Hạ tầng của IoT cho phép kết hợp các đối tượng thông minh (tức là cảm biến không dây, robot di động, …), công nghệ mạng cảm biến, và con người, sử dụng các giao thức truyền thông [r]
(1)0
INTERNET VẠN VẬT: HIỆN TẠI VÀ TƢƠNG LAI MỤC LỤC
Giới thiệu 1
1 Khung khái niệm Internet vạn vật 3
1.1 Định nghĩa khái niệm
1.2 Viễn cảnh Internet vạn vật
2 Các ứng dụng Internet vạn vật 9
2.1 Thành phố thông minh
2.2 Năng lượng thông minh lưới điện thông minh 11
2.3 Giao thông di chuyển thông minh 13
2.4 Nhà thơng minh, tịa nhà sở hạ tầng thông minh 16
2.5 Nhà máy thông minh sản xuất thông minh 17
2.6 Y tế thông minh 18
2.7 An ninh theo dõi thực phẩm nước 20
2.8 Cảm nhận tham gia 21
2.9 Mạng xã hội IoT 23
3 Các công nghệ Internet vạn vật 23
3.1 Các xu công nghệ 23
3.2 Internet Vạn vật công nghệ Internet tương lai liên quan 24
3.3 Các công nghệ hỗ trợ IoT 29
3.4 Những định hướng Nghiên cứu Đổi chiến lược IoT 32
4 Tƣơng lai Internet vạn vật 43
4.1 Tiềm tăng trưởng 43
4.2 Tác động kinh tế 44
4.3 Những rào cản thuận lợi 48
Kết luận 50
(2)1
GIỚI THIỆU
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ Tư (I4.0) diễn sôi động giới với hội tụ giới vật lý giới ảo (kỹ thuật số), động lực thúc đẩy cách mạng Internet vạn vật (Internet of Things - IoT) phát triển với tốc độ kinh ngạc
Lợi ích tiềm tàng Internet vạn vật dường vô tận ứng dụng Internet vạn vật thay đổi lối sống cách làm việc cách tiết kiệm thời gian nguồn lực mở họi cho tăng trưởng, đổi sáng tạo tri thức Internet vạn vật cho phép tổ chức khu vực công tư nhân quản lý hiệu tài sản, tối ưu hoạt động phát triển mơ hình kinh doanh
Các môi trường Internet vạn vật tích hợp mở tăng khả cạnh tranh doanh nghiệp nhỏ vừa làm cho đời sống người dân dễ dàng Ví dụ, dễ dàng cho bệnh nhân chăm sóc liên tục cho công ty tạo nguồn hiệu thành phần cho sản phẩm họ Điều dẫn đến dịch vụ tốt hơn, tiết kiệm sử dụng tài nguyên thông minh
Là công cụ quan trọng liên kết thiết bị hoạt động công cụ tạo khả xã hội kết nối mức độ cao, Internet vạn vật có tiềm to lớn việc hỗ trợ xã hội già hóa, cải thiện hiệu lượng tối ưu tất dạng di chuyển vận tải Internet vạn vật bổ sung với tiếp cận hệ thống thực-ảo, công nghệ đám mây, liệu lớn mạng tương lai 5G Thành công Internet vạn vật phụ thuộc vào phát triển hệ sinh thái, hỗ trợ môi trường pháp lý phù hợp bầu không khí tin tưởng, vấn đề nhận dạng, tin cậy, riêng tư, an ninh khả tương tác ngữ nghĩa có giá trị sống cịn
Để giúp bạn đọc có hiể biết vai trò ứng dụng Internet vạn vật phát triển kinh tế-xã hội, Cục Thông tin khoa học công nghệ quốc gia biên soạn tổng luận Internet vạn vật: Hiện tƣơng lai với nội dung ứng dụng, công nghệ triển vọng Internet vạn vật tương lai không xa
Xin trân trọng giới thiệu
(3)2
CÁC CHỮ VIẾT TẮT
API - Giao diện lập trình ứng dụng (Application Programming Interface) CNTT- Công nghệ thông tin
IERC - Trung tâm Nghiên cứu IoT châu Âu (European Internet of Things Research Cluster)
IoT - Internet vạn vật (Internet of Things ) LTE - Tiến hóa dài hạn (Long Term Evolution) M2M - Máy - Máy (tương tác) (Machine-to-Machine)
MEMS - Hệ thống vi điện tử (Micro-Electro-Mechanical Systems) PLC - Bộ điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller), RFID - Nhận dạng tần số vơ tuyến (Radio-frequency identification) SRIA - Chương trình Nghiên cứu Đổi sáng tạo Chiến lược (Strategic
(4)3
1 KHUNG KHÁI NIỆM VỀ INTERNET VẠN VẬT
1.1 Định nghĩa khái niệm
Internet vạn vật (Internet of Things - IoT) phần tích hợp Internet Tương lai bao gồm phát triển Internet mạng tiến hóa định nghĩa theo khái niệm sở hạ tầng mạng động tồn cầu với khả tự định hình dựa giao thức liên lạc tiêu chuẩn tương tác, nơi "vạn vật" hữu hình ảo có đặc tính, thuộc tính vật lý, tính cá nhân ảo, sử dụng giao diện thông minh tích hợp vào mạng thơng tin cách thơng suốt
Trong IoT, "vạn vật/đối tượng thông minh" trở thành đối tượng tham gia tích cực vào kinh doanh, q trình thơng tin xã hội, nơi chúng tạo khả để tương tác giao tiếp chúng với với môi trường cách trao đổi liệu thông tin "cảm nhận được" môi trường, tự động phản ứng với kiện "thế giới vật chất/thực tế" tác động đến cách thực quy trình kích hoạt hành động tạo dịch vụ có khơng có can thiệp trực tiếp người
