7. BÀI HỌC KINH NGHIỆM QUỐC TẾ VỀ ỨNG DỤNGINTERNET VẠN VẬT
1.2.2. Đặc điểm củaInternet vạn vật
Internet vạn vật có những đặc điểmcơ bản sau:
–Tính kết nối liên thông (interconnectivity): với IoT, bất cứ điều gì cũng có thể kết nối với nhau thông qua mạng lƣới 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 nhƣ bảo vệ sự riêng tƣ và nhất quán giữa Physical Thing và Virtual Thing. Để cung cấp đƣợc dịch vụ này, cả công nghệ phần cứng và phần mềm sẽ phải thay đổi.
– Tính không đồng nhất: các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó có phần cứng và mạngkhác nhau. Các thiết bị giữa các mạng có thể tƣơng tác với nhau nhờ vào sự liên kết.
–Thay đổi linh hoạt: tình trạng của các thiết bị tự động thay đổi, ví dụ, ngủ và thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị, tốc độ và số lƣợng thiết bị có thể tự động thay đổi.
– Quy mô lớn: Sẽ có một lƣợng rất lớn các thiết bị đƣợc quản lý và giao tiếp với nhau. Số lƣợng này lớn hơn nhiều số lƣợng máy tính kết nối Internet hiện nay.
1.3. SỰ PHÁTTRIỂN CỦA INTERNET VẠN VẬT
1.3.1. Tiềm năng phát triển của Internet vạn vật trên thế giới
Khái niệm internet kết nối vạn vật lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1999. Nhƣng phải hơn 10 năm sau, thế giới mới nhận thấy ảnh hƣởng ngày càng sâu, rộng của xu hƣớng này. Sau hội nghị thế giới về CNTT lần thứ 4 diễn ra tại Pháp năm 2014, chủ đề Internet vạn vật mới thực sự phổ biến trên thế giới. Và khibắt đầu ra mắt các dịch vụ vào năm 2010, doanh thu toàn cầu củaInternet of Things đã đạt đƣợc hơn 7,4 tỷ đô la, với hơn 887 giao dịch. Đa dạng các lĩnh vực từ tự động, chăm sóc sức khoẻ, đến bảo hiểm và ngành công nghiệp nặng, IoT đã và đang biến đổi toàn bộ các ngành công nghiệp trên toàn cầu.
Theo IDC, tính đến hết năm 2016, cả thế giới đã có 28,4 tỷ thiết bị bao gồm máy vi tính, máy có dây và truyền thông qua Internet, thiết bị cảm biến theo dõi, giám sát hoặc cung cấp dữ liệu cho những thứ có liên quan.Trong đó, khách hàng cá nhân chiếm phần lớn (60%) thiết bị kết nối IoT, phần còn lại thuộc về khách hàng doanh nghiệp. Điều này cho thấy ngƣời dùng cá nhân có nhu cầu rất cao trong việc sử dụng công nghệ để nâng cao chất lƣợng cuộc sống. Dự báo đến năm 2020, con số này sẽ tăng lên gần gấp đôi, có 4 tỷ ngƣời kết nối với nhau, doanh thu đạt 4.000 tỷ USD, có hơn 25 triệu ứng dụng, hơn 25 tỷ hệ thống nhúng và hệ thống thông minh, 50.000 tỷ Gigabytes dữ liệu.
Hình 1.4. Doanh thu của IoT tới 2020 (dự kiến)
Nguồn : IDC
Hình 1.5 . Số lƣợng thiết bị kết nối toàn cầu từ năm 2002 đến 2020
Hình 1.6. Xu hƣớng IoT giai đoạn 2017 -2025
Nguồn: IoT.telefonica.com Khi phát triển IoT, có thể nói chi phí là rào cản lớn nhất bởi lẽ cách duy nhất để các thiết bị IoT có thể giao tiếp với nhau là khi có một động lực kinh tế đủ mạnh khiến các nhà sản xuất đồng ý chia sẻ quyền điều khiển cũng nhƣ dữ liệu mà các thiết bị mà họ thu thập đƣợc.
