Internet of Things là gì ?
Internet of Things là một thế giới nơi mà mọi thứ xung quanh chúng ta như điện thoại, ti-vi, đèn, tủ lạnh, đồng hồ, ô tô, v.v. được theo dõi, cảm biến và tương tác giữa chúng với nhau hoặc không có sự điều khiển của con người. Nhiều người cho rằng Internet of Things hay IoT là cuộc cách mạng kỹ thuật tiếp theo trên internet.
Internet of Things (IoT) là một mạng gồm các hệ thống nhúng (thiết bị) có kết nối với internet, cho phép chúng kết nối và tương tác với các thiết bị nhúng khác, dịch vụ (máy hoặc thiết bị) và con người trên quy mô lớn.
Internet of Things (IoT) là một trong những xu hướng hấp dẫn nhất trong việc điều khiển nhiều loại thiết bị hoặc đối tượng thông minh thông qua hệ thống truyền thông có dây hoặc không dây.
Nó cho phép mọi thứ được kết nối hoặc điều khiển mọi lúc, mọi nơi với bất kỳ ai hoặc bất cứ thứ gì bằng cách sử dụng bất kỳ đường dẫn hoặc mạng và bất kỳ dịch vụ nào. Mục đích chính của Internet of Things (IoT) là làm cho các tác vụ khác nhau trở nên dễ dàng hơn cho người dùng trong việc điều khiển và giám sát.
Với sự trợ giúp của Internet of Things (IoT), các hệ thống tự động hóa tòa nhà hoặc văn phòng, giám sát môi trường hoặc sinh học, lưới điện thông minh, v.v.. có thể được kết nối với nhau, cho phép chúng chia sẻ thông tin giữa chúng và ảnh hưởng đến hiệu suất của nhau.
IoT bao gồm những đồ vật hoặc thiết bị có một định danh của riêng mình và được kết nối với internet thông qua một mạng truyền thông.
Nó đề cập đến mạng lưới các đối tượng vật lý được nhúng với các thiết bị điện tử, cảm biến, cơ cấu chấp hành, phần mềm và kết nối truyền thông, trong đó tất cả sự sắp xếp cho phép trao đổi dữ liệu, giám sát từ xa và điều khiển các đối tượng hoặc vật thể khác nhau.
Khái niệm này có thể được xem là kết nối bất kỳ thiết bị nào bằng cách chuyển trạng thái BẬT và TẮT qua Internet.
Sử dụng IoT, tất cả các đối tượng trong cuộc sống hàng ngày như máy giặt, đèn, máy pha cà phê, máy điều hòa, … đều được trang bị định danh và kết nối không dây để cung cấp điều khiển từ xa và trao đổi thông tin trong khi thực hiện các ứng dụng có ý nghĩa hướng đến mục tiêu người dùng hoặc máy móc.
Một phương trình đơn giản cho Internet of Things được biểu thị trong hình trên, trong đó một đối tượng vật lý đóng vai trò vật (thing) và được kết nối với internet, nó có thể được điều khiển và giám sát thông qua internet.
Cảm biến bên trong hoặc gắn vào các đối tượng được kết nối với internet thông qua kết nối internet có dây hoặc không dây. Các kết nối khu vực cục bộ khác nhau cho các cảm biến này bao gồm ZigBee, Bluetooth, RFID, Wi-Fi, v.v.. Những cảm biến này cũng sử dụng các mạng diện rộng bao gồm GSM, GPRS, 3G, 4G, v.v.
Kiến trúc IoT
Khái niệm Internet of Things (IoT) không hoàn toàn mới vì các lĩnh vực viễn thông, điều khiển công nghiệp và điều khiển qúa trình đã được sử dụng.
Nhưng để triển khai khái niệm Internet of Things theo xu hướng mới nhất, nhiều kiến trúc công nghệ đang được phát triển xung quanh tính khả thi và khả năng ứng dụng của Internet of Things.
