Đồ Án Cá Nhân: Nghiên Cứu Về IoT (Internet of Things)
Đồ Án Cá Nhân: Nghiên Cứu Về IoT (Internet of Things)
Môn: Tin học đại cương 94 tài liệu
Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội 3.5 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
I. Tổng quát về IoT:
1. Định nghĩa về Internet vạn vật:
Internet vạn vật hay còn được biết đến với một thuật ngữ thân quen khác là Iot (Internet of
Things). Tuy nhiên, tên gọi cụ thể của IoT là “Mạng lưới vạn vật kết nối Internet” hay
“Mạng lưới thiết bị kết nối Internet”, là một liên mạng kết nối với các đồ vật và thiết bị
thông qua cảm biến, phần mềm hay các công nghệ khác, cho phép các đồ vật và thiết bị thu
nhập và trao đổi dữ liệu với nhau mà không yêu cầu sự tương tác giữa con người với máy
tính. Đây là một khái niệm đánh dấu sự hiện đại hóa mạnh mẽ của thế giới công nghệ hiện
đại khi mà mạng lưới kết nối không chỉ giới hạn trong việc truyền tải dữ liệu, mà còn mở ra
một không gian tương tác linh hoạt giữa các thiết bị và đám mây.
2. Lịch sử ra đời và phát triển:
• Năm 1982 - 1990: Giai đoạn sơ khai
Trong những năm từ 1982 đến 1990, IoT lúc này chưa có gì là rõ ràng khi đây vẫn chỉ là ý
tưởng đưa các cảm biến, trí thông minh vào các vật, mang đến một mạng lưới thiết bị thông
minh. Tuy nhiên tiến độ thực hiện các ý tưởng này được diễn ra khá chậm, vì bấy giờ công
nghệ chưa đạt đủ trình độ để thực hiện hóa. Năm 1990, máy nướng bánh mì được cho là đồ
vật đầu tiên được kết nối internet. John Romkey, một kỹ sư phần mềm tại Mỹ, đã kết nố i
chiếc máy nướng bánh mì với máy tính qua internet để bật nó lên.
• Năm 1991 - 1994: Những khái niệm phổ quát đầu tiên
Năm 1991, Mark Weiser đã đưa ra khái niệm về điện toán phổ quát, cho thấy tầm nhìn của
một môi trường máy tính toàn cầu với các thiết bị nhúng thông minh. Năm 1994, Reza Raji
mô tả khái niệm IoT như "chuyển các gói dữ liệu nhỏ sang tập hợp các nút mạng lớn, để tích
hợp và tự động hóa mọi thứ từ các thiết bị gia dụng với cả một nhà máy sản xuất".
• Năm 1999: Khái niệm IoT ra đời và bắt đầu phổ biến
Đây là cột mốc quan trọng trong quá trình phát triển IoT, bởi khái niệm về IoT được đưa ra
lần đầu tiên vào năm 1999 bởi Kevin Ashton, một nhà nghiên cứu tại MIT. Tuy nhiên, công
nghệ cần thiết để thực hiện ý tưởng này chưa sẵn sàng cho đến khi Internet và công nghệ
không dây trở nên phổ biến hơn.
Trong những năm tiếp theo, nhiều công ty đã đưa ra các giải pháp IoT trong đó có Microsoft
và Novell là nổi bật nhất. Năm 1999, Bill Joy đã đề xuất phương thức truyền tải thiết bị-tới-
thiết bị (D2D) trong bộ khung "Six Webs" của ông, được ông trình bày tại Diễn đàn Kinh tế Thế giới ở Davos.
Cũng trong năm 1999, Trung tâm Auto-ID tại Viện Công nghệ Massachusetts – Hoa Kỳ đã
đưa khái niệm Internet of things (IoT) vào bài diễn thuyết để mô tả thế hệ cải tiến tiếp theo
của công nghệ theo dõi RFID (bộ thiết bị nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến thường
được sử dụng nhiều trong siêu thị để chống trộm cắp), công nghệ nhận dạng qua tần số vô
tuyến (RFID) được xem là một điều kiện tiên quyết cho IoT. Đây cũng là lần đầu tiên khái
niệm IoT được sử dụng. Từ đó, IoT đã trở nên phổ biến và phát triển nhanh chóng, với sự
hội tụ của nhiều công nghệ như truyền tải vô tuyến, phân tích dữ liệu thời gian thực, học
máy, cảm biến và hệ thống nhúng.
• Năm 2000 - 2013: Tích hợp các công nghệ mới cho IoT
Các công nghệ IoT đã được phát triển rộng rãi, bao gồm các chuẩn giao tiếp IoT như:
MQTT, CoAP, Zigbee, Z-Wave, BLE, WiFi, và 6LoWPAN. Ngoài ra, việc tăng cường khả
năng kết nối với IPv6 đã cho phép IoT trở nên phổ biến hơn và dễ dàng kết nối với các thiết
bị khác nhau trên toàn cầu. Giai đoạn này, xảy ra nhiều sự kiện của công nghệ IoT. Năm
2000, LG giới thiệu chiếc tủ lạnh có kết nối internet đầu tiên trên thế giới với mức giá
20.000 USD. Năm 2008, Hội nghị quốc tế đầu tiên về IoT được tổ chức tại Zurich, Thụy Sĩ.
Năm 2009, Theo Cisco, đây là thời điểm mà mạng internet vạn vật thực sự được khai sinh,
khi số lượng thiết bị được kết nối internet vượt dân số thế giới. Và năm 2013, “Từ điển
Oxford” đã thêm thuật ngữ “internet of things” vào hệ thống định nghĩa.
• Năm 2013-2016: Phát triển công nghệ IoT
Trong giai đoạn này, IoT đã được tích hợp với các công nghệ mới như điện toán đám mây
và Big Data để thu thập và phân tích dữ liệu từ các thiết bị IoT. Internet of Everything
(IoE)* và 5G cũng đã được giới thiệu vào năm 2016, đưa IoT đến một tầm cao mới về tốc
độ truyền thông và khả năng kết nối. Cùng năm 2016, xuất hiện khái niệm IIoT – IoT trong
sản xuất. Khi khái niệm về IoT được sử dụng nhiều hơn trong sản xuất, một khái niệm khác
liên quan cũng được ra đời – Industry Internet of Things (IIoT) – Internet vạn vật trong công nghiệp.
• Năm 2016 - nay: Phát triển cùng cách mạng công nghiệp 4.0
IoT đã trở thành một phần quan trọng trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, với sự hội tụ
của nhiều công nghệ như truyền tải vô tuyến, phân tích dữ liệu thời gian thực, học máy, cảm
biến và hệ thống nhúng. IoT cũng đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ nhà
thông minh đến tự động hóa công trình. Năm 2020, Số lượng thiết bị được kết nối internet
trên thế giới ước tính vượt con số 20 tỷ.
Đó là toàn bộ quá trình hình thành và phát triển của Iot qua các năm.
3. Tầm quan trọng và ảnh hưởng của Iot với cuộc sống hiện nay:
Internet of Things (IoT) đang trở thành một phần thiết yếu trong cuộc sống hiện đại, tác
động sâu sắc đến mọi khía cạnh từ sinh hoạt cá nhân đến hoạt động kinh doanh hay các lĩnh
vực khác như công nghiệp, nông nghiệp… Với khả năng kết nối và tương tác giữa các thiết
bị thông minh, IoT không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn cải thiện hiệu suất và tối ưu hóa
quy trình. Nhờ vào sự kết nối liên tục, mọi người có khả năng kiểm soát thời gian của họ
một cách tốt nhất. Điều này có nghĩa là họ có thể tự động hóa nhiều nhiệm vụ hàng ngày,
như trong gia đình, các thiết bị như đèn thông minh và máy điều hòa có thể được điều khiển
từ xa, giúp tiết kiệm năng lượng và thời gian.
Trong lĩnh vực công nghiệp, IoT cho phép giám sát quy trình sản xuất, cung cấp thông tin
chi tiết về mọi thứ từ hiệu suất của máy móc, giúp công ty tự động hóa các quy trình, từ đó
giảm các chi phí lao động không cần thiết và nâng cao năng suất. Và sự tự động hóa ấy
chính là một khía cạnh quan trọng khác của IoT, giúp doanh nghiệp giảm chi phí lao động,
giảm chất thải, và cải thiện dịch vụ. Các quy trình sản xuất và giao hàng trở nên linh hoạt
hơn, ít tốn kém hơn, đồng thời tạo ra sự minh bạch trong giao dịch với khách hàng.
