng IoT người (người dùng thật) thành phần kỹ thuật số (người dùng số) Người dùng số bao gồm dịch vụ tự động hóa vận hành giống người dùng thật Một người dùng số tương tác với nhiều dịch vụ cách trực tiếp gián tiếp thơng qua điểm cuối Một người dùng thật tương tác thông qua nhiều ứng dụng Một ứng dụng dạng chuyên biệt dịch vụ tương tác với dịch vụ khác Thực thể ảo, thực thể vật lý thiết bị IoT Bộ truyền động cảm biến thiết bị IoT có liên hệ trực tiếp gián tiếp với thực thể vật lý Bộ truyền động hoạt động dựa thông tin số thu nhận để tác động (thay đổi) lên số thuộc tính thực thể vật lý Bộ cảm biến nhận diện số đặc tính thực thể vật lý chuyển đổi chúng thành thông tin dạng số truyền đạt Một thực thể vật lý gắn nhiều thẻ, cảm biến theo dõi thẻ thay giám sát thực thể vật lý Các truyền động cảm biến loại khác thiết bị IoT, chúng chuyển đổi rung động/chuyển động mặt vật lý thành chuyển động thuộc dạng khác 3.2.2 Mơ hình tham chiếu (RM) kiến trúc tham chiếu (RA) IoT a Mối quan hệ CM, RM RA Hình mơ tả liên tục mặt kiến trúc CM đến RM dựa thực thể RM dựa miền, tới quan điểm khác RA Sự liên tục mặt kiến trúc cách quán phải trì khơng mơ hình phân cấp (ví dụ, CM → RM → RA) mà cịn cập nhật tiến hóa theo thời gian; mô tả kiến trúc cần ghi lại cách rõ ràng Hình 6: Mối quan hệ CM, RM RA IoT b Các mô hình tham chiếu IoT (IoT RMs) RM dựa thực thể RM dựa thực thể hệ thống IoT biểu diễn Hình Hình minh họa tương tác thực thể việc sử dụng đường mũi tên Quá trình mô tả RM dựa thực thể IoT thực thể lược đồ: - Các thực thể vật lý vật có thật thực tế phần thiết yếu hệ thống IoT - Các loại thẻ khác gắn cho thực thể vật lý để hỗ trợ việc theo dõi nhận dạng thực thể - Các thiết bị IoT kết nối thực thể vật lý với hệ thống IoT Các thiết bị IoT bao gồm: Cảm biến, dùng để theo dõi quét thực thể vật lý nhằm lấy thông tin chúng; Thiết bị 13 truyền động, dùng để tác động thay đổi số thuộc tính thực thể vật lý dựa thơng tin số - - - - - Hình 7: Mơ hình tham chiếu IoT dựa thực thể Các thiết bị IoT truyền thông với qua mạng Thông thường, thiết bị IoT truyền thông cho mạng liền kề chuyên dụng có phạm vi tương đối ngắn hạn chế nguồn lượng việc xử lý thông tin Tuy nhiên, số thiết bị giao tiếp quy mô mạng internet cách sử dụng vài loại mạng truy cập Cổng IoT thường sử dụng hệ thống IoT Chúng tạo thành đường kết nối (các) mạng liền kề cục với mạng truy cập diện rộng Cổng IoT chứa thực thể khác cung cấp nhiều tính khác Cổng IoT thường bao gồm phận quản lý, cho phép cung cấp chức quản lý từ xa Trong hầu hết hệ thống IoT tồn nhiều loại ứng dụng dịch vụ khác nhau, với kho liệu cho loại Thơng thường có kho liệu thiết bị, nơi chứa liệu thu từ thiết bị IoT Hệ thống có kho liệu phân tích để chứa kết từ dịch vụ phân tích liệu thiết bị liệu từ nguồn khác Các ứng dụng, dịch vụ kho liệu khác dành cho việc vận hành quản lý hệ thống IoT Chúng bao gồm kho lưu trữ liệu đăng ký thiết bị với dịch vụ nhận diện thiết bị liền với nó, dịch vụ cung cấp tính tra cứu dành cho ứng dụng dịch vụ Hệ thống có ứng dụng quản lý thiết bị cho phép cung cấp lực giám sát quản lý dành cho thiết bị IoT hệ thống Việc truy cập đến tính hệ thống IoT người dùng thực thực thể chuyên truy cập trao đổi Các thực thể cung cấp giao diện có kiểm sốt dành cho tính dịch vụ, cho chức quản trị cho chức kinh doanh 14 - Người dùng hệ thống IoT bao gồm người dùng thật lẫn người dùng số Người dùng thật thường tương