Thống kê mới đây của Gartner cho thấy cả khách hàng cá nhân và doanh nghiệp ngày càng mạnh tay chi tiền để sử dụng dịch vụ này.Cụ thể, họ sẵn sàng bỏ ra 939 tỷ USD để kết nối 3,8 tỷ thiết bị vào mạng IoT vào năm 2014. Số tiền này tăng lên thành 1.183 tỷ $ vào tháng 11/2015, dự báo 1.414 vào năm 2016 và 3010 vào năm 2020.
Bảng 1.1. Thống kê chi phí mà khách hàng đã bỏ ra để hòa mạng IoT vào năm 2014, 11/2015 và dự báo 2016, 2020
Nguồn: Gartner (November, 2015)
1.3.2. Các nhà cung cấp dịch vụ IoT trên thế giới
Theo dữ liệu CB Insights, tính đến 15/12/2015, đã có khoảng 100 doanh nghiệp kinh doanh IoT bao gồm phát triển các bộ cảm biến, thiết bị đeo bám, cơ sở hạ tầng IoT, máy bay không ngƣời lái, nền tảng dữ liệu, cũng nhƣ các vật dụng gia đình.
Hình 1.7. Các nhà cung cấp dịch vụ IoT trên thế giới
https://www.cbinsights.com
Thiết bị có thể đeo được (Wearable device): Một loại thiết bị có thể đeo ở cổ tay, gắn vào cơ thể và đầu. Hầu hết các công ty trong nhóm này đều là các nhà sản xuất dụng cụ thể dục và đồng hồ thông minh. Các sản phẩm khác trong lĩnh vực này bao gồm các sản phẩm đặc biệt cho trẻ sơ sinh, ví dụ nhƣ máy báo khóc của Owlet và Sproutling, trang phục thông minh của Lumo và OMsignal, cũng nhƣ các cảm biến sinh trắc học tiên tiến có thể treo trên đầu của Thync.
Thiết bị kết nối trong nhà (Connect Home): bao gồm các thiết bị hàng ngày nhƣ khóa cửa của August và Lockitron, hệ thống chuông của Ring.
Cơ sở hạ tầng và cảm biến (Infrastructure and Sensor): Các công ty trong nhóm này đang xây dựng mạng lƣới và phát triển các cảm biến vật lý. MCube và Valencell là các nhà phát triển cảm biến, Ineda Systems tạo ra các hệ thống trên chip (systems-on-a-chip - SoC). Jasper và Arrayent cung cấp các nền tảng dựa trên đám mây để lƣu trữ và khai thác dữ liệu từ các mạng kết nối.
Chăm sóc sức khỏe: các doanh nghiệp IoT khởi nghiệp trong lĩnh vực chăm sóc sức khoẻ từ công nghệ thân thiện với ngƣời tiêu dùng ví dụ nhƣ nhiệt kế thông minh của Kinsa hay màn hình bệnh nhân có thể tháo lắp đƣợc của Quanttus.
Mạng lưới điện thông minh (Smart Utilities & Smart): Khởi động trong khu vực này là công nghệ cho phép sử dụng nƣớc và điện hiệu quả hơn. Ví dụ nhƣ Rachio và Banyan Water, tạo ra các hệ thống cho việc sử dụng nƣớc và thủy lợi. Enlighted sử dụng kết nối phần cứng để tối ƣu hóa điện giúp sƣởi ấm, thông gió và điều hòa không khí, cái này còn gọi là công nghệ HVAC (heating, ventilation, and air conditioning).
Ngành công nghiệp IoT (Industrial IoT): công nghiệp IoT nhằm tạo ra các mạng lƣới đƣợc thiết kế riêng cho các ngành công nghiệp nặng nhƣ sản xuất, hậu cần, khai thác mỏ, và nông nghiệp. Ví dụ Tachyus và GroundMetrics làm các hệ thống cảm biến cho ngành công nghiệp dầu khí. Tƣơng tự, Worldsensing và Eigen Innovations cung cấp các giải pháp dữ liệu phù hợp với ngành công nghiệp nặng.