Các dịch vụ tương tác với "vật thể/đối tượng thông minh" cách sử dụng giao diện tiêu chuẩn cung cấp liên kết cần thiết thông qua Internet, truy vấn thay đổi trạng thái chúng truy xuất thơng tin liên quan đến chúng, có tính đến vấn đề bảo mật riêng tư
Internet vạn vật sử dụng thiết bị cảm biến, truyền động công nghệ truyền liệu gắn kết với thực thể vật lý - từ thiết bị đường đến máy tạo nhịp tim - cho phép vật thể theo dõi, phối hợp kiểm sốt thơng qua mạng liệu hay Internet Có ba bước ứng dụng IoT là: thu thập liệu từ vật thể (ví dụ, đơn giản liệu vị trí hay thông tin phức tạp hơn), tập hợp thông tin thơng qua mạng liệu, hành động dựa thơng tin (thực hành động tập hợp liệu theo thời gian để thiết kế cải tiến quy trình) Internet vạn vật dùng để tạo giá trị theo nhiều phương thức khác Ngoài việc cải thiện suất hoạt động thời, IoT cho phép tạo sản phẩm, dịch vụ chiến lược chẳng hạn cảm biến từ xa tạo mơ hình giá chi tiêu tùy khả giống Zipcar
(5)4
các trạng thái ngày phổ biến Với công nghệ đại hệ thống vi điện tử (MEMS), đặt nhiều thiết bị cảm biến tinh vi vật thể (thậm chí thể người) Và chúng sản xuất quy trình chế tạo giống với chất bán dẫn nên giá thành MEMS giảm nhanh chóng
Với cơng nghệ IoT ngày tinh vi trở nên phổ biến nay, cơng ty khơng theo dõi luồng sản phẩm kiểm tra tài sản hữu hình, mà cịn quản lý hiệu suất làm việc thiết bị máy móc hệ thống, ví dụ theo dõi quản lý dây chuyền lắp rắp toàn phận robot máy móc Các thiết bị cảm biến nhúng sở hạ tầng sở, ví dụ như, cảm biến từ tính đặt đường đếm xác số lượng loại phương tiện xe chạy qua, hiệu chỉnh theo thời gian thực thời gian tín hiệu giao thơng Quan trọng không cảm biến thiết bị truyền động kết nối thông tin liên lạc liệu để truyền liệu chương
trình mã hóa, bao gồm phân tích liệu lớn, làm cho liệu trở nên có ý nghĩa
Hơn nữa, ứng dụng IoT tính đến thiết lập hệ điều khiển khép kín hoạt động tự động kích hoạt dựa liệu thiết bị cảm biến đóng gói Ví dụ, ngành cơng nghệ chế biến, hệ thống dựa thiết bị cảm biến tự động phản ứng với tín hiệu đầu vào hiệu chỉnh q trình xử lý lưu lượng cho phù hợp Chúng thay đổi đèn tín
hiệu giao thơng sang màu xanh cảm biến vỉa hè báo hiệu phương tiện ô tô bị ùn tắc kéo dài điểm ngã ba, ngã tư, cảnh báo bác sỹ nhịp tim bệnh nhân hiển thị bất thường hình máy giám sát từ xa
(6)5
trí chúng Vì vậy, ví dụ sản phẩm gắn thẻ đưa khỏi nhà máy, máy tính theo dõi địa điểm thời điểm
Bằng cách sử dụng thơng tin đó, cơng ty nhận trở ngại, quản lý thời gian cung cấp thiết bị linh kiện vào hệ thống, lên danh mục xe chuyên chở hàng hóa thành phẩm Các thẻ RFID gắn thùng chứa hàng hộp chứa để theo dõi sản phẩm chúng đưa vào kệ chứa nhà kho, trung tâm vận chuyển chí sản phẩm đến tay người tiêu dùng (trong trường hợp có đưa thẻ theo dõi vào gói hàng) Việc theo dõi lưu lượng hàng hóa cho phép cơng ty thắt chặt chuỗi cung ứng phòng tránh đọng hàng tồn kho nhiều Các thẻ RFID sử dụng hệ thống thu phí tự động E-ZPass, giúp đẩy nhanh luồng giao thông đường cầu đường
1.2 Viễn cảnh Internet vạn vật
Viễn cảnh Internet Tương lai dựa giao thức liên lạc tiêu chuẩn xem xét đến việc sáp nhập mạng máy tính, Internet vạn vật (IoT), Internet Con người (IoP), Internet Năng lượng (IoE), Internet Truyền thông (IoM) Internet Dịch vụ (IoS) vào tảng cơng nghệ thơng tin tồn cầu chung mạng thông suốt "vật thể/đối tượng thông minh" kết nối
Internet Năng lượng (IoE) định nghĩa sở hạ tầng mạng động
kết nối mạng lượng với Internet cho phép đơn vị lượng (được tạo ra, lưu trữ chuyển tiếp địa phương) cấp phát đâu cần thiết Do vậy, thông tin/số liệu liên quan theo luồng lượng thực việc trao đổi thông tin cần thiết với việc truyền lượng
Internet Dịch vụ (IoS) thành phần dựa phần mềm phân phối qua mạng Internet khác Các nghiên cứu SOA (kiến trúc hướng dịch vụ), Web/doanh nghiệp 3.0/X.0, khả tương tác doanh nghiệp, Web dịch vụ, dịch vụ lưới Web ngữ nghĩa giải vấn đề quan trọng toán IoS, đồng thời cải thiện hợp tác nhà cung cấp người sử dụng dịch vụ
Internet Truyền thông (IoM) giải thách thức khả mở rộng mã hoá video xử lý video 3D, tự động thích ứng với điều kiện mạng làm tăng ứng dụng trò chơi điện tử di động nhiều người tham gia, rạp chiếu phim kỹ thuật số giới ảo đặt loại nhu cầu lưu lượng kiến trúc mạng di động
Internet Con người (IoP) kết nối cộng đồng người sử dụng ngày
(7)6
