Thuật ngữ Internet of things (viết tắt là IoT) được hiểu một cách đơn giản là một mạng lưới vạn vật kết nối với nhau thông qua Internet. Chúng bao gồm các đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình và tất cả có khả năng truyền tải hay trao đổi thông tin hay dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và quan trọng hơn là sự có mặt của Internet. Nói đơn giản IoT là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối mọi thứ lại với nhau với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó.
Chúng ta có thể dễ dàng nhận ra rằng chúng ta đang sử dụng các loại thiết bị có ứng dụng thuật ngữ này hàng ngày đấy. Đó là các kết nối Wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, cảm biến hồng ngoại…Thông qua các thiết bị điện tử gia dụng, điện tử thông minh như điện thoại, máy tính bảng, ipad, tivi thông minh, nhà thông minh, tai nghe, bóng đèn hay nhiều thiết bị khác nữa. Cisco, nhà cung cấp giải pháp và thiết bị mạng hàng đầu trên thế giới hiện nay dự báo rằng đến năm nay tức 2020. Trên thế giới sẽ có hơn 50 tỷ đồ vật, thiết bị, máy móc,…được kết nối internet với nhau và dĩ nhiên là trong tương lai con số này còn tăng lên nữa. Và số liệu thống kê cụ thể ở năm 2020 như sau:
- 50 ngàn tỷ Gb dữ liệu đã được sử dụng.
- Có hơn 25 tỷ hệ thống nhúng cũng như hệ thống thông minh khác
- Đem lại nguồn thu nhập 4 tỷ USD
- Có 4 tỷ người kết nối với nhau thông qua các hình thức kết nối từ IoT
- Sản xuất và phát triển hơn 25 triệu ứng dụng
- …
Lịch sử phát triển và hình thành của hệ thống Internet of things (IoT):
Thuật ngữ ” Internet of things”( viết tắt là IoT) dạo gần đây xuất hiện khá nhiều và thu hút không ít sự quan tâm chú ý của thế giới công nghệ. Vì sự bùng nổ của IoT trong tương lai sẽ có tác động mạnh mẽ tới cuộc sống, công việc và xã hội loài người. Thực tế thì Internet of things đã xuất hiện từ nhiều thập kỷ trước. Tuy nhiên mãi đến những năm 1999 cụm từ IoT mới được đưa ra bởi Kevin Ashton, Ông là một nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một số loại cảm biến khác.
- Vào năm 1982, đã có những ý tưởng đầu tiên về một mạng lưới các thiết bị thông minh được đưa ra thảo luận rộng rãi. Và đó cũng đánh dấu sự ra đời của chiếc máy bán nước Cocacola ở Đại học Carnegie Mellon. Nó đã trở thành thiết bị đầu tiên được kết nối Internet, có khả năng báo cáo kiểm kho và báo cáo độ lạnh của những chai nước mới đưa vào máy.
- Năm 1999, Kevin Ashton lần đầu tiên đề cập đến Internet of Things tại buổi thuyết trình của công ty Procter & Gamble.
- Năm 2000 – 2013, Internet of things (IoT) được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi vào các lĩnh vực đời sống như đồ gia dụng, thiết bị chăm sóc sức khỏe. Một số sản phẩm tiêu biểu như: Fibit – đồng hồ theo dõi sức khỏe, máy tạo nhịp tim không dây, dịch vụ vận chuyển hàng không,…
- Năm 2014, số lượng thiết bị di động và máy móc kết nối với internet vượt dân số thế giới lúc bấy giờ.
- Và cuối cùng đến năm 2015, các mô hình robot IoT, trang trại IoT được công bố và đưa vào ứng dụng cũng như phát triển cho đến ngày nay.
Cấu trúc của một hệ thống Internet of things (IoT):
Với một hệ thống IoT chúng sẽ bao gồm 4 thành phần chính đó là thiết bị hay còn gọi là (Things), tram kết nối hay cổng kết nối (Gateways), hạ tầng mạng hay các điện toán đám mây (Network and Cloud) và bộ phân tích và xử lý dữ liệu (Services-creation and Solution Layers).