Một kiến trúc tham chiếu được đề xuất tập trung vào việc cung cấp một giải pháp hoàn chỉnh để tạo điều kiện thuận lợi cho thiết kế, phát triển và sẵn sàng cho môi trường thông minh theo mô hình Internet of Things. Hình dưới đây cho thấy kiến trúc đơn giản của miền Internet of Things (IoT).
Như thể hiện trong hình, kiến trúc của mô hình Internet of Things có thể được chia nhỏ thành ba lớp chính. Lớp thấp nhất bao gồm cộng đồng phần cứng, lớp này lại được chia thành hai nhóm thiết bị.
Nhóm thiết bị đầu tiên là các thiết bị bị ràng buộc có tài nguyên và tính năng hạn chế và do đó dựa vào các thiết bị khác để thực hiện một số quy trình. Các thiết bị bên ngoài là các cổng thông minh có mối đe dọa để lộ chức năng cho khách hàng (client).
Nhóm thiết bị thứ hai là các thiết bị không bị giới hạn, có đầy đủ các tính năng và tài nguyên cần thiết để chạy các quy trình.
Ngay cả khi các thiết bị không bị ràng buộc thiếu tính năng cần thiết để thực hiện một quy trình cụ thể, chúng vẫn có các phần mềm trung gian cung cấp các chức năng trực tiếp cho máy khách thông qua một nền tảng hoặc dịch vụ đám mây của bên thứ ba.
Lớp tiếp theo hoặc lớp giữa trong kiến trúc của Internet of Things là lớp phần mềm, hỗ trợ nền tảng nguồn mở.
Nhiệm vụ của lớp này là cung cấp một cơ chế để xác định và thiết lập các chức năng của phần cứng như cảm biến, cơ cấu chấp hành, xử lý quy trình, v.v.. và cũng tổ chức chúng để xây dựng các dịch vụ (đơn giản hoặc phức tạp).
Cấp độ phần mềm cũng có nhiệm vụ thực hiện các giao thức cần thiết, bộ điều khiển kết nối và các tiêu chuẩn truyền thông.
Lớp cuối cùng trong kiến trúc Internet of Things là lớp người dùng. Lớp này bao gồm các máy khách (client) sử dụng các dịch vụ được cung cấp bởi lớp phần mềm. Các client có thể là điện thoại thông minh, ti-vi, máy tính xách tay, máy thông minh, đồ gia dụng, v.v..
Các ứng dụng có thể có của IoT
Các nhà công nghệ, sách vở và các nghiên cứu khác nhau có quan điểm khác nhau về các ứng dụng khả thi của Internet of Things (IoT). Một số nghiên cứu chia các ứng dụng của IoT thành ba lĩnh vực. Đó là
- Cá nhân – cho cuộc sống thông minh
- Công nghiệp – cho hoạt động kinh doanh hiệu quả
- Cơ sở hạ tầng – cho các thành phố thông minh
Một danh sách nhỏ gồm nhiều ứng dụng có thể có của IoT trong mỗi lĩnh vực được đề cập dưới đây.
Các ứng dụng của IoT
Đối với các ứng dụng cá nhân, cho phép sống thông minh, các ứng dụng của IoT có thể được chia thành ba loại. Đó là
Nhà
- Hệ thống an ninh, hệ thống giám sát, hệ thống báo động (khói, chuyển động, khí gas, v.v.)
- Hệ thống giám sát năng lượng như chiếu sáng, nhiệt, thiết bị gia dụng, đồng hồ đo năng lượng
- Hệ thống quản lý nước như điều khiển động cơ, điều khiển cấp độ, hệ thống phun nước, v.v.
- Hệ thống giải trí gia đình như âm thanh, video, máy chiếu, v.v.
- Các hệ thống theo dõi sức khỏe cá nhân như huyết áp, tiểu đường, ECG, v.v.