hàng ngày người dân, cộng đồng, tổ chức, cho phép đồng thời tạo loại hình kinh doanh xóa bỏ rào cản người tạo thông tin người sử dụng thông tin (khái niệm người sản xuất sử dụng thông tin - prosumer)
Internet vạn vật (IoT) với phát triển Internet khác Internet Năng lượng, Truyền thông, Con người, Dịch vụ, Kinh doanh/Doanh nghiệp xương sống kinh tế kỹ thuật số, xã hội số tảng cho kinh tế tri thức tương lai xã hội đổi sáng tạo Những phát triển IoT cho thấy có 16 tỷ thiết bị kết nối vào năm 2020, trung bình có tới thiết bị cho người Trái đất nhiều cho người xã hội số Các thiết bị điện thoại thông minh liên lạc máy với máy đồ vật với đồ vật động lực cho IoT phát triển
Các cảm biến nối mạng không dây thứ có tạo thành Web Nhưng có giá trị hàng tỷ bit liệu mà tạo thu thập, phân tích giải nghĩa Hệ trực tiếp IoT việc tạo khối lượng liệu khổng lồ, đối tượng vật lý ảo kết nối với IoT có cặp song sinh số đám mây (điện tốn), tạo cập nhật thường xuyên Kết là, khối lượng tin liên quan đến người tiêu dùng IoT dễ dàng đạt từ 1.000 đến 10.000 người ngày
Sự đóng góp IoT phụ thuộc vào giá trị tăng lên thông tin tạo số lượng liên kết vật chuyển đổi thông tin xử lý thành kiến thức lợi ích nhân loại xã hội IoT cho phép người đồ vật kết nối nơi, lúc, với thứ người, sử dụng cách lý tưởng đường dẫn/mạng dịch vụ
Viễn cảnh xác Internet vạn vật kiến trúc cuối nào, đến chưa có đáp án thống Mạng các mạng tương lai triển khai dạng hạ tầng công/tư mở rộng cải tiến tự động qua điểm biên tạo "vạn vật" kết nối với Thực tế, giao tiếp IoT diễn khơng vật mà cịn người mơi trường họ
(8)7
trình Những loại hình thể kết hợp cụ thể ba chiều cấu trúc với mục đích nêu bật phụ thuộc lẫn định thiết kế khám phá đối tượng thông minh hợp tác để tạo thành "Internet đối tượng thơng minh"
Ví dụ, viễn cảnh IoT xây dựng đối tượng thơng minh, có khả cảm nhận, diễn giải, phản ứng với kiện xung quanh Trong viễn cảnh này, cách nắm bắt diễn giải hành động người dùng, đồ vật thông minh nhận thức dẫn mơi trường chúng, phân tích quan sát chúng liên lạc với đối tượng khác Internet Internet tồn gắn bó mật thiết với Internet thông tin dịch vụ
Sử dụng kiến thức thực tế mức độ kết nối mạng, mức dịch vụ cho phép tối ưu hóa hệ thống theo hướng nâng cao hiệu suất, trải nghiệm người dùng tốt hơn, hướng tới hiệu sử dụng lượng cao
Việc giải yếu tố như: Hợp nhất, Nội dung, Lưu trữ, Tính tốn, Liên lạc Kết nối có ý nghĩa quan trọng phép liên kết thông suốt người với đồ vật và/hoặc đồ vật với Internet Vạn vật hàm ý tương tác cộng sinh giới thực/vật lý giới số/ảo: thực thể vật lý có đối tác số đại diện ảo; Vạn vật nhận thức bối cảnh chúng cảm nhận, giao tiếp, tương tác, trao đổi liệu, thông tin kiến thức 'Vạn vật' nhận thức bối cảnh, cảm nhận, giao tiếp, tương tác, trao đổi liệu, thông tin kiến thức chúng trang bị cách phù hợp với công nghệ kết nối đối tượng thích hợp; Tất nhiên trừ chúng "vật thể"con người hay thực thể khác có khả nội
Trong viễn cảnh này, thơng qua việc sử dụng thuật tốn định thông minh ứng dụng phần mềm, phản ứng nhanh phù hợp dành cho tượng vật lý, dựa thông tin thu thập thực thể vật lý cân nhắc khuôn mẫu liệu lịch sử, cho thực thể cho thực thể tương tự Điều tạo hội để đáp ứng yêu cầu kinh doanh, tạo dịch vụ dựa liệu giới vật lý thời gian thực, hiểu biết sâu sắc quy trình mối quan hệ phức tạp, xử lý cố, giải suy thối mơi trường (ví dụ nhiễm, thảm hoạ, sóng thần, nóng lên tồn cầu), giám sát hoạt động người (sức khỏe, vận động, …), cải thiện tính tồn vẹn sở hạ tầng (năng lượng, giao thông …) giải vấn đề tiết kiệm lượng (đo lường lượng thông minh tòa nhà, tiêu thụ lượng hiệu ô tô )
(9)8
tượng/đồ vật thông minh Trong IoT, kết nối trở thành loại hàng hóa, có cho tất người với chi phí thấp khơng thuộc sở hữu cá nhân Trong bối cảnh này, cần phải tạo môi trường phát triển nhận thức đắn để kích thích việc tạo dịch vụ phần trung gian thông minh thích hợp để hiểu giải nghĩa thơng tin, để đảm bảo tránh bị gian lận công gây hại (điều chắn tăng Internet ngày sử dụng nhiều hơn) đảm bảo riêng tư
Việc thu thập liệu, thông tin kiến thức kiện giới thực ngày trở nên dễ dàng với mạng cảm biến, chia sẻ truyền thông xã hội, dịch vụ định vị, ứng dụng IoT Việc thu thập sử dụng kiến thức thực nhiều trường hợp cấp ứng dụng mạng phần lớn khơng đồng xảy xung quanh đầu cuối kết nối với Internet