Thông thường các cảm biến sẽ có nhiệm vụ cảm nhận các tín hiệu từ môi trường như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, chuyển động, tia nhiệt,…Và chuyển chúng thành các dạng dữ liệu trong môi trường internet. Sau đó các tín hiệu sẽ được xử lý và đưa ra các thay đổi theo ý của người tiêu dùng. Và dĩ nhiên thì quá trình này diễn ra khá nhanh, hiện nay chúng thường được ứng dụng thông qua các app trên điện thoại hay trên máy vi tính, laptop,…
Các đặc tính cơ bản của Internet of things (IoT):
Hệ thống IoT sẽ bao gồm các đặc trưng như sau:
- Tính không đồng nhất: các thiết bị trong IoT là không đồng nhất vì nó có phần cứng khác nhau cũng như network khác nhau. Các thiết bị giữa các network có thể tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các network.
- Tính kết nối liên thông (interconnectivity): với hệ thống IoT thì bất cứ điều gì, vật gì, máy móc gì cũng có thể kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc tổng thể.
- Những dịch vụ liên quan đến “Things”: hệ thống IoT có khả năng cung cấp các dịch vụ liên quan đến “Things” chẳng hạn như bảo vệ sự riêng tư và nhất quán giữa Physical Thing và Virtual Thing. Để cung cấp được dịch vụ này, cả công nghệ phần cứng và công nghệ thông tin(phần mềm) sẽ phải thay đổi.
- Sẽ có quy mô lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị, máy móc, được quản lý và giao tiếp với nhau. Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối Internet hiện nay. Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với được truyền bởi con người.
- Có thể thay đổi linh hoạt: các trạng thái của các thiết bị điện tử, máy móc có thể tự động thay đổi như ngủ và thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay đổi, và tốc độ đã thay đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi tùy vào cách mà chúng ta muốn.
Các yêu cầu của một Internet of things (IoT):
Các yêu cầu để có thể trở thành một IoT sẽ rất cao và khắc khe. Chính vì thế mà để có thể thỏa mãn thì cần phải có các tiêu chí như sau:
Có kết nối dựa trên sự nhận diện:
Có nghĩa là các đồ vật, máy móc, thiết bị hay gọi chung là “Things” phải có tên hay địa chỉ ID riêng biệt. Hệ thống IoT cần hỗ trợ các kết nối giữa các “Things”, và kết nối được thiết lập dựa trên định danh (ID) của Things.
Khả năng quản lý:
Hệ thống IoT cần phải hỗ trợ tính năng quản lý các “Things” để đảm bảo network hoạt động bình thường. Ứng dụng IoT thường làm việc tự động mà không cần sự tham gia người, nhưng toàn bộ quá trình hoạt động của họ nên được quản lý bởi các bên liên quan.
Khả năng bảo mật:
Trong IoT, rất nhiều “Things” sẽ được kết nối với nhau. Chính điều này làm tăng mối nguy trong bảo mật, chẳng hạn như bí mật thông tin bị tiết lộ, xác thực sai, hay dữ liệu bị thay đổi hay làm giả. Hơn nữa tất cả các “Things” đều có chủ sở hữu và người sử dụng của nó. Các dữ liệu thu thập được từ các “Things” có thể chứa thông tin cá nhân liên quan chủ sở hữu hoặc người sử dụng nó. Các hệ thống IoT cần bảo vệ sự riêng tư trong quá trình truyền dữ liệu, tập hợp, lưu trữ, khai thác và xử lý. Bảo vệ sự riêng tư không nên thiết lập một rào cản đối với xác thực nguồn dữ liệu.
Dịch vụ thỏa thuận:
Dịch vụ này để có thể được cung cấp bằng cách thu thập, giao tiếp và xử lý tự động các dữ liệu giữa các “Things” dựa trên các quy tắc được thiết lập bởi người vận hành hoặc tùy chỉnh bởi các người dùng.
Khả năng cộng tác:
Khả năng này cho phép hệ thống IoT có khả năng tương tác qua lại giữa các network và Things một cách dễ dàng.