IoT còn đóng góp vào việc phát triển các thành phố thông minh, cải thiện chất lượng cuộc
sống cho cư dân thông qua quản lý hạ tầng hiệu quả. Trong tương lai, IoT sẽ tiếp tục phát
triển và làm thay đổi cách chúng ta sống. Với sự tiến bộ của công nghệ, IoT không chỉ là
một xu hướng mà là một bước tiến quan trọng, hứa hẹn mang lại nhiều ưu điểm và sự thuận
tiện hơn nữa cho cuộc sống hàng ngày và kinh doanh. 4. Xu hướng của IoT:
“Mọi đồ vật sẽ trở nên thông minh hơn” - là lợi ích mà IoT mang lại. Chúng ta đã quá quen
với smartphone, smart tivi, hay gần hơn là smarthome, smartkey, …, thì giờ với IoT chúng
ta có mọi thứ xung quanh đều thông minh, 1 vài minh chứng cụ thể như: đèn thông tin – biết
lúc nào cần bật khi có người và tắt để tiết kiệm điện, máy giặt thông minh – tự điều chỉnh
lượng nước phù hợp với số lượng quần áo, hay ngay đến rèm cửa cũng thông minh – chủ
động đóng mở theo ánh sáng mặt trời.
IoT (Internet of Things) là một bức tranh khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp khả
năng truyền tải và trao đổi thông tin qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác
trực tiếp giữa người với người hay máy tính. Việc kết nối có thể được thực hiện qua Wifi,
4G hay 5G, Bluetooth, …Chính vì thế IoT đóng vai trò quan trọng trong nền CN 4.0, nhiệm
vụ của nó chính là kết nối mọi thứ với nhau, thu thập mọi dữ liệu từ các cảm biến để con
người có thể giám sát được chúng.
Chúng ta có thể hình dung trong nền công nghiệp 4.0; AI và Big Data là bộ xử lý dữ liệu,
nhận về 1 lượng lớn dữ liệu , xử lý và đưa ra kết luận đúng đắn; Robotic thay thế sức lao
động của con người bằng khả năng vận hành không mệt mỏi của máy móc; thì IoT chính là
mạng lưới kết nối 2 thứ trên, chúng giúp thu thập dữ liệu và đưa các phản ứng.
IoT đang mở ra rất nhiều cơ hội và tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như
công nghiệp, nông nghiệp, y tế, vận tải, gia đình thông minh, quản lý đô thị thông minh, và
nhiều lĩnh vực khác, chính vì vậy mà xu hướng phát triển của IoT (Internet of Things) cũng
tiếp tục đa dạng và ngày càng tiến bộ hơn trong nhiều lĩnh vực.
II. Hệ thống, kiến trúc và nguyên lí hoạt động của IoT: 1. Hệ thống IoT:
Hệ thống Internet of Things (IoT) là một cơ sở hạ tầng kỹ thuật, môi trường, và hệ thống
phần mềm được thiết kế để kết nối và tương tác giữa các thiết bị vật lý thông qua Internet.
Trong môi trường này, các thiết bị được trang bị cảm biến, chip vi xử lý, và khả năng kết
nối mạng, cho phép chúng thu thập, truyền tải, và nhận dạng dữ liệu. Mục tiêu chính của
IoT là tạo ra một mạng lưới thông tin toàn cầu, nơi mà các thiết bị có thể gửi và nhận dữ
liệu để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể. Các thiết bị này có thể bao gồm từ các đối tượng
“kém thông minh” như đèn đường, cảm biến nhiệt độ, cảm biến đo lưu lượng nước… đến
các thiết bị thông minh như đồng hồ, tủ lạnh, hay thậm chí là các hệ thống công nghiệp lớn.
Hệ thống Internet of Things (IoT) là một tập hợp bao gồm các thiết bị có nhiệm vụ thu thập
dữ liệu hiện trường, các bộ kết nối (phần cứng) và dịch vụ truyền thông, lưu trữ dữ liệu,
trích xuất và báo cáo (phần mềm) được kết hợp hài hoà giúp xử lý thông tin, tối ưu và nâng
cao chất lượng hệ thống, tạo ra sự tiện lợi cho người sử dụng. Các thiết bị được chia vào các
tầng riêng biệt (hay còn được gọi là lớp IoT – IoT layers), tuỳ thuộc vào yêu cầu và độ phức
tạp của hệ thống, có thể có sự xuất hiện thêm của các tầng thiết bị khác nhằm quản lý dữ
liệu và nâng cao bảo mật, bảo trì bào dưỡng đơn giản. 2. Kiến trúc của IoT:
Sự phát triển của IoT không phải là sự phát triển của một công nghệ riêng lẻ nào mà là sự
tổng hợp, thúc đẩy cải tiến không ngừng của hàng loạt các lĩnh vực công nghệ nền tảng
khác nhau. Chính vì mỗi hệ thống IoT có những yêu cầu và độ phức tập khác nhau nên cấu
trúc về kiến trúc IoT không được thống nhất trên toàn cầu. Một vài mô hình kiến trúc IoT
phổ biến như: kiến trúc ba lớp; kiến trúc bốn lớp; kiến trúc năm lớp. 2.1. Kiến trúc ba lớp:
Đây là kiến trúc được giới thiệu lần đầu tiên ở các nghiên cứu sớm nhất về IoT, mô hình
kiến trúc này gồm ba tầng: Perception, Network, và Application.
• Perception: chính là lớp vật lý của kiến trúc, nơi tồn tại các cảm biến và các thiết bị được
kết nối thu thập nhiều lượng dữ liệu khác nhau theo nhu cầu của dự án. Tầng này bao gồm
các thiết bị biên (edge), cảm biến và thiết bị truyền động tương tác với môi trường.
• Network: dữ liệu được thu thập cần được truyền và xử lý, tầng này sẽ kết nối các thiết bị ở
tầng Perception với các đối tượng thông minh, máy chủ và các thiết bị mạng khác
• Application: lớp ứng dụng chịu trách nhiệm cung cấp các dịch vụ, ứng dụng cụ thể cho
người dùng tương tác. Ví dụ khi triển khai nhà thông minh, trong đó người dùng nhấn vào
một nút trong ứng dụng để bật máy pha cà phê. 2.2. Kiến trúc bốn lớp:
Đây là kiến trúc được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, bao gồm: tầng thu thập thiết bị trường
(Perception Layer – Edge Devices); tầng tuyền tải thông tin (Transport Layer – Gateways);
tầng xử lý dữ liệu (Processing Layer); tầng ứng dụng (Application Layer).
• Tầng thu nhập thiết bị trường (Perception -Edge Devices): Tầng thiết bị trường chính là
những thiết bị vật lý có nhiệm vụ cụ thể như thu thập dữ liệu, đo đạc thông số của môi
trường, nhà máy, cơ thể con người, thông số kỹ thuật và tình trạng hoạt động của máy
móc…Tầng vật lý thu thập có thể bao gồm các thiết bị như cảm biến nhiệt độ – độ ẩm,
cảm biến bụi mịn, van cảm biến, camera thông minh, các bộ truyền động… hoạt động
theo nhóm được kết nối với nhau và kết nối với trung tâm thu thậ p dữ liệu. Hiện nay, với
sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, đa phần các thiết bị trường đã có thể giao tiếp với
nhau và giao tiếp với bộ thu thập thông tin qua giao thức truyền tải không dây giúp đảm
bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, tránh những yếu tố nhiễu từ bên ngoài môi trường và đảm
bảo đồng bộ hoá thông tin theo thời gian thực.