Thiết bị điện tử tiêu dùng
- Thiết bị đeo được như đồng hồ giúp nâng cao chất lượng cuộc sống
- Giám sát và theo dõi sức khỏe cho cuộc sống thông minh
- Theo dõi trẻ em, người lớn tuổi và vật nuôi cho cuộc sống an toàn
- Giải trí và giải trí cho cuộc sống chất lượng
Xe hoặc hệ thống giao thông thông minh
- Lái xe tự động hoặc tự lái
- Thông tin giao thông
- Chẩn đoán xe như động cơ, dầu, phanh, v.v..
- Các dịch vụ dựa trên vị trí như GPS
Để các ngành công nghiệp vận hành kinh doanh hiệu quả cần một hệ thống thông minh để điều khiển và tổ chức quy trình. Một số thị trường có thể liên quan đến ngành công nghiệp được đề cập dưới đây.
- Nông nghiệp bao gồm thủy lợi, sản xuất, gia súc, chăn nuôi, v.v..
- Trong các nhà máy, khái niệm tự động hóa, robot, máy móc và điều khiển quy trình, v.v..
- Xây dựng và các công trình dân dụng bao gồm các tòa nhà và văn phòng thông minh, sưởi ấm, điều hòa không khí, thông gió, HVAC, chiếu sáng, giám sát năng lượng, v.v.
- Truyền thông
- Sản xuất
- Trong lĩnh vực y tế, theo dõi sức khỏe, phòng thí nghiệm lâm sàng và nghiên cứu, chẩn đoán, điều trị và bảo hiểm.
- Cửa hàng thông minh bao gồm máy bán hàng tự động, ATM, điểm bán hàng điện tử, cửa hàng bán lẻ thông minh, khách sạn, v.v..
- Môi trường thông minh bao gồm theo dõi và giám sát không khí và nước.
- Các lưới thông minh như lưới nước, lưới năng lượng, đường ống dẫn khí đốt và dầu, v.v..
Để xây dựng và phát triển các thành phố và cộng đồng thông minh với thành phần chính là cơ sở hạ tầng thông minh. Các ứng dụng có thể có trong cơ sở hạ tầng của các thành phố thông minh như sau:
- Giáo dục thông minh
- An ninh, quốc phòng và quản lý thảm họa
- An toàn công cộng bao gồm xe cứu thương, cảnh sát, cứu hỏa và giám sát.
- Giao thông công cộng bao gồm xe lửa, xe buýt, máy bay, hàng hóa, xe thông minh, v.v..
- Đường cao tốc bao gồm chiếu sáng, bãi đậu xe, phí cầu đường, đồng hồ đo, v.v..
Các ứng dụng của IoT
Internet of Things (IoT) có thể được sử dụng cho rất nhiều ứng dụng bao gồm nhà cửa, hệ thống năng lượng, nông nghiệp, y tế, công nghiệp, hậu cần và môi trường.
Một số lĩnh vực ứng dụng nổi bật nhất của IoT được thảo luận dưới đây. Dựa trên một lĩnh vực ứng dụng cụ thể, các sản phẩm IoT chủ yếu được phân loại thành thiết bị đeo thông minh, thành phố thông minh, nhà thông minh, môi trường thông minh và doanh nghiệp thông minh.
Xây dựng và tự động hóa nhà
Chiếu sáng thông minh giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách điều chỉnh ánh sáng phù hợp với điều kiện môi trường xung quanh và làm mờ hoặc bật / tắt đèn khi cần. Chiếu sáng thông minh này đạt được bằng cách sử dụng đèn bán dẫn (như đèn LED) và đèn hỗ trợ IP.
Bằng cách phát hiện những thay đổi môi trường và chuyển động của con người, đèn được điều khiển bằng các thiết bị thông minh. Các ứng dụng IoT như ứng dụng di động và ứng dụng web cho phép điều khiển từ xa các đèn được kết nối không dây và kết nối internet này.
Thiết bị thông minh trong nhà giúp việc quản lý và điều khiển dễ dàng hơn nhiều so với các thiết bị có điều khiển riêng hoặc điều khiển từ xa. Internet of Things cho phép người dùng có được thông tin trạng thái và khả năng điều khiển từ xa.
