I. Lời nói đầu
Internet của vạn vật (IoT) là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả các tình huống mà trong đó khả năng kết nối Internet và máy tính được mở rộng đến các thiết bị, cảm biến và các vật dụng hàng ngày thường không được coi là máy tính (ví dụ như: hàng tiêu dùng, ô tô và xe tải, các bộ phận thiết bị công nghiệp và tập hợp của các thiết bị được kết nối, làm việc cùng nhau để tạo ra các khái niệm như “thành phố thông minh” và “ngôi nhà thông minh”…). Các sự vật (thing) này tiến hành thu thập và truyền tải dữ liệu theo chỉ định từ môi trường xung quanh và những dữ liệu này được phân tích để tạo ra những giá trị, nhận thức mới, cũng như cung cấp dịch vụ và điều khiển các tác vụ khác.
Theo Gartner, đến năm 2020, thế giới sẽ có khoảng 20 tỷ thiết bị sử dụng IoT, doanh số dự kiến trong năm là 437 tỷ USD. IoT hứa hẹn cung cấp những tiến bộ trong tự động hóa công nghiệp, y tế, bảo tồn năng lượng, nông nghiệp, giao thông, quản lý đô thị, cũng như nhiều ứng dụng và lĩnh vực khác.
- Công nghệ Internet của vạn vật (IoT)
Liên minh Viễn thông quốc tế ITU (tại Khuyến nghị ITU-T Y.2060) đã định nghĩa IoT như là một cơ sở hạ tầng mang tính toàn cầu cho xã hội thông tin, mang đến những dịch vụ tiên tiến bằng cách kết nối các “Things” (cả vật lý lẫn ảo) dựa trên sự tồn tại của thông tin, dựa trên khả năng tương tác của các thông tin đó và dựa trên các công nghệ truyền thông. Thông qua việc khai thác khả năng nhận biết, thu thập xử lý dữ liệu, công nghệ IoT tận dụng mọi thứ để cung cấp dịch vụ cho tất cả các loại ứng dụng. Tuy nhiên để giải quyết tất cả những phức tạp về của việc cho phép giao tiếp, kết nối, dịch vụ và đám mây cho các thiết bị này, một nền tảng IoT (IoT – Platform) sẽ là một giải pháp trung gian, một phần mềm hỗ trợ giao tiếp, kết nối phần cứng, điểm truy cập và phần cứng mạng dữ liệu với các phần khác.
Nền tảng IoT phải đảm bảo tích hợp liền mạch với các phần cứng khác nhau bằng cách sử dụng một loạt các giao thức truyền thông phổ biến, áp dụng các kiểu topology mạng khác nhau (kết nối trực tiếp hoặc qua gateway) và sử dụng SDK khi cần thiết.
- Nền tảng IoT (IoT – Platform)
Để đạt được giá trị từ Internet of Things (IoT), việc cần phải có một nền tảng để tạo và quản lý ứng dụng, chạy các phân tích, lưu trữ và bảo mật dữ liệu. Giống như một hệ điều hành dành cho máy tính, một nền tảng làm rất nhiều thứ đằng sau đó, tạo tra môi trường cho các nhà phát triển, giúp nhà quản lý và người dùng sử dụng dễ dàng hơn và tiết kiệm chi phí hơn.
Nhìn chung, nền tảng IoT đề cập đến các thành phần phần mềm cung cấp giao diện giữa các cảm biến và ứng dụng, các giao tiếp, luồng dữ liệu, quản lý thiết bị, và các chức năng của phần mềm trung gian lớp giữa (middleware). Một nền tảng không phải là ứng dụng riêng, mặc dù nhiều ứng dụng có thể được xây dựng hoàn toàn trong khuôn khổ một nền tảng IoT. Thông qua tham khảo, trích dẫn một số tài liệu của một số cá nhân và tổ chức, bài viết này sẽ tập trung mô tả thành phần cơ bản cũng như chức năng của các thành phần đó trong một nền tảng IoT
- Các thành phần cơ bản của một nền tảng IoT
Theo báo cáo nghiên cứu thị trường của tổ chức IoT Analytics, kiến trúc của nền tảng IoT hiện đại cơ bản nhất, được miêu tả bao gồm 8 thành phần như sau:
Hình 1. Các thành phần của nền tảng cơ bản IoT (Nguồn: IoT Analytics)
Hình thức đơn giản nhất, một nền tảng IoT chỉ cho phép kết nối giữa “sự vật” hoặc thiết bị. Kiến trúc cũng có thể bao gồm một nền tảng phần mềm, một nền tảng phát triển ứng dụng hoặc một nền tảng phân tích. Trong một hình thức phức tạp hơn, một nền tảng IoT đầu cuối đích thực bao gồm tám khối kiến trúc quan trọng:
1. Kết nối và đồng bộ hóa: Thành phần này có chức năng tích hợp đồng bộ các giao thức khác nhau và các định dạng dữ liệu khác nhau vào một giao diện “phần mềm” đảm bảo việc truyền dữ liệu chính xác và tương tác với tất cả các thiết bị.