• Tầng tuyền tải thông tin (Transport Layer – Gateways): Nếu so sánh những thiết bị vật lý
có nhiệm vụ thu thập dữ liệu tại hiện trường như các giác quan của con người như mắt,
mũi, tai…thì tầng truyền tải thông tin có nhiệm vụ như những mạch máu và những nơ ron
thần kinh, có nhiệm vụ truyền tải thông tin thu thập được đến bộ não (bộ thu thập và xử lý
dữ liệu). Hiện nay, với tốc độ phát triển đáng kinh ngạc của khoa học-kỹ thuật thì việc
đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu, tốc độ và bảo mật được đặt lên hàng đầu. Từ những
phương thức truyền thông mạng có dây cũ như RS232, RS485… thì hiện nay các hệ thống
IoT hiện đại đều thay thế bằng những phương thức truyền tải không dây như WiFi, LoRa,
RF kết hợp với truyền tải có dây tốc độ cao như PROFINET, CANbus, SPI… giúp nâng
cao tốc độ truyền tải, tránh được những yếu tố gây nhiễu dẫn đến sai lệch thông tin từ môi
trường như ảnh hưởng của từ trường, sụt áp trên đường dây truyền tải…Các thiết bị vật lý
sau khi đo những đại lượng vật lý như nhiệt độ, áp suất, mức nước…sau đó sẽ chuyển đổi
những tín hiệu này sang tín hiệu điện và được truyền tải theo các giao thức truyề n thông
như MQTT, HTTP, Modbus, PROFINET…
• Tầng xử lý dữ liệu (Processing Layer): Nhiệm vụ chính của tầng xử lý dữ liệu là thu thập
dữ liệu từ thiết bị trường thông qua các giao thức truyền tải, lưu trữ và ứng dụng những
thuật toán để dự đoán, đưa ra quyết định cho người sử dụng. Dữ liệu sau khi thu thập
được sẽ được lưu trữ trong các máy chủ (server) và được lưu trữ dữ liệu lên cloud. Vì
lượng dữ liệu là khổng lồ và quá trình yêu cầu truy vấn dữ liệu nhanh thì các server cần có
cấu hình mạnh, khả năng lưu trữ lớn và tốc độ xử lý cực kỳ nhanh. Tại đây, những dữ liệu
sẽ được xử lý thông qua những thuật toán như ML (Machine Learning) và biến chúng
thành những dữ liệu mà tầng ứng dụng có thể “đọc được”.
• Tầng ứng dụng (Application Layer): Tầng ứng dụng có nhiệm vụ cung cấp cho người
dùng những thông tin thu thập được từ hệ thống, tự động hoá quy trình và cải thiện chất
lượng, đưa ra quyết định qua những thiết bị khác nhau như điện thoại thông minh, màn
hình HMI trong hệ thống công nghiệp… giúp thao tác dễ dàng và đơn giản hoá quá trình vận hành. 2.3. Kiến trúc năm lớp:
Kiến trúc này được phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu của Iot trong thời đại số và mô hình
này gồm năm tầng: Things (thiết bị); Gateways (trạm kết nối); Network and Cloud (hạ tầng
mạng); Edge Computing (xử lý gần); Applications (ứng dụng).
• Tầng Things gồm các thiết bị được kết nối thu thập dữ liệu.
• Tầng Gateways chuyển đổi dữ liệu thành hành động hoặc xử lý dữ liệu theo yêu cầu.
• Tầng Network and Cloud kết nối các thiết bị ở tầng Things với internet hoặc các mạng khác nhau.
• Tầng Edge Computing xử lý dữ liệu gần nguồn để giảm độ trễ và tăng hiệu quả.
• Tầng Applications cung cấp các dịch vụ và ứng dụng cho người dùng. 3. Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý hoạt động của IoT (Internet of Things) dựa trên việc kết nối các thiết bị với nhau
thông qua mạng Internet để tạo ra một mạng lưới lớn gồm nhiều thiết bị thông minh. Các
thiết bị này, có thể là những thiết bị như điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách
tay, máy lạnh, hệ thống chiếu sáng, cảm biến, xe hơi và nhiều hơn nữa, đều được trang bị
cảm biến và phần mềm để thu thập, xử lý và trao đổi dữ liệu.
Dữ liệu thu thập được từ các thiết bị này sau đó được gửi đến một nền tảng IoT, nơi mà dữ
liệu được phân tích và xử lý để cung cấp thông tin hữu ích cho người dùng. Thông qua việc
phân tích dữ liệu thu thập được, IoT cho phép người dùng kiểm soát và tối ưu hóa các hoạt
động. Nhờ vào IoT, người dùng có thể kiểm soát và quản lý mọi thứ từ xa, từ việc điều
chỉnh nhiệt độ trong nhà, quản lý hệ thống chiếu sáng, đến việc theo dõi tình trạng sức khỏe
cá nhân hoặc quản lý quy trình sản xuất tại các nhà máy.
Không chỉ giúp tối ưu hóa các hoạt động hàng ngày, IoT còn có khả năng cung cấp các giải
pháp cho nhiều vấn đề xã hội, như quản lý năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm, thúc đẩy sự
phát triển bền vững, và nhiều hơn nữa.
4. Các giao thức truyền thông phổ biến của IoT:
Giao thức truyền thông IoT là các quy tắc và quy chuẩn được thiết lập để điều khiển việc
truyền thông dữ liệu giữa các thiết bị IoT và hệ thống mạng. Cách giao thức này đảm bảo
rằng thông tin được truyền tải một cách an toàn, hiệu quả và đáng tin cậy. Điều này đặc biệt
quan trọng trong môi trường IoT, nơi hàng tỷ thiết bị có thể cần giao tiếp với nhau và với hệ thống trung tâm.
Một số lợi ích của giao thức truyền thông mang lại là:
• Linh hoạt và dễ mở rộng: giao thức đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra tính linh hoạt
và mở rộng cho hệ thống IoT. Điều này giúp tối ưu hóa việc quản lý và điều khiển các
thiết bị IoT từ xa một cách dễ dàng, đồng thời tạo ra khả năng mở rộng hệ thống một cách
linh hoạt theo nhu cầu sử dụng.
• Bảo mật thông tin và dữ liệu: một trong những yếu tố quan trọng không thể thiếu khi áp
dụng công nghệ IoT chính là bảo mật thông tin và dữ liệu. Giao thức cho phép việc mã
hóa dữ liệu truyền tải giữa các thiết bị, từ đó đảm bảo tính an toàn và bảo mật cho thông
tin cá nhân, doanh nghiệp và dữ liệu quan trọng.
• Tối ưu hiệu quả và tiêu thụ năng lượng: giao thức cũng đóng vai trò quan trọng trong việc
tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của hệ thống cũng như tiêu thụ năng lượng của các thiết bị.
• Dễ tích hợp với hệ thống khác: giao thức cung cấp khả năng hỗ trợ tích hợp linh hoạt giữa
các nền tảng và thiết bị khác nhau. Việc sử dụng các giao thức cho phép các thiết bị IoT
có khả năng tương tác với nhau một cách dễ dàng, giúp tạo ra môi trường kết nối thông minh và toàn diện. 4.1. Giao thức LoRaWAN: 4.1.1. Khái niệm:
LoRaWAN là một giao thức truyền thông không dây được thiết kế để kết nối các thiết bị
IoT trong một mảng lưới có phạm vi rộng. Đây là một phần của công nghệ LoRa (Long
Range), được phát triển để cung cấp khả năng truyền dữ liệu từ xa và tiết kiệm năng lượng cho các thiết bị IoT.
Giao thức này cho phép các thiết bị IoT gửi và nhận dữ liệu từ các cổng truyền thông
LoRaWAN, tạo nên một hạ tầng mạng lưới linh hoạt và hiệu quả cho các ứng dụng IoT. 4.1.2. Cách hoạt động:
LoRaWAN hoạt động dựa trên việc sử dụng sóng vô tuyến trong băng tần ISM (Industrial,
Scientific, Medical) không được cấp phép. Các thiết bị LoRaWAN gửi dữ liệu thông qua
các cổng truyền thông LoRaWAN, sau đó dữ liệu này được chuyển tiếp đến các máy chủ mạng để xử lý.