Các thiết bị gia dụng kết nối Internet tăng đáng kể thập kỷ tới, với thiết bị mạng máy tính chiếm đa số thiết bị gia đình, khoảng 75% năm 2010, giảm xuống 25% vào năm 2020
Nhúng thông tin thực tế vào mạng, dịch vụ ứng dụng mục tiêu công nghệ IoT cách sử dụng công nghệ hỗ trợ cảm biến không dây mạng thiết bị truyền động, thiết bị IoT, cụm thiết bị rộng khắp RFID Các hệ thống tự trị tự động kết nối mạng với nhau, với môi trường thân hạ tầng mạng Các nguyên tắc cho tính tự lập, phân tích hành vi xuất hiện, phương pháp tảng dịch vụ, công nghệ tạo khả mới, ý tưởng dựa tảng công nghệ Web tạo thành sở cho hành vi "nhận thức"
Theo viễn cảnh với sử dụng trí thơng minh sở hạ tầng mạng hỗ trợ, vạn vật tự quản lý di chuyển chúng, thực quy trình tự động hồn tồn tối ưu hóa hoạt động hậu cần; Chúng phải có khả khai thác lượng cần thiết; Chúng tự cấu trúc tiếp xúc với môi trường mới, thể hành vi "thông minh/nhận thức" phải đối mặt với đồ vật khác giải tình khơng lường trước cách thơng suốt; và, cuối cùng, chúng quản lý việc tháo dỡ tái chế mình, giúp bảo vệ mơi trường, kết thúc vòng đời chúng
(10)9
(động đất, lửa, lũ lụt, khu vực chiếu xạ ) Trong hạ tầng này, thực thể khác hay "vạn vật" khám phá khai thác lẫn học cách tận dụng lợi liệu cách tổng hợp tài nguyên làm tăng đáng kể phạm vi độ tin cậy dịch vụ tạo
2 CÁC ỨNG DỤNG INTERNET VẠN VẬT
Đến nay, chưa thể hình dung tất ứng dụng IoT tiềm tâm trí phát triển công nghệ nhu cầu đa dạng người sử dụng tiềm Dưới số ứng dụng quan trọng thấy Các ứng dụng mô tả, xác định thách thức nghiên cứu Các ứng dụng IoT tập trung vào đáp ứng nhu cầu xã hội tiến công nghệ tạo khả điện tử nano hệ thống vật lý - không gian mạng tiếp tục bị thách thức nhiều vấn đề kỹ thuật (khoa học kỹ thuật), thể chế kinh tế
Danh sách giới hạn ứng dụng Trung tâm Nghiên cứu IoT châu Âu (IERC) lựa chọn làm ưu tiên cho năm đưa thách thức nghiên cứu cho ứng dụng Mặc dù thân ứng dụng khác nhau, thách thức nghiên cứu thường giống tương tự
2.1 Thành phố thông minh
(11)10
Vai trị quyền thành phố đặc biệt quan trọng để triển khai IoT Vận hành hoạt động hàng ngày thành phố tạo chiến lược phát triển đô thị thúc đẩy việc sử dụng IoT Do đó, thành phố dịch vụ chúng tảng gần lý tưởng cho nghiên cứu IoT, có tính đến yêu cầu thành phố biến chúng thành giải pháp hỗ trợ công nghệ IoT Ở Châu Âu, sáng kiến thành phố thơng minh tập trung hồn tồn vào IoT thực theo dự án Smart Santander Chương trình Nghiên cứu khung (PF7) Dự án nhằm mục đích triển khai sở hạ tầng IoT bao gồm hàng ngàn thiết bị IoT trải khắp số thành phố (Santander, Guildford, Luebeck Belgrade) Điều cho phép đồng thời phát triển đánh giá dịch vụ thực thí nghiệm nghiên cứu khác nhau, qua hỗ trợ tạo mơi trường thành phố thông minh
Tương tự, dự án OUTSMART, dự án Internet Tương lai PF7, tập trung vào tiện ích mơi trường thành phố giải vai trò IoT quản lý nước thải, chiếu sáng công cộng hệ thống giao thông giám sát môi trường
Dự án BUTLER đề xuất tầm nhìn thành phố thơng minh "miền ngang", nhiều kịch theo chiều dọc tích hợp đồng để tạo khả cho khái niệm sống thông minh Một kịch ngang dẫn đến việc sử dụng công nghệ truyền thông không đồng buộc người sử dụng tương tác với dịch vụ IoT thông suốt phổ biến Trong bối cảnh này, có nhiều thách thức nghiên cứu quan trọng ứng dụng IoT thành phố thơng minh:
• Khắc phục phương thức tổ chức theo hình ống truyền thống thành phố, với đơn vị chịu trách nhiệm cho giới khép kín họ Mặc dù khơng phải vấn đề công nghệ, rào cản
• Tạo thuật tốn đề án để mô tả thông tin tạo cảm biến ứng dụng khác phép trao đổi thơng tin hữu ích đơn vị khác thành phố
• Các chế cho việc triển khai hiệu chi phí chí trì quan trọng thiết bị này, bao gồm thu thập lượng
• Đảm bảo việc đọc tin cậy từ vơ số cảm biến hiệu chuẩn hiệu số lượng lớn cảm biến triển khai khắp nơi từ cột đèn đến thùng rác
• Giao thức thuật tốn lượng thấp
• Các thuật tốn để phân tích xử lý liệu thu thành phố làm cho trở nên "có nghĩa"
(12)11
2.2 Năng lượng thông minh lưới điện thông minh