Khả năng tự quản của network:
Chúng sẽ bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự khắc phục lỗi, tự tối ưu hóa và tự có cơ chế bảo vệ. Điều này cần thiết để network có thể thích ứng với các tên mền ứng dụng khác nhau, môi trường truyền thông khác nhau, và nhiều loại thiết bị khác nhau,…
Các khả năng dựa vào vị trí (location – based capabilities):
Các thông tin liên lạc và các dịch vụ liên quan đến một cái gì đó sẽ phụ thuộc vào thông tin vị trí của các thiết và người sử dụng. Hệ thống IoT có thể biết và theo dõi vị trí một cách tự động. Các dịch vụ dựa trên vị trí có thể bị hạn chế bởi luật pháp hay quy định, và phải tuân thủ các yêu cầu an ninh.
Plug and play:
Hệ thống IoT bắt buộc các “Things” phải được plug – and – play một cách dễ dàng và tiện dụng. Điều này giúp dễ dàng cho việc mới bắt đầu sử dụng
Ứng dụng nổi bật của hệ thống Internet of things (IoT):
Có thể nói IoT có mặt trong hầu hết các lĩnh vực đời sống của chúng ta hiện nay từ văn hóa, du lịch, giáo dục, y học, truyền thông,…Tất cả các lĩnh vực trên đều được ứng dụng từ các thành tựu của IoT cả. Như trước đây nếu chúng ta muốn thông tin liên lạc với nhau thì không còn cách nào khác đó là viết thư và truyền thư thông qua người giao nhận. Còn bây giờ thì thông qua các thiết bị thông minh, chúng được kết nối với nhau thông qua hệ thống wifi, 3G hay các ứng dụng riêng của từng hãng. Chưa đầy 10s chúng ta đã có thể gửi tin nhắn đến một người hay nhiều người khác. Bên cạnh đó thì còn có nhiều ứng dụng khác như:
- Quản lý môi trường.
- Quản lý hệ thống máy móc
- Hệ thống mua sắm trực tuyến
- Hệ thống kiểm soát an ninh
- Nhà thông minh
- Ứng dụng quản lý toàn bộ thiết bị cá nhân thông qua việc động bộ
- …
Các vấn đề của một hệ thống Internet of things (IoT):
Đi đôi với sự tiện ích và thực dụng thì bao giờ cũng kèm theo những bất cập cả. Và hệ thống IoT cũng không phải là ngoại lệ đúng không nào. Thật vậy, trong hệ thống chúng ta sẽ thấy những khó khăn mà hiện tại chưa được khắc phục triệt để . Có thể đến một số như:
Chưa có nền tảng và ngôn ngữ chung:
Như trên mình có trình bày thì một hệ thống IoT sẽ được kết nối với nhau thông qua các Things tức là các thiết bị, máy móc, điện tử,…Tuy nhiên với từng thiết bị IoT thì lại được lập trình trên một nền tảng cũng như ngôn ngữ riêng. Điều này rất khó khăn trong vấn đề giao tiếp qua lại giữa các thiết bị. Đã có giải pháp là dùng đến giao thức, tuy nhiên thì các giao thức lại chưa hoàn toàn đồng nhất nên dẫn đến tình trạng thông tin không được xử lý hoặc xử lý sai. Không chỉ vậy, nền tảng của các thiết bị cũng không đồng nhất, do vậy nên khá phức tạp khi thực hiện tùy chỉnh hoặc liên kết các thiết bị.
Hàng rào subnetwork
Các thiết bị IoT chủ yếu kết nối đến máy chủ trung tâm quản lý. Tuy nhiên mỗi hệ thống IoT lại có một subnetwork (mạng con) riêng, và các thiết bị giữa các subnetwork khác nhau chưa hoàn toàn có thể giao tiếp với nhau. Và bài toán đặt ra là làm thế nào để có thể tích hợp và trao đổi thông tin giữa chúng khi cần thiết.
Chi phí cao
Thiết kế, độ bền, bản quyền dữ liệu,…. đòi hỏi chi phí khá cao khi sản xuất các thiết bị IoT, điều này làm giảm độ phủ sóng của công nghệ hiện đại này, chỉ một bộ phận người dùng có thể tiếp cận và thường xuyên sử dụng chúng.
Bên cạnh đó, phần cứng và phần mềm của thiết bị thường đi chung với nhau, người dùng chưa thể tự do kết hợp thiết bị của mình với công ty khác hoặc phần mềm khác đã được cải tiến. Các thiết bị thường được đồng bộ nên khi thay chi tiết lẻ rất phức tạp.