Mạng LoRaWAN được tổ chức theo kiến trúc star-of-stars, trong đó các thiết bị cuối (end-
devices) gửi dữ liệu đến các cổng truyền thông (gateways), sau đó các cổng truyền thông
này chuyển dữ liệu đến một máy chủ mạng trung tâm. Từ máy chủ mạng, dữ liệu có thể
được xử lý và chuyển tiếp đến ứng dụng cuối cùng. 4.1.3. Ưu điểm:
• Phạm vi truyền dẫn rộng: một trong những ưu điểm lớn nhất của LoRaWAN là khả năng
truyền dẫn dữ liệu trên khoảng cách rất xa, lên đến vài km trong điều kiện đô thị và hàng
chục km trong điều kiện nông thôn. Điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho
các ứng dụng IoT phân tán và có phạm vi rộng.
• Tiết kiệm năng lượng: LoRaWAN được thiết kế để tiết kiệm năng lượng cho các thiết bị
IoT, cho phép chúng hoạt động trong thời gian dài sử dụng pin. Điều này rất quan trọng
trong các ứng dụng IoT yêu cầu sự liên tục và ổn định.
• Chi phí triển khai thấp: với khả năng truyền dẫn xa và số lượng thiết bị kết nối lớn,
LoRaWAN giúp giảm thiểu chi phí triển khai hạ tầng mạng so với các công nghệ khác. 4.1.4. Nhược điểm:
• Tốc độ truyền dẫn thấp: mặc dù có khả năng truyền dẫn xa, tốc độ truyền dẫn của
LoRaWAN không cao so với các công nghệ truyền thông khác như Wi-Fi, hay 3G, 4G.
Điều này làm cho nó không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu truyền dẫn dữ liệu nhanh.
• Số lượng thiết bị kết nối hạn chế: dù LoRaWAN có khả năng kết nối hàng triệu thiết bị,
nhưng sự hạn chế về tốc độ truyền dẫn và dung lượng mạng vẫn khiến cho việc kết nối
một lượng lớn thiết bị gây ra hiệu suất giảm. 4.1.5. Phạm vi sử dụng:
LoRaWAN được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như:
• Giám sát môi trường và nông nghiệp thông minh.
• Quản lý thông tin vận chuyển và logistics.
• Công nghiệp thông minh và tự động hóa.
• Thành phố thông minh và quản lý năng lượng. 4.2. Giao thức CoAP: 4.2.1. Khái niệm:
CoAP (Constrained Application Protoco) là một giao thức truyền thông dựa trên UDP (User
Datagram Protocol) được thiết kế đặc biệt cho các thiết bị có tài nguyên hạn chế như các thiết bị IoT.
Giao thức này được xem như phiên bản siêu nhẹ của HTTP (Hypertext Transfer Protocol) -
giao thức truyền nhanh siêu văn bản, cho phép truyền thông giữa các thiết bị IoT và máy
chủ một cách hiệu quả và nó là nền tảng của giao tiếp dữ liệu cho World Wide Web. 4.2.2. Cách hoạt động:
CoAP hoạt động dựa trên mô hình client-server, tương tự như HTTP. Tuy nhiên, nó sử dụng
giao thức UDP thay TCP (Transmission Control Protocol), giúp giảm thiểu overhead và tiết kiệm tài nguyên mạng.
CoAP cũng hỗ trợ các phương pháp truy cập như GET, POST, PUT và DELETE, cho phép
các thiết bị IoT gửi và nhận dữ liệu một cách linh hoạt. 4.2.3. Ưu điểm:
Giao thức CoAP mang lại nhiều ưu điểm cho việc truyền thông trong môi trường IoT:
• Đầu tiên, CoAP tiết kiệm tài nguyên mạng và pin do sử dụng giao thức UDP và các header siêu nhẹ.
• Thứ hai, CoAP hỗ trợ bảo mật thông qua DTLS (Datagram Transport Layer Security)
giúp đảm bảo an toàn cho dữ liệu truyền qua mạng.
• Cuối cùng, nó linh hoạt và dễ dàng tích hợp với các giao thức khác trong môi trường IoT. 4.2.4. Nhược điểm:
• Mặc dù CoAP mang lại nhiều ưu điểm nhưng cũng không thiếu nhược điểm. Do sử dụng
giao thức UDP, việc xử lý lỗi và đảm bảo độ tin cậy trong truyền thông có thể khá phức tạp hơn so với TCP.
• Ngoài ra, sự phổ biến của CoAP vẫn chưa cao như HTTP, có thể gây khó khăn trong việc
tích hợp với một số hệ thống có sẵn. 4.2.5. Phạm vi sử dụng:
Giao thức CoAP thích hợp cho các môi trường mà trong đó các thiết bị IoT có tài nguyên
hạn chế, hoạt động trong mạng không ổn định và yêu cầu tính linh hoạt cao. 4.3. Giao thức HTTP: 4.3.1. Khái niệm:
Giao thức truyền thông Hypertext Transfer Protocol (HTTP) là một giao thức cơ bản được
sử dụng để truy cập và truyền tải dữ liệu trên Internet. Trong lĩnh vực IoT, HTTP đóng vai
trò quan trọng trong việc kết nối và truyền thông dữ liệu giữa các thiết bị IoT và các hệ thống backend. 4.3.2. Cách hoạt động:
Khi một thuyết bị IoT muốn gửi dữ liệu đến một hệ thống backend thông qua giao thức
HTTP, nó sẽ thiết lập một kết nối TCP với máy chủ và gửi một yêu cầu HTTP chứa dữ liệu cần truyền.
Hệ thống backend sau đó sẽ xử lí yêu cầu này và có thể trả về phản hồi theo yêu cầu của thiết bị IoT. 4.3.3. Ưu điểm:
Giao thức HTTP mang lại một số ưu điểm quan trọng khi sử dụng trong môi trường IoT.
• HTTP rất phổ biến và được hỗ trợ rộng rãi trên các nền tảng và thiết bị khác nhau. Điều
này giúp cho việc tích hợp và phát triển ứng dụng IoT trở nên dễ dàng hơn.
• HTTP sử dụng cú pháp đơn giản và dễ hiểu, giúp cho việc giao tiếp giữ thiết bị và hệ
thống backend trở nên thuận lợi.
• HTTP hỗ trợ các phương thức truyền tải dữ liệu như GET, POST, PUT và DELETE, mở
ra nhiều khả năng trong việc quản lý và truyền tải dữ liệu trong môi trường IoT. 4.3.4. Nhược điểm:
• Mặc dù có những ưu điểm, giao thức HTTP cũng tồn tại một số nhược điểm khi áp dụng
trong môi trường IoT. Một trong những nhược điểm lớn nhất là việc tiêu tốn tài nguyên mạng.
• Do cú pháp của HTTP không được tối ưu hóa cho việc truyền tải dữ liệu nhỏ lẻ và thường tạo ra độ trễ cao.
• Điều này có thể tạo ra rủi ro về an ninh thông tin trong môi trường IoT, đặc biệt là khi
truyền tải các dữ liệu nhạy cảm. 4.3.5. Phạm vi sử dụng:
• Giao thức HTTP được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT liên quan đến việc thu
thập dữ liệu từ các thiết bị cảm biến, điều khiển các thiết bị từ xa và truyền tải dữ liệu tới hệ thống backend.
• Các giải pháp nhà thông minh, y tế thông minh, công nghiệp 4.0 đều sử dụng giao thức
này để kết nối và truyền tải dữ liệu. 4.4. Giao thức MQTT 4.4.1. Khái niệm:
MQTT là một giao thức truyền thông nhẹ và đơn giản, được thiết kế để truyền thông dữ liệu
giữa các thiết bị IoT thông qua mạng. Giao thức này chủ yếu tập trung vào việc truyền
thông dữ liệu từ thiết bị gửi (Publisher) tới các thiết bị nhận (subscriber) với tốc độ cao và overhead thấp.
MQTT hoạt động dựa trên mô hình publish-subscribe, trong đó các thiết bị gửi thông tin tới
một chủ đề (topic) và các thiết bị nhận có thể đăng ký để nhận thông tin từ chủ đề tương ứng. 4.4.2. Cách hoạt động:
Khi một thiết bị gửi dữ liệu, nó sẽ gửi thông điệp tới một broker MQTT. Broker sau đó sẽ
chuyển tiếp thông điệp này tới tất cả các thiết bị đã đăng ký để nhận thông điệp từ chủ đề
mà thông điệp được gửi tới.