Nhận thức công chúng ngày cao mơ hình sách thay đổi cung cấp, tiêu thụ sở hạ tầng lượng Vì số lý do, cung cấp lượng tương lai khơng cịn phải dựa vào nguồn tài nguyên hóa thạch Năng lượng hạt nhân lựa chọn tương lai Kết việc cung cấp lượng tương lai cần dựa chủ yếu vào nguồn tái tạo khác Chúng ta phải hướng tập trung ngày nhiều vào hành vi tiêu thụ lượng Do tính chất dễ biến nên việc cung cấp đòi hỏi mạng lưới điện thơng minh linh hoạt phản ứng với biến động nguồn điện cách kiểm soát nguồn lượng điện (phát điện, lưu trữ) nơi tiêu thụ (tải, lưu trữ) cách tái cấu trúc cách thích hợp Các chức dựa thiết bị thông minh kết nối mạng (thiết bị gia đình, thiết bị vi sóng, sở hạ tầng, sản phẩm tiêu dùng) thành phần hạ tầng mạng lưới, chủ yếu dựa khái niệm IoT Mặc dù điều đòi hỏi hiểu biết sâu sắc mức tiêu thụ lượng tức thời phụ tải riêng lẻ (ví dụ: thiết bị, đồ dùng máy móc cơng nghiệp) thơng tin việc sử dụng lượng mức khách hàng cách tiếp cận phù hợp
Các lưới điện tương lai đặc trưng số lượng lớn nguồn lượng nhà máy điện phân tán quy mơ nhỏ trung bình kết hợp ngẫu nhiên với nhà máy điện ảo; Hơn trường hợp điện thiên tai, khu vực định bị cách ly khỏi lưới điện cung cấp nguồn lượng nội quang điện mái nhà, nhà máy nhiệt điện theo khối kho lượng khu dân cư ("biệt lập") Một thách thức lớn công nghệ tạo khả hệ thống vật lý - không gian mạng (thực-ảo) việc thiết kế triển khai hạ tầng hệ thống lượng có khả sản xuất phân phối điện không gián đoạn, đủ linh hoạt phép cung cấp lượng không đồng rút khỏi lưới điện, không chịu tác động thao tác tình cờ cố ý Việc tích hợp kỹ thuật cơng nghệ hệ thống thực - ảo vào mạng lưới điện hệ thống tiện ích khác thách thức Sự phức tạp gia tăng hệ thống đặt thách thức kỹ thuật cần phải xem xét hệ thống vận hành theo cách không không đặt cho sở hạ tầng ban đầu Khi công nghệ hệ thống kết hợp, an ninh mối quan tâm hàng đầu việc giảm tính dễ bị tổn thương hệ thống bảo vệ liệu bên liên quan Những thách thức cần phải giải ứng dụng IoT tích hợp hệ thống thực - ảo khơng đồng
(13)12
các nhà máy tập trung phân tán đến người sử dụng cuối với độ an toàn tiêu chuẩn chất lượng cung cấp cao Do đó, Lưới điện thơng minh kỳ vọng việc thực loại "Internet", gói lượng quản lý tương tự gói liệu - qua định tuyến cổng tự định đường tốt cho gói lượng để đến đích với mức độ toàn vẹn tốt Về mặt này, khái niệm "Internet Năng lượng" (IoE) định nghĩa sở hạ tầng mạng dựa thu phát, cổng giao thức tiêu chuẩn khả tương tác, cho phép cân thời gian thực lực phát điện lưu trữ với nhu cầu lượng địa phương toàn cầu Điều nâng cao nhận thức tham gia người tiêu dùng Internet Năng lượng cung cấp khái niệm phân phối điện, lưu trữ lượng, giám sát lưới điện liên lạc Nó cho phép đơn vị lượng chuyển đâu cần thiết Việc giám sát mức tiêu thụ lượng thực tất cấp độ, từ thiết bị cá nhân địa phương đến mức quốc gia quốc tế
Tiết kiệm lượng dựa nhận thức người tiêu dùng lượng tiêu thụ thời trụ cột khác khái niệm quản lý lượng tương lai Đồng hồ đo điện thơng minh cung cấp thông tin tiêu thụ lượng tức thời cho người sử dụng, cho phép nhận dạng loại bỏ thiết bị lãng phí lượng cung cấp gợi ý để tối ưu hóa tiêu thụ lượng cá nhân Trong kịch lưới điện thông minh, tiêu thụ lượng bị tác động giá lượng biến đổi, dựa nhu cầu thời (thông qua đồng hộ đo điện thơng minh) lượng lượng sẵn có lượng tái tạo Trong thị trường lượng ảo đại lý thương lượng giá lượng đặt đơn đặt hàng lượng cho công ty lượng Những định cần phải cân nhắc thông tin môi trường dự báo thời tiết, điều kiện địa phương mùa Những định phải khung thời gian phạm vi không gian hẹp nhiều
(14)13
đối phó với phần quan trọng hạ tầng cơng cộng, bảo mật liệu điều quan trọng Để đáp ứng yêu cầu cao độ tin cậy lưới điện, thành phần tương tác chúng phải có độ tin cậy cao
Các chiến lược tổ chức học tập cho mạng cảm biến cần có để đối phó với thiếu sót khái niệm điều khiển theo thứ bậc cổ điển Sự thông minh hệ thống thông minh không thiết cần phải tích hợp vào thiết bị biên hệ thống Tùy thuộc vào kết nối, khái niệm IoT dựa đám mây có lợi xem xét việc tiêu hao lượng nỗ lực phần cứng
Việc lọc liệu tinh vi linh hoạt, quy trình hệ thống xử lý khai thác liệu trở nên cần thiết để xử lý lượng liệu thô lớn cung cấp hàng tỷ nguồn liệu Các mơ hình hệ thống liệu cần hỗ trợ thiết kế hệ thống linh hoạt đảm bảo hoạt động đáng tin cậy an toàn thời gian thực
Một số thách thức nghiên cứu:
• Liên lạc đảm bảo an tồn tuyệt thành phần biên mạng • Giải khả tương thích khả mở rộng tiêu chuẩn • Bộ cảm biến / truyền động thơng minh mạnh mẽ đáng tin cậy • Các công nghệ cho ẩn danh liệu giải vấn đề riêng tư • Đối phó với độ trễ quan trọng, ví dụ vịng điều khiển