Thiết bịkhông người lái: máy bay không ngƣời lái của DJI Innovations, 3D Robotics, và Yuneec. Ô tô không ngƣời lái của Zubie và API.
Bán lẻ: Estimote và Cloudtags sử dụng cảm biến và ứng dụng trên thiết bị di động để mang đến những trải nghiệm mua sắm tƣơng tác tốt hơn. Momentum Machines phát triển các robot tự động hóa trong sản xuất thực phẩm.
1.4. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MẠNG INTERNET VẠN VẬT
Theo Kevin Ashton, điểm quan trọng của IoT là các đối tƣợng phải đƣợc nhận biết vàđịnh dạng. Nếu mọiđối tƣợng, kể cả con ngƣời, đƣợc "đánh dấu" để phân biệt bản thân đối tƣợng nó với những thứ xung quanh thì chúng ta có thể quản lý đƣợc nó thông qua máy tính. Việc đánh dấu (tagging) có thể đƣợc thực hiện thông qua nhiềucông nghệ, chẳng hạn nhƣ RFID, NFC, mã vạch, mã QR, watermark kĩ thuật
số... Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại...
- RFID [Radio Frequency Code] tags và EPC [Electronic Product Code]
- NFC [Near Field Communication]: đƣợc sử dụng cho phép tƣơng tác hai chiều giữa các thiết bị điện tử.
- Bluetooth LE: Đƣợc sử dụng khi các thiết bị giao tiếp ở khoảng cách ngắn. Ví dụđiều khiển máy lạnh, TV, đèn, máy giặt….Nguyên tắc hoạt động là nhờ phần mềm đƣợc cài trên di động, đƣợc ví nhƣ đầu não trung tâm, ra lệnh thông qua sóng bluetooth trong phạm vi hữu dụng.
- Z-Wave: Đây là công nghệ giao tiếp RF năng lƣợng thấp. Nó chủ yếu sử dụng trong thiết bị tựđộng trong nhà, điều khiển đèn…
- WiFi: Đây là công nghệ đƣợc sử dụng phổ biến trong IoT giúp truyền dữ liệu và tin nhắn.
- Cảm biến có dây và không dây - Công nghệ in 3D
- Điện toán đám mây - Các robot có kết nối
- Phần mềm có khả năng tự kết nối và tƣơng tác qua mạng - Phân tích dữ liệu lớn (Big Data)
Ngoài những kĩ thuật nói trên, nếu nhìn từ thế giới web, chúng ta có thể sử dụng các địa chỉ độc nhất để xác định từng vật, chẳng hạn nhƣ địa chỉ IP. Mỗi thiết bị sẽ có một IP riêng biệt không nhầm lẫn. Sự xuất hiện của IPv6 với không gian địa chỉ cực kì rộng lớn sẽ giúp mọi thứ có thể dễ dàng kết nối vào Internet cũng nhƣ kết nối với nhau.
Cácthiết bi ̣ trong IoT đƣợc tích hợp với các bộ cảm biến, bô ̣ xƣ̉ lý của máy tính và những phần mềm có khả năng tƣơng tác với nhau . Dƣ̃ liê ̣u tƣ̀ thiết bi ̣ này truyền tới các thiết bị khác tạo thành một quá trình là M2M (machine-to-machine).