Điều này giúp giảm thiểu băng thông mạng cần thiết cho việc truyền thông và tạo ra một hệ
thống linh hoạt, có khả năng mở rộng khi cần. 4.4.3. Ưu điểm:
MQTT mang lại nhiều ưu điểm quan trọng trong việc truyền thông dữ liệu cho các thiết bị
IoT. Một số ưu điểm tiêu biểu bao gồm:
• Nhẹ và hiệu quả: MQTT được thiết kế để tiết kiệm tài nguyên mạng và pin cho các thiết
bị IoT, giúp tối ưu hóa hiệu suất.
• Đáng tin cậy: giao thức này hỗ trợ cơ chế đảm bảo tin cậy trong việc truyền thông dữ liệu,
đảm bảo rằng thông điệp được gửi và nhận một cách an toàn.
• Tính linh hoạt và dễ mở rộng: MQTT cho phép linh hoạt trong việc quản lý hàng ngàn
thiết bị cùng lúc và có khả năng mở rộng khi cần thiết. 4.4.4. Nhược điểm:
• Bảo mật thấp: MQTT không cung cấp các cơ chế bảo mật tích hợp sẵn, điều này có thể
tạo ra rủi ro về an ninh thông tin khi triển khai trên môi trường mạng công cộng.
• Dễ bị tấn công: do tính nhẹ và đơn giản của giao thức, MQTT có thể dễ bị tấn công từ các
hacker nếu không được cấu hình và quản lý đúng cách. 4.4.5. Phạm vi sử dụng:
• Quản lý thiết bị thông minh: MQTT được áp dụng trong việc kết nối và quản lý các thiết
bị thông minh như đèn, máy lạnh, cửa cuốn,…
• Giám sát môi trường: các hệ thống giám sát môi trường như hệ thống giám sát nước, khí
độc, nhiệt độ cũng sử dụng MQTT để truyền thông dữ liệu.
• Ứng dụng công nghiệp: trong lĩnh vực công nghiệp, MQTT được áp dụng để giám sát và
điều khiển các thiết bị sản xuất và máy móc
II. Ứng dụng của IoT trên thực tế:
Với những lợi ích mà mình có, IoT được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như:
1. Ứng dụng trong nông nghiệp:
Mục đích lớn nhất của nông nghiệp là tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao, bảo vệ sức
khoẻ người tiêu dùng và đáp ứng được nhu cầu lương thực thực phẩm của con người. IoT đã
xuất hiện trong lĩnh vực nông nghiệp trong một thời gian, đã chứng tỏ được những lợi thế to
lớn khi triển khai thực tiễn. Với IoT, những người nông dân sử dụng những công nghệ mới,
giúp việc canh tác và nuôi trồng dễ dàng hơn. Các ứng dụng tiêu biểu của IoT đem lại nhiều
lợi ích trong nền nông nghiệp, có thể kể đến là:
• Theo dõi liên tục điều kiện thời tiết: Để theo dõi điều kiện thời tiết, trạm quan trắc thời tiết
là ứng dụng IoT phổ biến nhất. Các trạm được đặt trên các khu vực canh tác để thu thập
thông tin, phép đo và số liệu, thành lập bản đồ điều kiện khí tượng thời tiết. Từ đó, các
loại cây trồng và vật nuôi phù hợp với thời tiết tại khu vực sẽ được lựa chọn, đưa ra giải
pháp chăm sóc cây trồng vật nuôi phù hợp nhất để kiểm soát chất lượng và hiệu quả của nông sản.
• Tự động hóa các quy trình trong nhà kính: Các ứng dụng của IoT hỗ trợ rất nhiều trong
quá trình canh tác tại nhà kính. IoT giúp thu thập thông tin về các điều kiện như ánh sáng,
nhiệt độ, độ ẩm, điều kiện đất,. trong nhà kính, để điều chỉnh các điều kiện này sao cho
phù hợp và tối ưu nhất cho các giống cây trồng.
• Quản lý và giám sát vật nuôi: IoT có thể giúp giám sát vị trí các vật nuôi khi được thả trên
đồng. Ngoài ra, với việc gắn các thiết bị theo dõi IoT, các chỉ số và tình trạng sức khỏe
của chúng cũng được theo dõi sát sao để có giải pháp phù hợp và nhanh nhất khi có phát hiện bệnh.
• Nông nghiệp chính xác: Cũng giống như việc quản lý các điều kiện khi nuôi trồng trong
nhà kính. IoT sẽ giúp người nông dân có được những thông tin chính xác về ánh sáng,
nhiệt độ, độ ẩm, điều kiện đất trồng, thông tin sâu bệnh, mức CO2, chất lượng nguồn
nước. Từ đó, sẽ điều chỉnh được những điều kiện thích hợp nhất với từng loại giống cây
trồng như tối ưu lượng nước cần tưới hay loại phân bón phù hợp, giúp chất lượng cây trồng được tăng lên.
• Máy bay nông nghiệp không người lái: Đây là ứng dụng IoT hứa hẹn nhất trong lĩnh vực
nông nghiệp cao cấp. Ứng dụng có thể thu thập dữ liệu nông nghiệp cũng như thay thế
con người gieo hạt, phun thuốc bảo vệ thực vật, rải phân bón, theo dõi tăng trưởng cây trồng,…
• Các hệ thống quản lý trang trại: Hệ thống này là kết hợp giữa nhiều ứng dụng IoT nhằm
quản trị và giám sát trang trại ở bất cứ địa điểm hay thời gian nào. Các hệ thống này bao
gồm mạng lưới các cảm biến nông nghiệp IoT, các thiết bị giám sát được lắp đặt trên toàn
khu vực nông nghiệp, kèm theo giải pháp phần mềm mạnh mẽ có khả năng tiếp nhận,
tổng hợp và phân tích kết hợp với các chuẩn mực và dữ liệu kế toán để tạo báo cáo tổng hợp. 2. Ứng dụng trong y tế:
Máy móc chưa thể vượt trội hơn con người trong nhiều lĩnh vực, nhưng việc thu thập và
phân tích dữ liệu chắc chắn là thế mạnh của chúng. Với IoT, một phần hoặc toàn bộ dữ liệu
và việc theo dõi các quy trình liên quan có thể được tự động hóa. Điều này rất cần thiết cho
hoạt động chăm sóc sức khỏe. Bằng cách áp dụng ý tưởng IoT vào y học, nhiệt độ bảo quản
trong khi vận chuyển vắc xin và thuốc được kiểm soát từ xa, bệnh nhân theo dõi chính xác
triệu chứng của nhiều loại bệnh khác nhau, dùng thuốc đúng cách và hiệu quả nhất mà
không cần hẹn gặp bác sĩ,. . Tất cả những điều đó đều thực hiện được nhờ khả năng giám sát
từ xa liền mạch của các thiết bị công nghệ y tế.
• Giám sát và báo cáo thời gian thực: Qua các thiết bị thông minh, sức khỏe của người dùng
có thể được giám sát và cảnh báo trong thời gian thực khi có dấu hiệu. Những dữ liệu này
có thể được thu thập và theo dõi bởi bác sỹ, bệnh viện, cho những lần thăm khám tiếp theo.
• Giảm chi phí: IoT giúp tự động hóa một vài quy trình trong y khoa bằng cách hỗ trợ triển
khai các giải pháp chăm sóc sức khỏe di động và các công nghệ mới nổi khác. Vậy, IoT
giảm số lượt truy cập không cần thiết, sử dụng các nguồn lực chất lượng cao hơn và cải
thiện việc phân bổ và lập kế hoạch.
• Phân loại và phân tích dữ liệu: Các thiết bị IoT giúp thu thập, báo cáo và phân tích thông
tin theo thời gian thực, đồng thời giảm nhu cầu lưu trữ dữ liệu thô. Dựa trên dữ liệu thu và
phân tích được, các tổ chức y tế có thể đưa ra quyết định nhanh và chính xác hơn.
• Nghiên cứu: IoT giúp các nhà nghiên cứu lưu trữ được các dữ liệu lớn, cho phép họ truy
cập vào các dữ liệu này nhanh chóng hơn, đẩy nhanh tiến độ nghiên cứu.