• Phân vùng hệ thống (thơng minh dựa cục / đám mây)
• Xử lý, lọc khai thác liệu hàng loạt; tránh gây lụt mạng truyền thơng • Các mơ hình thời gian thực phương pháp thiết kế miêu tả hợp đáng tin cậy hệ thống không đồng (ví dụ hệ thống kỹ thuật / kinh tế / xã hội / môi trường) Xác định giám sát yếu tố quan trọng hệ thống Phát kịp thời trạng thái hệ thống quan trọng
• Các khái niệm hệ thống hỗ trợ tự phục hồi ngăn ngừa thiệt hại; chiến lược để quản lý cố hư hỏng
• Khả mở rộng chức an ninh
• Các lưới điện phải có khả phản ứng cách xác nhanh chóng với biến động việc cung cấp điện từ nguồn lượng tái tạo gió thiết bị lượng mặt trời
2.3 Giao thông di chuyển thông minh
(15)14
niệm Ơ-tơ Internet (IoV) kết nối với Internet Năng lượng (IoE) thể xu hướng tương lai cho ứng dụng giao thông di chuyển thông minh
Đồng thời, việc tạo hệ sinh thái di động dựa tin cậy, an toàn tiện lợi cho ứng dụng giao thông dịch vụ di động/khơng tiếp xúc đảm bảo tính an tồn, tính di động tiện lợi cho giao dịch dịch vụ hướng vào người tiêu dùng
Thể hành vi người việc thiết kế, phát triển vận hành hệ thống vật lý không gian mạng phương tiện tự trị thách thức Kết hợp cân nhắc người vòng lặp quan trọng an tồn, tin cậy tính dự báo Hiện tại, hiểu biết hạn chế hành vi lái xe bị ảnh hưởng hệ thống vật lý khơng gian điều khiển giao thơng thích nghi Ngồi ra, khó để tính hết ảnh hưởng ngẫu nhiên người lái xe môi trường giao thông hỗn hợp (tức xe người điều khiển xe tự điều khiển) hệ thống vật lý khơng gian mạng kiểm sốt giao thơng Khi hệ thống vật lý không gian mạng trở nên phức tạp tương tác thành phần gia tăng, an toàn an ninh tiếp tục vấn đề quan trọng Tất yếu tố vô quan trọng hệ sinh thái IoT phát triển dựa công nghệ tạo khả
Khi đề cập IoT bối cảnh ô tô viễn tin, tham khảo kịch ứng dụng sau:
- Các tiêu chuẩn phải xác định liên quan đến điện áp sạc thiết bị điện tử công suất lớn phải có định việc liệu q trình nạp điện cần kiểm soát hệ thống đặt xe lắp đặt trạm sạc điện
- Cần phát triển thành phần cho hoạt động hai chiều toán điện linh hoạt xe điện sử dụng làm phương tiện lưu trữ điện
• IoT phần cố hữu hệ thống quản lý điều khiển xe: ngày chức kỹ thuật định hệ thống xe giám sát trực tuyến trung tâm dịch vụ trạm sửa xe cho phép bảo dưỡng đề phịng, chẩn đốn từ xa, hỗ trợ tức kịp thời có sẵn phụ tùng thay Với mục đích này, liệu từ cảm biến xe thu thập thiết bị thông minh xe truyền qua Internet tới trung tâm dịch vụ
(16)15
• IoT cho phép kịch giao thông (vận tải đa phương thức): Trong tình vậy, ví dụ nhà sản xuất thiết bị ô tô coi họ nhà cung cấp dịch vụ di động nhà sản xuất phương tiện Người sử dụng cung cấp giải pháp tối ưu để A đến B, dựa tất phương tiện giao thông sẵn có phù hợp Do đó, dựa tình giao thơng nhấtthời, giải pháp lý tưởng kết hợp phương tiện cá nhân, chung xe, đường sắt, hệ thống công cộng Để cho phép sử dụng liền mạch sẵn sàng kịp thời yếu tố (bao gồm khơng gian đỗ xe), tính sẵn có cần xác minh đảm bảo thủ tục đặt chỗ đăng ký trực tuyến, lý tưởng tương tác với hệ thống quản lý giao thông thành phố thơng minh nói
Các kịch khơng độc lập với thể hết tiềm chúng kết hợp sử dụng cho ứng dụng khác Trong hệ sinh thái liên lạc dựa Công nghệ điều khiển logic khả trình (PLC), thành phần kỹ thuật hệ thống điện thoại thông minh thiết bị thông minh xe thu thập thông tin từ người dùng (ví dụ: vị trí, điểm đến lịch trình) từ hệ thống xe (ví dụ: trạng thái xe, vị trí, hồ sơ sử dụng lượng, hồ sơ lái xe) Chúng tương tác với hệ thống bên ngồi (ví dụ: hệ thống kiểm sốt giao thông, quản lý bãi đậu xe, quản lý việc chung xe, sở hạ tầng sạc cho xe điện) Hơn chúng cần phải kích thực thủ tục toán liên quan
Các cảm biến thông minh đường hạ tầng điều khiển giao thông cần phải thu thập thông tin tình trạng đường xá lưu lượng xe, điều kiện thời tiết Điều địi hỏi phải có cảm biến (và truyền động) mạnh cung cấp thông tin cách tin cậy đến hệ thống đề cập Sự liên lạc tin cậy cần phải dựa giao thức liên lạc M2M có tính đến ràng buộc thời gian, an toàn an ninh Số lượng liệu kỳ vọng cao đòi hỏi chiến lược khai thác liệu phức tạp Tối ưu hóa tổng thể lưu lượng giao thơng sử dụng lượng đạt tổ chức tập thể phương tiện cá nhân Các bước mở rộng DATEX-II công nghệ thông tin liên quan đến IoT Tiêu chuẩn hóa (quốc tế) lớp giao thức giao diện có tầm quan trọng đặc biệt phép cạnh tranh kinh tế đảm bảo tương tác thông suốt sản phẩm nhà cung cấp khác