Hình 1.8. Mô hình hoạt động của M2M
Ban đầu, các chuyên gia sẽ tƣơng tác với các tiê ̣n ích để cài đă ̣t nhƣ̃ng thiết bi ̣ IoT, cung cấp cho các thiết bi ̣ đó nhƣ̃ng hƣớng dẫn, cách lấy dữ liệu. Các thiết bị sẽ tự hoạt động trong hầu hết các khâu mà không cần tới sự can thiệp của con ngƣời . Chẳng hạn một thiết bị thu thập dữ liệu về thời tiết , các chuyên gia sẽ cài đặt để chúng tự cập nhâ ̣t đƣợc nhiê ̣t đô ̣, đô ̣ ẩm, áp suất,… mà ngƣời dùng không phải thực hiện bất cứ một thao tác nào khác. Ngƣời dùng chỉ cần bâ ̣t điê ̣n thoa ̣i , ấn vào icon là các thông số về thời tiết sẽ hiê ̣n ngay ra màn hình.
Về cơ bản, M2M kết nối tất cả các loại thiết bị và máy móc trên hệ thống mạng, từ đó chúng có thể giao tiếp với nhau thông qua máy chủ trung tâm hoặc dựa trên đám mây doanh nghiệp sử hữu. Kết cấu của giao tiếp này là các hệ thống hoặc trạng thái môi trƣờng xung quanh có khả năng trao đổi, truyền tải dữ liệu đến cơ sở hạ tầng kết nối Internet, tạo ra hiệu quả về thu thập dữ liệu, thay đổi phƣơng thức làm việc, từ đó có thể tiết kiệm chi phí.
Bất cứ vật thể nào bạn cũng có thể tích hợp hay gắn cảm biến kết nối, từ xe hơi, đèn đƣờng cho đến tivi, tủ lạnh và biến tất cả trở thành một “sự vật” trong Internet of Things. Tất cả thông tin dữ liệu mà cảm biến kết nối có thể thu thập/truyền là vị trí, độ cao, tốc độ, nhiệt độ, ánh sáng, chuyển động, độ ẩm, lƣợng đƣờng trong máu cho đến chất lƣợng không khí, độ ẩm của đất…
Trong dòng chảy của Internet of Things thì M2M đƣợc xem là hệ thống đƣờng ống dẫn thông tin đi khắp mọi nơi. Trong mạng lƣới M2M thì không có một tiêu chuẩn công nghệ kết nối cụ thể nào, tất cả thiết bị có thể sử dụng bất cứ công nghệ kết nối nào mà nó có. Các thiết bị trên M2M hoạt động và làm việc trong cùng một phƣơng thức kết nối. Một số thiết bị M2M kết nối thông qua mạng di động, một số thông qua
Wi–Fi hoặc thông qua công nghệ kết nối khác. Phƣơng thức này đơn giản chỉ là các thiết bị điện tử giao tiếp với nhau thông qua một phƣơng tiện không dây để nắm bắt các hoạt động, sự kiện nhờ hệ thống mạng. Phƣơng thức truyền thông này không cần có sự can thiệp của con ngƣời và có thể thông qua bất kỳ công nghệ kết nối không dây nào đang đƣợc phát triển. Có nhiều phƣơng thức truyền dữ liệu tầm ngắn nhƣ: công nghệ không dây có sẵn, bao gồm: RFID, NFC , Wi-Fi, Bluetooth, XBee , Zigbee, Z- Wave và hệ thống không dây M-Bus. Ngoài ra còn có các mạng cố định nhƣ Ethernet, HomePlug, HomePNA , HomeGrid / G.hn và LonWorks.
Đối với khả năng truyền dữ liệu tầm xa, hoặc diện rộng thì có mạng lƣới di động sử dụng các công nghê vệ tinh và GSM, GPRS, 3G, LTE hay WiMAX. Ngoài ra các kết nối không dây khác nhƣ SIGFOX-ultra-narrowband và NeulNET - TV white- space cũng đang nổi lên để thiết kế đặc biệt dành riêng cho M2M. Một số nền tảng nhƣ WaspMote Libelium, có thể đƣợc cấu hình để phù hợp với nhiều lựa chọn kết nối tầm ngắn và diện rộng cũng dần phát triển nhờ vào ứng dụng cho M2M.