2. Quản lý thiết bị: Đây là thành phần đảm bảo kết nối “mọi thứ” hoạt động bình thường, chạy các bản vá và cập nhật phần mềm cũng như ứng dụng đang chạy trên thiết bị hoặc các gateways ngoại biên (EDGE gateway).
3. Cơ sở dữ liệu: Đây là thành phần được coi quan trọng của một nền tảng. Ngoài lưu trữ dữ liệu quan trọng của thiết bị, nó phải có khả năng mở rộng đáp ứng các yêu cầu cho các cơ sở dữ liệu dựa trên đám mây. Thành phần này phải đảm bảo sự mở rộng khối lượng, sự đa dạng, vận tốc và độ tin cậy của dữ liệu.
4. Quản lý và xử lý hoạt động: Chức năng đưa dữ liệu vào hoạt động dựa trên nguyên tắc Event-Action-Triggers cho phép thực thi các hoạt động “thông minh” dựa trên dữ liệu từ cảm biến cụ thể.
5. Phân tích: Đây có thể được coi là bộ não của nền tảng IoT. Thành phần này có chức năng thực hiện hàng loạt các phân tích phức tạp từ việc phân cụm dữ liệu cơ bản và khả năng tự học để tự phân tích, dự đoán, trích xuất những dữ liệu giá trị nhất trong luồng dữ liệu IoT.
6. Dữ liệu trực quan: Cho phép con người xem xét các mẫu và quan sát các xu hướng từ bảng điều khiển trực quan, nơi dữ liệu được miêu tả sinh động qua biểu đồ đường thẳng, hình họa mô phỏng.
7. Công cụ bổ sung: Thành phần này cho phép các nhà phát triển IoT thử nghiệm và trước khi đưa sản phẩm ra thị trường với các trường hợp sử dụng được biểu diễn trên hệ sinh thái mô phỏng dùng để hiển thị, quản lý và kiểm soát thiết bị kết nối.
8. Các giao diện bên ngoài: Đây là nơi cho phép tích hợp với các hệ thống của bên thứ ba và phần còn lại của hệ thống CNTT thông qua các giao diện lập trình ứng dụng (API), các bộ phát triển phần mềm (SDK) và các gateways.
Một nền tàng có nhiệm vụ điều phối rất nhiều khía cạnh cơ bản khác nhau để có thể tạo thành một giải pháp IoT. Chúng xác định việc làm thế nào để một thiết bị đầu cuối kết nối với mạng, phương pháp và vị trí thu thập dữ liệu… Điều quan trọng nhất có lẽ làm thế nào dữ liệu đó có thể được sử dụng để tạo ra các giá trị cốt lõi.
Dưới đây là một ví dụ minh họa hoạt động của một nền tảng IoT trên một thiết bị thông minh. Trong trường hợp một máy giặt thông minh gặp sự cố do áp suất nước bị giảm, nền tảng IoT sẽ thực thi hành động được chỉ định sẵn: Tắt máy; gửi thông báo cho người dùng và cho trung tâm dịch vụ khách hàng (nguồn: IoT Analytics):
Hình 2. Nền tảng IoT kích hoạt và thực hiện các hành động (Nguồn: IoT Analytics)
Nền tảng IoT liên kết các máy móc, thiết bị, ứng dụng và con người với các trung tâm dữ liệu và điều khiển. Một nền tảng lớn, tiên tiến vượt xa các khả năng kết nối và hành động bằng cách tách các mô đun nền tảng khác nhau, cho phép tích hợp liền mạch ở lớp giao diện bên ngoài cũng như hỗ trợ nhiều giao thức và tiêu chuẩn. Nó không chỉ giới hạn trong một trung tâm điều hành cố định mà còn có thể được truy cập và quản lý từ nhiều điểm địa phương khác nhau. Dữ liệu từ một nền tảng hệ sinh thái luôn có thể được thu thập, ưu tiên, sắp xếp và khai thác dữ liệu trực tuyến hoàn toàn. Đây là một đặc điểm quan trọng trong thời kỳ khi mà máy móc, cảm biến và các vật thể khác đang bắt đầu tạo ra một khối lượng thông tin mới khổng lồ.