• Robot phẫu thuật: Các bác sĩ phẫu thuật hàng đầu thế giới đã hợp tác với kỹ sư và nhà
phát triển công nghệ để truyền lại kiến thức, kỹ năng của họ cho robot, tận dụng độ chính
xác của máy móc để thực hiện những quy trình phức tạp nhất. Vì vậy, ngày nay, robot IoT
tự động có thể thực hiện một số ca phẫu thuật thậm chí còn tốt hơn cả con người. Phẫu
thuật bằng robot được chứng minh là nhanh hơn, chính xác hơn, ít xâm lấn gây đau đớn
hơn, ít để lại sẹo hơn, giảm nguy cơ nhiễm trùng và cần ít thời gian phục hồi chức năng
hơn. Điều này áp dụng cho hầu hết dạng phẫu thuật điển hình. Bên cạnh phẫu thuật tổng
quát, bác sĩ còn dựa vào robot khi phẫu thuật tim, cột sống, tiêu hóa, lồng ngực, phụ khoa và tiết niệu.
3. Ứng dụng trong công nghiệp:
Trong thời đại công nghệ hiện đại, công nghệ 4.0 đang thay đổi diện mạo của ngành công
nghiệp. Và trong số các công nghệ tiên tiến góp phần tạo nên cuộc cách mạng này không thể
không nhắc tới Internet of Things (IoT). IoT đem lại tiềm năng đáng kinh ngạc trong việc
kết nối và tương tác giữa các thiết bị, máy móc và con người.
• Quản lý và giám sát thiết bị từ xa tự động: Một trong những ứng dụng quan trọng của
IoT là quản lý và giám sát thiết bị từ xa tự động. IoT cho phép kết nối các thiết bị và cảm
biến với mạng internet, cho phép người quản lý và điều hành từ xa theo dõi và điều khiển
các thiết bị và quy trình mà không cần có sự hiện diện vật lý tại hiện trường. Điều này
mang lại nhiều lợi ích quan trọng như sau:
+ Giám sát liên tục: IoT cho phép theo dõi và giám sát thiết bị 24/7 từ xa. Thông qua cảm
biến và kết nối internet, dữ liệu về hoạt động của thiết bị có thể được thu thập và truyền về
cho người quản lý một cách liên tục. Điều này giúp phát hiện sự cố sớm, giảm thiểu thời
gian ngừng hoạt động và tối ưu hóa hiệu suất.
+ Điều khiển từ xa: Với IoT, người quản lý có khả năng điều khiển các thiết bị từ xa một
cách tự động. Thông qua giao diện trực tuyến hoặc ứng dụng di động, người quản lý có
thể thay đổi cài đặt, điều chỉnh hoạt động và thực hiện các chức năng kiểm soát từ xa.
Điều này tiết kiệm thời gian và công sức, đồng thời giảm thiểu rủi ro và tăng tính an toàn cho nhân viên.
• Quản lý hàng tồn kho: IoT có thể được sử dụng để giám sát và quản lý hàng tồn kho. Các
cảm biến IoT có thể được gắn vào các vị trí chiến lược trong kho để ghi nhận dữ liệu về
sự di chuyển và trạng thái của hàng hóa. Thông qua việc tự động gửi cảnh báo khi hàng
tồn kho đạt mức tối thiểu hoặc khi có sự cố xảy ra, công ty có thể phản ứng nhanh chóng
và thực hiện các biện pháp cần thiết để duy trì sự liên tục trong chuỗi cung ứng.
• Kiểm soát chất lượng sản phẩm: Công nghệ Internet of Things (IoT) có thể đóng vai trò
quan trọng trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm. Dưới đây là một số cách mà IoT
có thể hỗ trợ trong việc này:
+ Cảm biến thông minh: Các cảm biến IoT có thể được sử dụng để theo dõi các thông số
quan trọng về chất lượng sản phẩm như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, độ rung, chất lượng
không khí, v.v. Thông qua việc cài đặt các cảm biến này trên các thiết bị, máy móc hoặc
quy trình sản xuất, công ty có thể thu thập dữ liệu thời gian thực về chất lượng và hiệu suất sản phẩm.
+ Phân tích dữ liệu thời gian thực: IoT cho phép việc thu thập và phân tích dữ liệu chất
lượng sản phẩm trong thời gian thực. Dữ liệu từ các cảm biến được truyền về hệ thống
phân tích, từ đó công ty có thể theo dõi sự biến đổi và xu hướng của chất lượng sản phẩm.
Nếu có bất kỳ sự không thường xuyên hoặc vượt quá ngưỡng cho phép, hệ thống có thể tự
động cảnh báo và chuyển tiếp cho người quản lý để xử lý kịp thời.
+ Truy xuất nguồn gốc và thông tin sản phẩm: IoT cho phép gắn nhãn điện tử (electronic
tags) hoặc mã vạch thông minh lên sản phẩm để theo dõi thông tin về nguồn gốc, quá
trình sản xuất và các thông số chất lượng. Nhờ đó, công ty có thể dễ dàng xác định được
lịch sử và xuất xứ của sản phẩm, từ đó đảm bảo tính minh bạch và chất lượng.
4. Ứng dụng trong kinh doanh:
• Quản lý chuỗi cung ứng (Supply Chain Management): Công nghệ IoT có thể giúp nâng
cao hiệu suất và hiệu quả của chuỗi cung ứng bằng cách thu thập và chia sẻ thông tin quan
trọng về hàng hóa và quá trình vận chuyển. Theo báo cáo của IDC (International Data
Corporation), việc áp dụng công nghệ IoT trong quản lý chuỗi cung ứng có thể giảm chi
phí lưu trữ và vận chuyển hàng hóa đến 30% và tăng tỷ lệ lưu thông khoảng 20%. Ví dụ,
các cảm biến công nghệ IoT có thể được gắn trên hàng hóa để theo dõi vị trí và điều kiện
lưu trữ trong suốt quá trình vận chuyển. Điều này giúp giảm thiểu tổn thất, gian lận, và hỗ
trợ quản lý nguồn lực hiệu quả hơn trong chuỗi cung ứng.
• Điều khiển và quản lý thông minh (Smart Control and Management): Công nghệ IoT cho
phép tự động hóa và tối ưu hóa các quy trình điều khiển và quản lý trong môi trường kinh
doanh. Ví dụ, các cảm biến và thiết bị kết nối IoT có thể được sử dụng để giám sát và
điều khiển các hệ thống như hệ thống điều hòa nhiệt độ, chiếu sáng, an ninh, và tiết kiệm
năng lượng. Việc sử dụng công nghệ IoT trong điều khiển và quản lý thông minh giúp
tăng tính tự động, giảm thiểu sự can thiệp con người và tạo ra môi trường hoạt động hiệu quả hơn.
• Nền tảng bán lẻ thông minh (Smart Retail): Các cảm biến IoT có thể được sử dụng để thu
thập thông tin về sự tiêu thụ sản phẩm, lưu lượng khách hàng và thói quen mua hàng. Dữ
liệu này có thể được sử dụng để cung cấp trải nghiệm mua sắm cá nhân hóa, dự báo nhu
cầu và thúc đẩy doanh số bán hàng. Theo báo cáo của PwC, 72% khách hàng sẽ chọn các
sản phẩm hoặc dịch vụ được tùy chỉnh và cá nhân hóa. Công nghệ IoT cho phép doanh
nghiệp thu thập dữ liệu về hành vi và sở thích của khách hàng để cung cấp trải nghiệm
mua sắm cá nhân hóa và dịch vụ tốt hơn. Ví dụ, Amazon sử dụng IoT để phân tích dữ liệu
mua sắm của khách hàng và đề xuất các sản phẩm tương tự hoặc phù hợp với sở thích của họ.
5. Ứng dụng trong giáo dục:
Giáo dục là một trong những lĩnh vực thích ứng nhanh chóng và hiệu quả nhất trong việc
triển khai thiết bị IoT theo mục đích sử dụng. Nhờ đó, quá trình học tập trở nên hợp tác,
tương tác và dễ tiếp cận hơn đối với tất cả mọi người.