Tính di động trong hệ thống M2M là rất quan trọng bởi nó cho khả năng thu thập dữ liệu, lƣu trữ và truyền tải một cách nhanh chóng. Wi-Fi và các công nghệ khác cũng thƣờng đƣợc sử dụng bên trong các tòa nhà công nghệ, mạng sử dụng dây cũng có thể hữu ích với thiết bị cố định khi cho phép truyền dữ liệu liên tục.
Hình 1.9. Lộ trình phát triển của IoT
Tƣơng lai của IoT có thể là một mạng lƣới các thực thể thông minh có khả năng tự tổ chức và hoạt động riêng lẻ tùy theo tình huống, môi trƣờng, đồng thời chúng cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi thông tin, dữ liệu. Việc tích hợp trí thông minh vào IoT còn có thể giúp các thiết bị, máy móc, phần mềm thu thập và phân tích các dấu vết điện tử của con ngƣời khi chúng ta tƣơng tác với những thứ thông minh, từ đó phát hiện ra cáctri thứcmới liên quan tớicuộc sống, môi trƣờng, các mối tƣơng tác xã hội cũng nhƣ hành vi con ngƣời.
1.5. CÁC YÊU CẦU CỦA MỘT HỆ THỐNG INTERNET VẠN VẬT
Một hệ thống IoT phải thoả mãn các yêu cầu sau:
–Khả năng kết nối: Hệ thống phải luôn sẵn sàng và có kết nối liền mạch với các bên liên quan. Có hai điều rất quan trọng là kết nối và truyền dữ liệu. Quá trình nhận nhiệm vụ công việc từ thiết bị này sang thiết bị khác cần phải đƣợc liền mạch, không gián đoạn. Cần phải kiểmtra các điều kiện ngoại tuyến. Khi hệ thống không đƣợc kết nối mạng, cần phải có cảnh báo nhắc nhở, không phụ thuộc vào hệ thống cho đến khi nó đƣợc kết nối trở lại. Mặt khác phải có cơ chế để có thể lƣu trữ tất cả dữ liệu trong thời gian ngoại tuyến. Khihệ thống đƣợc kết nối mạng trở lại, tất cả các dữ liệu đó cần phải đƣợc truyền đi, đảm bảo không mất mát dữ liệu ở bất kỳ điều kiện nào. Bên cạnh đó cần chú ý 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 đƣợc thiết lập dựa trên định danh (ID) của Things.
–Khả năng cộng tác: hệ thống IoT phải có khả năng tƣơng tác qua lại giữa các mạng và “Things”.
- Tính khả dụng:cần chắc chắn về khả năng sử dụng của mỗi thiết bị. Các thiết bị không chỉ gửi và nhận thông báo mà còn các tin nhắn lỗi, cảnh báo…Hệ thống nên có tùy chọn để lƣu lại tất cả sự kiện, cung cấp đầy đủ thông tin cho ngƣời dùng cuối. Các thông báo nên đƣợc hiển thị và xử lý chính xác trên tất cả các thiết bị.
- Khả năng tương thích:Nhìn vào kiến trúc phức tạp của 1 hệ thống IoT, có thể nói khả năng tƣơng thích là điều cần thiết. Các mục cần kiểm tra nhƣ: phiên bản hệ điều hành, trình duyệt và các phiên bản tƣơng thích, các thế hệ thiết bị, các chế độ liên lạc (bluetooth 2.0, 3.0) …
–Khả năng tự quản của mạng: Bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự tối ƣu hóa và tự có cơ chế bảo vệ. Điều này cần thiết để mạng có thể thích ứng với các miền ứng dụng, môi trƣờng truyền thông và nhiều loại thiết bị khác nhau.
– Dịch vụ thoả thuận: dịch vụ này có thể đƣợc cung cấp bằng cách thu thập, giao tiếp và xử lý tự động dữ liệu giữa các “Things” dựa trên các quy tắc đƣợc thiết lập bởi ngƣời vận hành hoặc tùy chỉnh bởi ngƣời dùng.