Khi thực thông tin liên quan đến vị trí, điểm đến, lịch trình thói quen người dùng, vấn đề riêng tư đặt ưu tiên cao Chúng chí trở thành vật cản cho công nghệ Do khơng đường liên lạc an tồn mà thủ tục đảm bảo ẩn danh phi cá nhân hoá liệu nhạy cảm vấn đề cần quan tâm
(17)16
• Liên lạc an tồn đảm bảo với thành phần biên mạng, liên lạc xe với liên lạc xe với sở hạ tầng
• Các cảm biến truyền động thông minh mạnh mẽ đáng tin cậy xe sở hạ tầng
• Cơng nghệ cho ẩn danh liệu giải quan tâm tính riêng tư • Phân vùng hệ thống (thơng minh dựa địa phương/đám mây điện tốn) • Xác định giám sát thành phần quan trọng hệ thống Phát kịp thời trạng thái hệ thống quan trọng
• Các cơng nghệ hỗ trợ tự tổ chức hình thành động cấu trúc/tái cấu trúc
• Đảm bảo đủ mức độ tin cậy an toàn cho trao đổi liệu sở hạ tầng ICT khác theo chiều dọc (ví dụ kịch đa phương thức) 2.4 Nhà thơng minh, tịa nhà sở hạ tầng thông minh
Sự gia tăng vai trị Wi-Fi tự động hóa nhà chủ yếu bắt nguồn từ chất nối mạng thiết bị điện tử triển khai, nơi thiết bị điện tử (TV máy thu AV, thiết bị di động ) bắt đầu trở thành phần mạng Internet gia đình gia tăng tỷ lệ sử dụng thiết bị máy tính di động (điện thoại thơng minh, máy tính bảng .) Các khía cạnh kết nối mạng mang lại dịch vụ trực tuyến phát lại mạng, trở thành phương tiện kiểm soát chức thiết bị qua mạng Đồng thời thiết bị di động đảm bảo người tiêu dùng có quyền truy cập vào "bộ điều khiển" di động cho thiết bị điện tử kết nối với mạng Cả hai loại thiết bị sử dụng làm cổng cho ứng dụng IoT Trong bối cảnh này, nhiều công ty xem xét xây dựng tảng tích hợp tự động hóa tịa nhà với giải trí, giám sát sức khoẻ, giám sát lượng giám sát cảm biến không dây môi trường nhà tòa nhà
Các ứng dụng IoT sử dụng cảm biến để thu thập thông tin điều kiện hoạt động kết hợp với phần mềm lưu trữ đám mây phân tích điểm liệu khác giúp nhà quản lý sở chủ động việc quản lý tòa nhà với hiệu cao
Các vấn đề sở hữu tòa nhà (tức chủ sở hữu, người quản lý, hay người cư trú) thách thức tích hợp với vấn đề trả chi phí hệ thống ban đầu thụ hưởng lợi ích theo thời gian Thiếu hợp tác phân ngành xây dựng làm chậm việc chấp nhận công nghệ ngăn ccản tịa nhà đạt mục tiêu lượng, kinh tế môi trường
(18)17
liên quan để đạt tính tương hợp thật Giống lĩnh vực khác, trì an ninh thách thức quan trọng phải vượt qua
Trong lĩnh vực nghiên cứu này, việc khai thác tiềm mạng cảm biến không dây (WSN) để tạo điều kiện quản lý lượng thông minh tòa nhà, làm tăng thoải mái cho người sử dụng giảm nhu cầu lượng, có ý nghĩa Ngồi lợi ích rõ ràng kinh tế môi trường từ việc áp dụng quản lý lượng thơng minh tịa nhà, cịn có hiệu ứng tích cực khác Khơng phần quan trọng đơn giản hóa việc kiểm sốt tịa nhà; việc giám sát khơng gian, thiết bị phản hồi thơng tin khả kiểm sốt địa điểm làm cho việc quản lý hệ thống quản lý lượng tòa nhà dễ dàng chủ tòa nhà, người quản lý, đội bảo dưỡng người sử dụng khác tòa nhà Sử dụng Internet với hệ thống quản lý lượng tạo hội truy cập hệ thống thơng tin kiểm sốt lượng tịa nhà từ máy tính xách tay điện thoại thơng minh đâu giới Điều có tiềm lớn để cung cấp cho nhà quản lý, chủ sở hữu cư dân tịa nhà có phản hồi tiêu thụ lượng khả xử lý thơng tin
Trong bối cảnh IoT tương lai, hệ thống quản lý tịa nhà thơng minh coi phần hệ thống thông tin lớn Hệ thống sử dụng nhà quản lý phương tiện tòa nhà để quản lý việc sử dụng lượng mua lượng để trì hệ thống tịa nhà Hệ thống dựa sở hạ tầng Intranet Internet có, sử dụng tiêu chuẩn giống thiết bị CNTT khác Trong bối cảnh việc chi phí giảm độ tin cậy mạng cảm biến không dây làm thay đổi q trình tự động hóa tịa nhà cách trì khơng gian làm việc hiệu lượng tòa nhà ngày hiệu chi phí
2.5 Nhà máy thơng minh sản xuất thơng minh
Vai trị Internet Vạn vật trở nên bật việc cho phép truy cập vào thiết bị máy móc, hệ thống sản xuất, giấu kín thiết kế Sự phát triển cho phép CNTT xâm nhập sâu vào hệ thống sản xuất số hóa IoT kết nối nhà máy với loạt ứng dụng hoàn toàn mới, hoạt động tồn quy trình sản xuất Điều từ việc kết nối nhà máy với lưới điện thông minh, dùng chung phương tiện sản xuất dịch vụ cho phép hệ thống sản xuất linh hoạt Theo nghĩa này, hệ thống sản xuất coi nhiều IoT, nơi xác định hệ sinh thái cho sản xuất thông minh hiệu