Các thiết bị IoT cung cấp cho học sinh quyền truy cập đáng tin cậy vào tài liệu học tập, kênh
thông tin liên lạc, mang đến hiểu biết sâu sắc, đồng thời cung cấp cho giáo viên khả năng đo
lường tiến độ học tập của học sinh theo thời gian thực.
Trong đại dịch Covid-19, IoT đã góp phần lớn trong việc chuyển đổi phương pháp giảng
dạy từ truyền thống sang kỹ thuật số với nhiều lợi ích và mang lại những kết quả nổi bật.
• Phát triển phương pháp giáo dục: Khi nói về IoT trong giáo dục, thông thường chủ yếu đề
cập đến việc kết hợp các thiết bị thông minh dựa trên internet và kỹ thuật số cho học sinh
và giáo viên tại cơ sở giáo dục. Nền tảng giáo dục hiện đại đang điều chỉnh những thiết bị
như: Sách điện tử có thể tải xuống, có tính năng thu phóng, lưu trữ; Bảng thông minh thay
vì bảng đen dễ dàng xóa và viết, hiển thị được cả hình ảnh và nội dung bài học dưới dạng
đồ họa đặc sắc,. .Những thiết bị như vậy được kết nối với một máy chủ trung tâm, dễ dàng
kiểm soát, giám sát việc phân loại giáo trình và chủ đề cho học sinh. Không chỉ vậy, hệ
thống ra lệnh bằng giọng nói của giáo viên; hệ thống ghi chú dựa trên lời nói cho học sinh;
camera an ninh thông minh; xe buýt trường học được trang bị thiết bị theo dõi GPS; hệ
thống cảnh báo thảm họa; máy tính bảng và điện thoại thông minh kết nối ứng dụng giáo
dục;. . đang thay đổi cách trường học truyền thống giảm dạy. Những tính năng này giúp
phụ huynh an tâm hơn, học sinh dễ dàng tiếp cận kiến thức và giáo viên có phương pháp
truyền đạt hiệu quả hơn.
• Điểm danh tự động: Sự chuyên cần của học sinh là mối quan tâm của giáo viên, trường
học và phụ huynh. Do đó, điểm danh là một trong những việc quan trọng diễn ra hàng
ngày. IoT có thể giúp cung cấp giải pháp tự động cho nhiệm vụ này, ghi nhận dữ liệu
hoàn toàn chính xác, khách quan. Điểm danh bằng khuôn mặt, vân tay hay dòng mã riêng
của học sinh được thực hiện trước khi học sinh bước vào lớp học. Điều này sẽ cho phép
giáo viên dành nhiều thời gian hơn vào việc giảng dạy. Đồng thời, những hệ thống này
thường trang bị thêm tính năng gửi tin nhắn trực tiếp đến phụ huynh nếu học sinh vắng mặt.
• Đảm bảo an toàn: Hầu hết các trường học hiện nay đều thiếu cơ sở hạ tầng để phát hiện
dấu hiệu cũng như cảnh báo tình trạng trộm cắp, lạm dụng, tấn công tình dục, bạo lực học
đường,. . Cũng như không có kế hoạch dự phòng thích hợp trong trường hợp xảy ra thảm
họa hoặc trường hợp khẩn cấp. IoT có thể hỗ trợ giải quyết những vấn đề như vậy ở mức
độ rộng lớn, những tình trạng, hành vi bất thường được ghi nhận trên camera có thể được
xử lý ngay lập tức nhờ hệ thống internet rộng lớn nhanh chóng truyền thông tin về khu
vực xử lý. Trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn, cảm biến dựa trên IoT có thể kích hoạt cảnh
báo ở khu vực xảy ra sự cố chính xác, nhanh chóng để bộ phận xử lý kịp thời phát hiện và
hành động. Ngoài ra, nếu bất cứ ai cố gắng đột nhập, khóa cửa thông minh của trường
thông qua các cảm biến sẽ tự động phát tín hiệu cảnh báo gọi trợ giúp.
• Học từ xa: Các hệ thống dựa trên IoT có tính năng lưu trữ và hình thành dữ liệu thông qua
những phần mềm đặc thù. Nhiều ứng dụng cho phép người dùng truy cập dữ liệu bằng id
và mật khẩu từ bất kỳ đâu, bất kỳ lúc nào. Điều này giúp ích cho những người gặp khó
khăn trong việc đi học trực tiếp tại cơ sở giáo dục, chẳng hạn như trong thời điểm giãn
cách xã hội vì dịch bệnh, học sinh sống ở vùng sâu, vùng xa,… Lớp học trực tiếp, bài
giảng được ghi hình trước, bộ câu hỏi đánh giá dựa trên hệ thống kiến thức đã được học,
cổng thông tin giáo dục trực tuyến tạo ra một cách tiếp cận toàn diện cho người học từ xa.
• Tăng cường tương tác và năng suất: Những lớp học có tích hợp công nghệ thực tế tăng
cường (AR) giúp học sinh tương tác nhiều hơn. Khi người học hiểu sâu sắc và rõ ràng hơn
về một vấn đề nào đó, họ cũng có thể suy nghĩ xa những gì được học trong lớp, cũng như
chủ động giao tiếp, nói ra những suy nghĩ, thắc mắc của mình. Thiết bị và hệ thống dựa
trên IoT hoạt động hiệu quả hơn bằng cách sử dụng thực tế tăng cường. Thực tế tăng
cường được hiểu là một phiên bản nâng cao của thế giới thực, được trình bày một cách dễ
hiểu hơn với sự trợ giúp của công cụ máy tính, thiết bị thông minh. AR với đồ họa và âm
thanh hiển thị sống động cung cấp trải nghiệm học tập nâng cao thông qua hình ảnh 3D về
chủ đề đang được giảng dạy. Những tài liệu học tập như vậy được cơ quan quản lý cập
nhật từ từ trong hệ thống trường học và cổng thông tin điện tử, cho phép học sinh tìm và
theo dõi nhiều chủ đề khác nhau, được mô tả vô cùng sinh động. Phương pháp học tập
tương tác này khiến học sinh quan tâm hơn đến việc tham gia vào các hoạt động tại lớp
học, thậm chí là tự học thông qua việc quét mã trên sách để xem phiên bản kỹ thuật số của những nội dung đó.
III. Cơ hội và thách thức của IoT:
Thỉnh thoảng sẽ có những công nghệ mới xuất hiện với tiềm năng thay đổi toàn bộ kết cấu
xã hội của xã hội. Chúng ta đã được nghe rất nhiều về Internet of Things (IoT) và được
nghe rất nhiều về tiềm năng của nó. Internet vạn vật (IoT) thường đề cập đến việc mở rộng
khả năng tính toán và mạng cho các thiết bị và cảm biến không được coi là máy tính, cho
phép chúng thực hiện các tương tác giữa máy với máy với đầu vào tối thiểu hoặc không có
yếu tố con người. Công nghệ này rất hấp dẫn về mặt kinh tế khi nó nhắm đến việc giảm chi
phí, tiết kiệm năng lượng, gia tăng giá trị dịch vụ và tăng hiệu quả quản lý và sử dụng (tự
động hóa) thiết bị và cơ sở hạ tầng. Về mặt xã hội, điều này đã tạo ra các dịch vụ mới mà
trước đây không thể có được. Các thiết bị IoT với chức năng hạn chế đã xuất hiện ít nhất
một thập kỷ. Những thay đổi gần đây là nhờ sự phổ biến của các tùy chọn kết nối (WIFI, 3G
và Bluetooth, v.v.), dịch vụ đám mây và phân tích, là những hỗ trợ tuyệt vời cho IoT. Cloud
cung cấp một nền tảng để lưu trữ phần mềm thông minh, kết nối một số lượng lớn thiết bị
IoT và cung cấp cho các thiết bị này một lượng lớn dữ liệu. Điều này cho phép các quyết
định thông minh được đưa ra mà không cần sự can thiệp của con người. Tuy nhiên, vẫn còn
một số thách thức hiện tại hạn chế việc áp dụng IoT:
• Các lỗ hổng bảo mật (quyền riêng tư, phá hoại, từ chối dịch vụ): Việc các hacker tấn
công vào các mục tiêu quan trọng sẽ khiến mối nguy hiểm này rất lớn. Rõ ràng, hậu quả
của việc phá hoại và từ chối dịch vụ có thể nghiêm trọng hơn nhiều so với xâm nhập
quyền riêng tư cá nhân. Nếu có sự thay đổi tỷ lệ pha trộn chất khử trùng tại nhà máy xử lý
nước hoặc dừng hệ thống làm mát tại nhà máy điện hạt nhân có khả năng khiến cả thành
phố gặp nguy hiểm ngay lập tức.