Tác động đến Xã hội
Theo một nghiên cứu khác, phần lớn các thiết bị IoT sử dụng các kim loại nặng và kim loại đất hiếm, các hóa chất có độc tính cao. Linh kiện điện tử thường chôn ở những bãi rác thông thường. Chính vì vậy nhu cầu khai thác kim loại đất hiếm tăng, chi phí cho con người và môi trường cũng không hề nhỏ.
IoT và Quản lý dữ liệu
Với một lượng thiết bị khổng lồ như vậy, thì IoT sẽ chứa các dữ liệu ở đâu và việc dọn dẹp, xử lý sẽ như thế nào? Cần phải tách biệt việc lưu trữ thô và nhu cầu lưu trữ lâu dài với nhu cầu truy cập nhanh vào thông tin về dữ liệu. Theo nhà phân tích của IDC Natalya Yezhkova, 87 exabyte dung lượng lưu trữ sẽ được chuyển đến các hệ thống xử lý (workload) IoT vào năm 2021. Các trung tâm dữ liệu sẽ phải được thiết lập để xử lý tất cả những dữ liệu này.
Hướng phát triển tiếp theo của hệ thống Internet of things (IoT):
Với những lợi ích to lớn mà IoT đã mang lại thì nhu cầu về một định hướng phát triển lâu dài là điều hiển nhiên phải có. Thông qua đó chúng sẽ được nghiên cứu và phát triển hơn nhằm giải quyết những vấn đề mà hiện tại chúng ta chưa giải quyết cũng như chưa tối ưu được. Và cụ thể thì chúng ta có thể tham khảo qua một số định hướng về các lĩnh vực khác nhau như:
Công nghệ True Wireless kết nối thiết bị không dây:
Các hình thức và giao thức kết nối hiện tại đa số là thông qua dây, chúng rất bất tiện và có nguy cơ gây sự cố trong quá trình vận hành. Việc sử dụng công nghệ không dây đa dạng sẽ giúp chi phí sản xuất thiết bị IoT giảm. Các công nghệ mới như SIgfox, LoraWAN, 3GPP xuất hiện bên cạnh Wimax, Bluetooth, Wifi, LTE,… được sử dụng để liên kết các phần khác nhau của IoT.
Nhà thông minh (Smart home):
Nhà thông minh cũng là một trong các dự định trong tương lai của hệ thống IoT. Chúng không chỉ hiện đại, sang trọng mà còn đậm chất tương lai. Tuy nhiên theo hiện nay các thiết bị Smart home đang có giá thành khá cao so với mức thu nhập bình quân của chúng ta, không phải ai cũng có thể sở hữu. Việc thay thế cũng như tối ưu các linh kiện hiếm và đắt đang là mục tiêu của các công ty công nghệ IoT để phủ nhanh IoT ra khắp thị trường.
Thành phố thông minh (Smart City):
Mô hình thành phố được áp dụng công nghệ thông tin – điện tử viễn thông – tự động hóa nhằm nâng cao năng lực quản lý chính quyền, nâng cao chất lượng cuộc sống. Điều này đòi hỏi mạng lưới thiết bị đồng nhất, không chỉ trách nhiệm của một mà còn nhiều công ty công nghệ cùng nghiên cứu và thiết lập.
Linh vực y tế – chăm sóc sức khỏe:
Chăm sóc sức khỏe là đối tượng tiềm năng của IoT. Những thiết bị thông minh hỗ trợ cho hoạt động khám chữa và điều trị tại bệnh viện, phòng khám, có thể điều chỉnh theo chuyển động và kích thước bệnh nhân mà không cần can thiệp từ con người. Bên cạnh đó các thiết bị giám sát, theo dõi, kiểm tra sức khỏe từ xa luôn là sản phẩm mà người dùng mong đợi.
Bảo mật thông tin và dữ liệu:
Để có thể triển khai mô hình IoT tới những nơi quan trọng, các doanh nghiệp cần tăng cường hệ thống bảo mật cho các thiết bị. Nếu chẳng mai các dữ liệu doanh nghiệp, cá nhân, tổ chức bị mất đi sẽ gây ra các hậu quả không lường.