- Các loại nền tảng IoT
Hiện nay trên thế giới có 4 loại nền tảng IoT phổ biến:
1. Connectivity/M2M platforms (Nền tảng kết nối M2M): Nền tảng này chủ yếu tập trung vào việc kết nối các thiết bị IoT kết nối thông qua mạng viễn thông (ví dụ, thẻ SIM) nhưng hiếm khi có hoạt động xử lý và làm giàu dữ liệu.
2. IaaS backends. (Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ) Nền tảng dịch vụ cơ sở hạ tầng cung cấp không gian lưu trữ và khả năng xử lý cho các ứng dụng và dịch vụ. Những backends được sử dụng để tối ưu hóa cho các ứng dụng dành cho máy tính để bàn và di động, tuy nhiên hiện tại nó vẫn được coi là một nền tảng IoT tập trung.
3. Hardware-specific software platforms. (Nền tảng phần mềm cho phần cứng chuyên biệt) Một số công ty sản xuất kinh doanh thiết bị kết nối đã xây dựng phần mềm độc quyền đầu cuối của riêng họ và coi đó là như là một nền tảng IoT. Đây là nền tảng đóng và gây ra tranh cãi về việc có nên gọi nó là một nền tảng IoT hay không (một ví dụ là Google Nest).
4. Consumer/Enterprise software extensions (Phần mở rộng của phần mềm dành cho người tiêu dùng/doanh nghiệp). Các gói phần mềm doanh nghiệp hiện tại và các hệ điều hành như Microsoft Windows ngày càng cho phép mở rộng, tích hợp các thiết bị IoT. Hiện tại, các tiện ích mở rộng này tuy chưa đủ để coi là một nền tảng IoT đầy đủ - nhưng điều này có thể sẽ đến sớm.
Có một đặc điểm chung là các nền tảng IoT lớn thường có xu hướng cung cấp kèm cơ sở hạ tầng phần cứng điện toán đám mây riêng, bao gồm lưu trữ, tính toán, kết nối mạng lưới và trung tâm dữ liệu, chẳng hạn như nền tảng IoT của Amazon hay Microsoft. Bên cạnh đó, hầu hết các nhà phát triển nền tảng nhỏ chọn xu hướng cung cấp lớp phần mềm nền tảng được dựa trên một hoặc nhiều nhà cung cấp đám mây công cộng lớn.
- Lời kết
Tại Việt Nam, trong khoảng 5 năm trở lại đây, công nghệ IoT đã bước đầu được ứng dụng trong một số lĩnh vực của cuộc sống, tuy nhiên trên thực tế, những ứng dụng này chỉ dừng lại ở mức rời rạc và chưa đồng bộ. Hiện nay, IoT không còn là một dự đoán nữa mà là một cuộc cách mạng ứng dụng công nghệ mới đang diễn ra như vũ bão trên toàn thế giới. Trong bối cảnh Việt Nam đang trong quá trình chuyển đổi, bước vào cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, song song với việc cần có những chính sách chủ trương lớn (chính sách và tài chính) thúc đẩy từ nhà nước, sự tham gia từ các công ty công nghệ trong và ngoài nước, từ cộng đồng công nghệ sẽ tạo bước đi chiến lược để hình thành, xây dựng một nền tảng IoT mở hiện đại có qui mô cấp quốc gia với mục tiêu để đồng bộ, tích hợp, tối đa hóa giá trị mang lại cũng như tạo nền tảng cho cuộc cạnh tranh mới từ mức cá nhân, doanh nghiệp cho đến quốc gia trong trong hiện tại và tương lai.
Bài viết có sử dụng thông tin, minh họa và nguồn tham khảo từ:
https://www.kaaproject.org/what-is-iot/
https://iot-analytics.com/5-things-know-about-iot-platform/
http://www.itproportal.com/2016/08/01/the-internet-of-things-what-the-hell-is-an-iot-platform/
http://www.rfwireless-world.com/IoT/IoT-Platform-basics-and-IoT-platform-Vendor-Companies.html
https://thingxyz.net/
Lê Việt Hưng