• Các vấn đề pháp lý và pháp lý: Điều này áp dụng chủ yếu cho các thiết bị y tế, ngân hàng,
bảo hiểm, thiết bị cơ sở hạ tầng, thiết bị sản xuất và đặc biệt là các thiết bị liên quan đến
dược phẩm và thực phẩm. Điều này làm tăng thêm thời gian và chi phí cần thiết để đưa
các sản phẩm này ra thị trường.
• Tính quyết định của mạng: Điều này rất quan trọng đối với hầu hết các lĩnh vực có thể sử
dụng IoT, như trong các ứng dụng điều khiển, bảo mật, sản xuất, vận chuyển, cơ sở hạ
tầng nói chung và các thiết bị y tế. Việc sử dụng đám mây hiện tại có độ trễ khoảng 200
mili giây trở lên. Điều này phù hợp cho hầu hết các ứng dụng, nhưng không phải cho bảo
mật hoặc các ứng dụng khác yêu cầu phản hồi nhanh chóng, cần lập tức. Ví dụ như một
kích hoạt từ hệ thống giám sát an ninh nhận được sau năm giây có thể là quá muộn.
• Thiếu một kiến trúc và tiêu chuẩn hóa chung: Sự phân mảnh liên tục trong quá trình triển
khai IoT sẽ làm giảm giá trị và tăng chi phí cho người dùng cuối. Hầu hết các sản phẩm
đều nhắm mục tiêu các lĩnh vực rất cụ thể. Một số nguyên nhân của sự phân mảnh này là
do lo ngại về bảo mật và quyền riêng tư, cố gắng chiếm lĩnh thị trường, cố gắng tránh các
vấn đề với tài sản trí tuệ của đối thủ cạnh tranh và hiện tại thiếu sự lãnh đạo rõ ràng trong lĩnh vực này.
• Khả năng mở rộng: Điều này hiện không phải là vấn đề lớn, nhưng nó chắc chắn sẽ trở
thành một vấn đề chủ yếu liên quan đến đám mây khi số lượng thiết bị hoạt động tăng lên.
Điều này sẽ tăng băng thông dữ liệu cần thiết và thời gian cần thiết để xác minh giao dịch.
• Hạn chế của các cảm biến hiện tại: Các loại cảm biến cơ bản, chẳng hạn như nhiệt độ, ánh
sáng, chuyển động, âm thanh, màu sắc, radar, máy quét laser, siêu âm và tia X, đã khá
hiệu quả. Hơn nữa, những tiến bộ gần đây trong vi điện tử, cùng với những tiến bộ trong
cảm biến trạng thái rắn, sẽ làm cho các cảm biến trần ít trở thành vấn đề trong tương lai.
Thách thức sẽ là làm sao cho cảm biến có thể hoạt động tốt trong môi trường đông đúc, ồn
ào và phức tạp hơn. Việc áp dụng các thuật toán tương tự như logic mờ hứa hẹn sẽ làm
giảm vấn đề này trong tương lai.
• Nguồn điện nằm ngoài mạng lưới: Mặc dù Ethernet, WIFI, 3G và Bluetooth đã có thể giải
quyết hầu hết các vấn đề kết nối bằng cách cung cấp cho các thiết bị khác nhau các hình
thức khác nhau, tuy nhiên hạn chế về thời lượng pin vẫn còn. Hầu hết các điện thoại thông
minh vẫn cần phải được sạc mỗi ngày và hầu hết các cảm biến vẫn cần thay pin thường
xuyên hoặc kết nối với lưới điện. Sẽ có một sự khác biệt nếu năng lượng có thể được phát
không dây đến các thiết bị như vậy từ xa hoặc nếu nguồn năng lượng có thể tồn tại ít nhất
một năm có thể được tích hợp vào các cảm biến. IV. Kết luận:
1. Đánh giá tổng quan về IoT:
Internet of Things (IoT) đang trở thành một trong những xu hướng công nghệ nổi bật nhất
trong thế kỷ 21, mang lại những thay đổi sâu sắc trong cách thức chúng ta tương tác với thế
giới xung quanh. IoT cho phép kết nối hàng triệu thiết bị thông minh, từ điện thoại di động
đến thiết bị gia đình, tạo ra một hệ sinh thái thông minh và tiện lợi. Một trong những ưu
điểm lớn nhất của IoT là khả năng thu thập và phân tích dữ liệu theo thời gian thực, giúp
nâng cao hiệu quả hoạt động trong nhiều lĩnh vực như sản xuất, y tế, giao thông và nông
nghiệp. Các ứng dụng của IoT không chỉ cải thiện chất lượng cuộc sống mà còn tối ưu hóa
quy trình sản xuất, giảm thiểu lãng phí tài nguyên.
Tuy nhiên, IoT cũng đối mặt với nhiều thách thức. Vấn đề bảo mật và quyền riêng tư là một
trong những mối quan ngại hàng đầu, khi các thiết bị IoT dễ bị tấn công và dữ liệ u cá nhân
của người dùng có thể bị lạm dụng. Hơn nữa, sự thiếu đồng nhất trong tiêu chuẩn và giao
thức giữa các thiết bị cũng gây khó khăn cho việc tích hợp và tương tác, dẫn đến sự phân
mảnh trong hệ sinh thái IoT. Bên cạnh đó, khối lượng dữ liệu khổng lồ mà IoT tạo ra có thể
làm khó khăn trong việc xử lý và phân tích hiệu quả.
Triển vọng phát triển của IoT rất sáng sủa, đặc biệt với sự ra đời của công nghệ mạng 5G,
mang lại băng thông cao và độ trễ thấp, giúp kết nối nhiều thiết bị hơn. Sự kết hợp với trí
tuệ nhân tạo (AI) cũng hứa hẹn sẽ nâng cao khả năng phân tích và ra quyết định tự động dựa
trên dữ liệu từ IoT. Hơn nữa, IoT có thể đóng góp vào các mục tiêu phát triển bền vững, hỗ
trợ tiết kiệm năng lượng và tài nguyên, đồng thời cải thiện môi trường sống cho cộng đồng.
Tổng thể, IoT không chỉ là một công nghệ mới, mà còn là một bước tiến lớn trong việc phát
triển một thế giới thông minh và kết nối hơn.
2. Các hướng nghiên cứu:
Để phát triển Internet of Things (IoT) một cách bền vững, cần tập trung vào một số vấn đề
nghiên cứu quan trọng. Trước hết, việc bảo mật và quyền riêng tư là ưu tiên hàng đầu, vì các
thiết bị IoT thường xuyên thu thập dữ liệu nhạy cảm. Nghiên cứu cần tìm kiếm các giải
pháp bảo mật tiên tiến, bao gồm mã hóa và xác thực mạnh, cùng với việc phát triển các
chính sách bảo vệ quyền riêng tư hiệu quả. Thứ hai, việc xây dựng tiêu chuẩn chung cho
giao thức và nền tảng IoT là rất cần thiết, giúp cải thiện khả năng tương tác và tích hợp giữa
các thiết bị khác nhau. Bên cạnh đó, việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong phân tích dữ liệu
từ IoT có thể nâng cao khả năng ra quyết định và tối ưu hóa quy trình. Nghiên cứu cũng cần
chú trọng đến tác động môi trường của IoT, nhằm tìm ra các giải pháp hỗ trợ phát triển bền
vững, như giảm thiểu khí thải và tối ưu hóa năng lượng. Cuối cùng, giáo dục và nâng cao
nhận thức của người dùng về các lợi ích và rủi ro liên quan đến IoT cũng cần được xem xét,
thông qua các chương trình đào tạo và nghiên cứu. Những hướng nghiên cứu này không chỉ
thúc đẩy sự phát triển của IoT mà còn đảm bảo rằng công nghệ này được triển khai một
cách có trách nhiệm và bền vững trong tương lai.