Một số thiết bị hoạt động dựa trên IoT bao gồm tủ lạnh thông minh (theo dõi các mặt hàng khác nhau được lưu trữ bằng thẻ RFID), bộ điều chỉnh nhiệt thông minh để kiểm soát nhiệt độ, máy giặt / máy sấy thông minh, TV thông minh, v.v..
Hệ thống phát hiện xâm nhập sử dụng các cảm biến khác nhau (như Pir và cảm biến cửa) và camera an ninh để phát hiện sự xâm nhập và sau đó đưa ra cảnh báo. Các thiết bị IoT tại nhà cung cấp các cảnh báo xâm nhập dưới dạng SMS hoặc email cho người dùng và cảnh sát gần đó.
Các hệ thống phát hiện xâm nhập dựa trên công nghệ Universal-Plug and-Play, tạo ra các tin nhắn báo xâm nhập bằng cách sử dụng các kỹ thuật xử lý hình ảnh để nhận dạng và trích xuất đối tượng xâm nhập.
Các thiết bị dò khói và khí trong nhà và các tòa nhà phát hiện khói (là dấu hiệu ban đầu của lửa) và các khí độc hại (như carbon monoxide, LPG, v.v.). Những cảm biến thông minh này có thể đưa ra cảnh báo và gửi email hoặc SMS cho người dùng hoặc cơ quan an toàn địa phương.
Thành phố thông minh
Hệ thống giao thông và đỗ xe thông minh sử dụng cảm biến và mạch dựa trên IoT để truyền dữ liệu qua internet. Cảm biến phát hiện số lượng chỗ đậu xe trống và tương ứng gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu chính qua internet.
Sau đó, ứng dụng đỗ xe thông minh trong điện thoại thông minh, máy tính bảng và hệ thống định vị trong xe liên tục hiển thị thông tin đỗ xe cho người lái xe.
Tương tự, ùn tắc giao thông trên đường có thể được giảm bằng cách sử dụng hệ thống phân tán của mạng cảm biến có khả năng cảm nhận thông tin trên đường và truyền thông tin đến máy chủ chính qua internet.
Chiếu sáng thông minh tiết kiệm năng lượng bằng cách điều khiển đèn trên đường, công viên, tòa nhà, v.v.. Những đèn thông minh này được kết nối với internet để đạt được điều khiển từ xa, lịch chiếu sáng và điều khiển cường độ ánh sáng.
Các cảm biến được gắn với đèn có khả năng kiểm soát ánh sáng phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh và cũng có thể giao tiếp với các đèn khác để trao đổi thông tin.
Hệ thống giám sát thông minh đảm bảo an toàn và an ninh bằng cách giám sát cơ sở hạ tầng, giao thông công cộng và các sự kiện. Hệ thống này bao gồm một số lượng lớn các camera giám sát video được kết nối internet sẽ gửi thông tin đến hệ thống trung tâm lưu trữ đám mây.
Môi trường
Hệ thống theo dõi thời tiết dựa trên IoT thu thập dữ liệu cảm biến khác nhau (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, v.v..) và gửi đến các ứng dụng đám mây.
Dữ liệu được thu thập bởi đám mây, được phân tích và hiển thị thêm trên các ứng dụng theo dõi thời tiết dựa trên IoT trên điện thoại di động, máy tính và các thiết bị hiển thị khác. Nó cũng gửi cảnh báo thời tiết cho người dùng đã đăng ký từ các ứng dụng đám mây.
Các hệ thống giám sát ô nhiễm không khí và tiếng ồn dựa trên IoT có thể giám sát các khí độc hại trong không khí do ô tô và nhà máy thải ra và cả mức độ tiếng ồn trong môi trường nhất định bằng cách sử dụng các loại cảm biến khác nhau.
Các cảm biến khí và đo lường được sử dụng để theo dõi ô nhiễm không khí và được triển khai tại một số trạm giám sát phân tán. Tất cả các trạm này được kết nối với nhau bằng cách sử dụng giao tiếp giữa máy với máy.