tác với hệ thống IoT số loại thiết bị Thiết bị mà người dùng thật sử dụng nhiều hình thức điện thoại thơng minh, máy tính cá nhân, máy tính bảng thiết bị chuyên dụng - Các hệ thống số sử dụng hệ thống IoT – cung cấp ứng dụng tự động hệ thống Cả thiết bị người dùng lẫn người dùng số giao tiếp với phần cịn lại hệ thống IoT thơng qua mạng, internet loại mạng chuyên dụng khác - Các hệ thống ngang hàng, hệ thống IoT khác khơng phải hệ IoT, người dùng hệ thống IoT và/hoặc cung cấp dịch vụ cho hệ thống IoT RM dựa miền Hình biểu diễn miền mơ hình tham chiếu IoT.Mơ hình tham chiếu dựa miền bao gồm miền người dùng (UD), miền vận hành quản lý (OMD), miền dịch vụ ứng dụng (ASD), miền tài nguyên trao đổi (RID), miền cảm ứng điều khiển (SCD), miền thực thể vật lý (PED) Mỗi miền nói độc lập với miền khác Hình 8: Mơ hình tham chiếu dựa miền IoT Mối quan hệ RM dựa thực thể RM dựa miền Hình biểu diễn mối quan hệ thực thể với miền chúng Người dùng IoT thuộc miền người dùng Các hệ thống dịch vụ ứng dụng, hệ thống vận hành quản lý hệ thống tài nguyên trao đổi hoạt động miền dịch vụ ứng dụng, miền vận hành quản lý, miền tài nguyên trao đổi Các thiết bị IoT cổng IoT thực thể miền cảm biến điều khiển Thực thể vật lý tồn miền thực thể vật lý 15 Hình 9: Mối quan hệ RM dựa thực thể RM dựa miền c Các góc nhìn kiến trúc tham chiếu IoT Góc nhìn chức Góc nhìn chức góc nhìn khơng có tính cơng nghệ chức cần thiết để tạo thành hệ thống IoT Góc nhìn mơ tả phân bố phụ thuộc chức nhằm hỗ trợ hoạt động mơ tả góc nhìn người dùng, biểu diễn khái niệm: chức nội miền chức liên miền Hình 10 biểu diễn trình chia nhỏ thành phần chức IoT RA Trong hình này, hai phần là: chức nội miền chức liên miền Những thành phần chức không cần thiết số ứng dụng cụ thể không tồn hệ thống IoT tương ứng 16 Hình 10: Góc nhìn chức IoT RA – phân chia thành phần chức IoT RA Góc nhìn hệ thống Góc nhìn hệ thống mơ tả thành phần tổng quát bao gồm thiết bị, hệ thống con, mạng mà chúng tạo thành hệ thống IoT Trong góc nhìn chức mô tả hệ thống IoT thông qua thành phần chức nó, góc nhìn hệ thống mơ tả hệ thống thơng qua thành phần vật lý Góc nhìn hệ thống mơ tả khía cạnh sau: Các thành phần vật lý (ví dụ: hệ thống con, thiết bị, mạng) hệ thống IoT; Kiến trúc tổng thể hệ thống IoT, bao gồm cấu trúc hệ thống IoT, phân bố thành phần, cấu trúc khơng gian tính đa liên kết thành phần; Bản mô tả kỹ thuật thành phần hệ thống, bao gồm hành vi thuộc tính khác Trong hình 11, góc nhìn hệ thống IoT RA biểu diễn với tất thực thể liên quan đến miền kết nối chúng Các thực thể miền mang tính chất tổng quát tùy chọn, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Có bốn loại mạng khác để kết nối thành phần vật lý sáu miền hệ thống IoT: mạng gần, mạng truy cập, mạng dịch vụ, mạng người dùng 17 Hình 11: Góc nhìn hệ thống kiến trúc tham chiếu IoT Góc nhìn truyền thơng Trong Hình 12, miền người dùng biểu diễn bao gồm mạng người dùng mạng truy cập Điều mô tả trường hợp thiết bị người dùng ứng dụng chúng kết nối trực tiếp với SCD, chẳng hạn thiết bị người dùng điện thoại thơng minh có chứa phận cảm biến Hình 12: Góc nhìn truyền thơng RA IoT Góc nhìn thơng tin 18 Thơng tin tạo cách sử dụng, theo dõi, điều khiển phân tích thực thể kết nối Một số thơng tin có dạng tĩnh định danh thực thể, thơng tin khác thay đổi vị trí thực thể Một số thơng tin tĩnh khóa để kết nối thông tin biến đổi vào thực thể Một số thơng tin