(19)18
nay để tương tác với hệ thống sản xuất có tính IoT Các bên liên quan bao gồm nhà cung cấp cơng cụ sản xuất (ví dụ: máy móc, robot), nhà cung cấp hậu cần sản xuất (ví dụ dịng vật tư, quản lý chuỗi cung ứng) tác nhân bảo dưỡng Một kiến trúc dựa IoT thách thức tháp tự động hóa nhà máy phân cấp khép kín, cách cho phép bên liên quan nêu vận hành dịch vụ họ hệ thống sản xuất nhiều tầng đề xuất Điều có nghĩa dịch vụ ứng dụng ngày mai không cần phải định nghĩa cách chặt chẽ gắn liền với hệ thống vật lý, mà hoạt động dịch vụ giới vật chất chia sẻ chung Phạm vi đổi khơng gian ứng dụng tăng lên mức độ trường hợp ứng dụng nhúng App, bùng nổ từ xuất điện thoại thơng minh (cung cấp giao diện tiêu chuẩn hóa rõ ràng cho phần cứng nhúng điện thoại di động để tất loại ứng dụng App truy cập)
Một yếu tố tạo khả quan trọng cho sản xuất thông minh nhanh nhẹn nằm cách quản lý truy cập vào giới vật lý, nơi mà cảm biến, truyền động đơn vị sản xuất phải truy cập quản lý giống tương tự giao diện công nghệ IoT tiêu chuẩn Các thiết bị sau cung cấp dịch vụ chúng theo cách có cấu trúc tốt, quản lý phối hợp cho vô số ứng dụng hoạt động song song
Sự hội tụ vi điện tử phận vi khí thiết bị cảm biến, phổ biến truyền thông, gia tăng người máy siêu nhỏ, tùy chỉnh phần mềm thay đổi đáng kể giới sản xuất Ngoài ra, phổ biến rộng rãi viễn thông nhiều môi trường lý mơi trường có hình dạng hệ sinh thái
Một số thách thức liên quan đến việc triển khai hệ thống vật lý không gian mạng bao gồm khả chi trả, tích hợp mạng khả tương tác hệ thống kỹ thuật Hầu hết công ty có thời gian khó khăn để biện minh cho khoản đầu tư rủi ro, tốn không chắn cho sản xuất thông minh cấp phân xưởng toàn nhà máy Những thay đổi cấu trúc, tổ chức văn hoá sản xuất diễn chậm chạp, điều cản trở tích hợp cơng nghệ Các hệ thống kiểm soát cũ trước thời kỹ thuật số khơng thay thường xun chúng sử dụng Việc trang bị lại nhà máy hữu hệ thống vật lý khơng gian mạng khó khăn tốn Việc thiếu phương pháp tiếp cận ngành tiêu chuẩn kết quản lý sản xuất dẫn đến phần mềm tùy biến sử dụng phương pháp thủ cơng cần có lý thuyết thống hệ thống kiểm sốt liên lạc khơng đồng
2.6 Y tế thông minh
(20)19
các giải pháp ứng dụng cụ thể mà không tương hợp lẫn tạo thành từ kiến trúc đa dạng Mặc dù sản phẩm cá nhân thiết kế với mục tiêu chi phí, mục đích lâu dài việc đạt chi phí cơng nghệ thấp ngành tương lai chắn khó khăn khơng sử dụng cách tiếp cận chặt chẽ
Mối liên kết nhiều ứng dụng giám sát sức khoẻ là: • Ứng dụng yêu cầu thu thập liệu từ cảm biến
• Ứng dụng phải hỗ trợ giao diện người dùng hiển thị
• Các ứng dụng yêu cầu kết nối mạng để truy cập vào dịch vụ hạ tầng • Các ứng dụng có u cầu sử dụng lượng thấp, chắn, độ bền, độ xác độ tin cậy
Các ứng dụng IoT thúc đẩy phát triển tảng để thực hệ thống môi trường hỗ trợ sống (AAL- ambient assisted living) cung cấp dịch vụ hỗ trợ lĩnh vực để tiến hành hoạt động hàng ngày, giám sát sức khoẻ hoạt động, tăng cường an toàn an ninh, tiếp cận với hệ thống y tế cấp cứu, tạo điều kiện hỗ trợ y tế nhanh chóng Mục tiêu nâng cao chất lượng sống cho người cần hỗ trợ giám sát thường xuyên, giảm bớt rào cản việc theo dõi thông số sức khoẻ quan trọng, tránh chi phí chăm sóc sức khoẻ không cần thiết cung cấp hỗ trợ y tế kịp thời xác
Các thách thức tồn sở hạ tầng không gian mạng tổng thể (ví dụ: phần cứng, kết nối, phát triển phần mềm liên lạc), tập trung vào quy trình giao điểm điều khiển cảm biến, tổng hợp cảm biến định, an ninh tính linh hoạt hệ thống khơng gian mạng Các thiết bị y tế riêng nói chung khơng thiết kế để tương tác với thiết bị y tế hay hệ thống tính tốn khác, địi hỏi tiến kết nối mạng liên lạc phân tán kiến trúc không gian mạng Khả tương tác hệ thống vịng kín dường chìa khóa thành cơng An ninh hệ thống quan trọng liệu bệnh tật cá nhân truyền đạt qua mạng lưới không gian mạng Ngoài ra, việc xác nhận liệu thu từ người bệnh nhân cách sử dụng công nghệ không gian mạng phương pháp thu thập liệu tiêu chuẩn thách thức Các công nghệ không gian mạng cần thiết kế để hoạt động với huấn luyện hợp tác tối thiểu bệnh nhân