Tương tự, trong trường hợp hệ thống giám sát tiếng ồn, các trạm giám sát tiếng ồn phân tán khác nhau được triển khai ở nhiều nơi khác nhau, từ đó dữ liệu tiếng ồn được tổng hợp trong các máy chủ hoặc trên đám mây.
Các hệ thống phát hiện cháy rừng dựa trên IoT sử dụng một số nút cảm biến hoặc giám sát được triển khai tại nhiều nơi khác nhau trong rừng. Hệ thống này giúp cho việc phát hiện sớm các đám cháy bằng cách phát hiện các dữ liệu cảm biến khác nhau (nhiệt độ, mức độ ánh sáng, độ ẩm, v.v..) tại các nút.
Năng lượng
Các lưới thông minh thu thập và phân tích dữ liệu được thu thập từ các lưới điện khác nhau và cung cấp thông tin dự đoán tương ứng và các đề xuất cho các công ty điện. Việc theo dõi tình trạng của thiết bị và tính toàn vẹn của lưới có thể được đánh giá bằng cách sử dụng các công nghệ cảm biến và đo lường dựa trên IoT.
Đồng hồ thông minh có thể nắm bắt mức tiêu thụ năng lượng thời gian thực từ nhiều khách hàng khác nhau và có khả năng truyền dữ liệu từ xa đến máy chủ chính, BẬT / TẮT nguồn điện từ xa khi cần và ngăn chặn các vụ trộm điện.
Các hệ thống dựa trên IoT với máy biến áp tại điểm kết nối các nguồn năng lượng tái tạo khác nhau với lưới điện, giúp xác định các biến điện khác nhau và do đó tránh được các vấn đề về độ ổn định và độ tin cậy của lưới.
Nông nghiệp
Hệ thống tưới nước thông minh tiết kiệm nước và điện năng trong khi cải thiện năng suất cây trồng. Cảm biến độ ẩm đất cùng với các thiết bị IoT xác định lượng ẩm của đất và theo đó xoay bơm tưới cho phù hợp.
Ngoài ra, hệ thống tưới thông minh này thu thập dữ liệu độ ẩm đất liên tục lên máy chủ, dữ liệu này có thể được sử dụng để lập kế hoạch tưới nước.
Công nghiệp
IoT đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp để theo dõi các điều kiện vận hành máy, tiên lượng và chẩn đoán máy khi xảy ra lỗi và điều khiển máy từ xa khi cần.
Các thiết bị IoT với cảm biến và cơ chấp chấp hành cung cấp tối ưu hóa thời gian thực của các mạng lưới chuỗi dây chuyền sản xuất.
Hệ thống y tế và chăm sóc sức khỏe
Các thiết bị IoT đeo được cho phép theo dõi liên tục các thông số sinh lý khác nhau cung cấp hệ thống thông báo sức khỏe khẩn cấp và hệ thống theo dõi sức khỏe từ xa.
Những thiết bị đeo được với các cảm biến như nhiệt độ cơ thể, nhịp xung, nhịp tim, huyết áp, v.v… thu thập dữ liệu các thông số về sức khỏe, xác định các bất thường và tương ứng tạo ra báo động hoặc thông báo cho người dùng hoặc bác sĩ.
Hậu cần
Các thiết bị IoT có thể điều khiển các hệ thống giao thông khác nhau một cách hiệu quả bằng cách thực hiện kết nối giữa các phương tiện và người lái xe hoặc người dùng.
Nó có thể cung cấp hướng dẫn tuyến đường tiên tiến, định tuyến và lập lịch cho xe bằng cách kết hợp các mô hình tuyến đường và lịch trình vận chuyển dựa trên sự sẵn có của phương tiện. Hệ thống giao thông thông minh bao gồm theo dõi xe, thu phí tự động, hệ thống hỗ trợ an toàn và đường bộ.