tĩnh dạng thơng tin mang tính chất biến đổi cách thức sử dụng Hình 13 minh hoạ số ví dụ liệu lưu trữ miền tương ứng Hình 13: Các loại thơng tin liên quan đến miền Góc nhìn thơng tin IoT RA xác định nên cấu trúc (ví dụ: quan hệ, thuộc tính, dịch vụ) thơng tin cho thực thể mức khái niệm Dữ liệu định nghĩa mang giá trị túy mà không liên quan đến vấn đề mối liên quan việc sử dụng chúng Thông tin dùng để bổ sung ngữ cảnh vào liệu cung cấp câu trả lời cho câu hỏi điển sao, ai, gì, đâu Góc nhìn sử dụng Trong góc nhìn chức biểu diễn chức cần thiết ràng buộc hệ thống IoT, góc nhìn sử dụng tập trung vào việc làm để hệ thống IoT xây dựng, thử nghiệm, vận hành sử dụng từ quan điểm người sử dụng Góc nhìn đề cập đến khái niệm sau: Hoạt động; Vai trò vai trò phụ; Dịch vụ vấn đề đan xen Tất hoạt động liên quan đến IoT phân thành nhóm người dùng sau: Nhà cung cấp dịch vụ IoT; Nhà phát triển dịch vụ IoT; Người dùng IoT Nhà cung cấp dịch vụ IoT đóng vai trị quản lý vận hành dịch vụ IoT, gồm lĩnh vực: Quản trị kinh doanh; Quản trị phân phối dịch vụ; Vận hành hệ thống; Phân tích an ninh; Phân tích vận hành; Phân tích liệu Nhà phát triển dịch vụ IoT, gồm lĩnh vực: Xây dựng giải pháp; Quản trị phát triển vận hành; Phát triển ứng dụng; Phát triển thiết bị; Tích hợp hệ thống 19 Người dùng IoT người dùng cuối dịch vụ IoT phân loại thành người dùng thật người dùng số: Người dùng thật người sử dụng dịch vụ IoT; Người dùng số người dùng người hệ thống IoT Mỗi liên hệ người dùng, nhà cung cấp dịch vụ nhà phát triển dịch vụ IoT thể hình 14 Hình 14: Mối liên hệ ngƣời dùng, nhà cung cấp dịch vụ nhà phát triển dịch vụ IoT Hình 15 biểu diễn vai trò hoạt động liên quan hệ thống tạo ra, phát triển, vận hành cuối chấm dứt hoạt động dịch vụ IoT Hình 15: Vai trị hoạt động suốt vòng đời sản phẩm IoT 23 KẾT LUẬN Luận văn nghiên cứu định nghĩa, khái niệm, thành phần, đặc tính, nguyên lý hoạt động hệ thống internet of things (IoT) Tìm hiểu, đánh giá tình hình phát triển IoT tổ chức, doanh nghiệp ICT Việt Nam Từ xây dựng, đề xuất tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho hệ thống IoT (IoT RA) Việt Nam IoT khái niệm rộng, bao trùm có ảnh hưởng tới lĩnh vực tự nhiên đời sống xã hội giới Việc nghiên cứu, xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT (IoT RA) đòi hỏi người thực cần có kiến thức chuyên sâu nhiều lĩnh vực khối lượng công việc lớn Tuy nhiên, hạn chế mặt thời gian thực nên kết đạt luận văn mức khái quát định, chưa sâu chi tiết vào tiêu chí cụ thể Trong thời gian tới, đề tài tiếp tục hoàn thiện, sâu vào phân tích khía cạnh hệ thống IoT đưa tiêu chuẩn cụ thể cho nội dung, tiêu chí Khi đó, tiêu chuẩn thực phát huy hiệu trở thành công cụ tảng cho phát triển cách mạng công nghiệp 4.0 Việt Nam  ... ? ?Nghiên cứu, xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT Việt Nam? ?? Đề tài tập trung nghiên cứu tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT, đưa nguyên lý xây dựng khuyến nghị tiêu chuẩn kiến trúc tham. .. IoT, tiêu chuẩn, quy chuẩn cần có kiến trúc tham chiếu IoT, từ đề xuất nguyên lý xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT Xây dựng khuyến nghị tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT Việt. .. HÌNH XÂY DỰNG CHUẨN KIẾN TRÚC THAM CHIẾU IOT HIỆN NAY 2.1 Nghiên cứu đánh giá, so sánh số kiến trúc tham chiếu IoT giới 2.1.1 Kiến trúc tham chiếu IoT Microsoft Azure a Kiến trúc tham chiếu IoT