Giải pháp và Hệ thống IoT Tiên Tiến | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Mục tiêu của môn học § Kiến thức: Trang bị cho sinh viên các kiến thức về các nền tảng IoT và các giải pháp hỗ trợ triển khai ứng dụng IoT và các giải pháp hệ thống IoT tiên tiến hiện nay. § Kỹ năng: Trang bị cho sinh viên khả năng triển khai và phát triển các ứng dụng IoT trên một số nền tảng IoT thông dụng. § Thái độ, chuyên cần: Có ý thức và tinh thần tự giác, chủ động học tập, nghiên cứu. Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: IoT và ứng dụng 143 tài liệu
Trường: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông 1.8 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Khoa Viễn thông 1 Các giải pháp và
hệ thống IoT tiên tiến
(Advanced IoT systems and solutions)
Bộ môn Tín hiệu hệ thống 1
GIỚI THIỆU MÔN HỌC
§ Tên môn học: Các giải pháp và hệ thống IoT tiên tiến
(Advanced IoT systems and solutions)
§ Số tín chỉ: 2 (30 tiết)
§ Loại môn học: Bắt buộc
§ Các môn học tiên quyết: Internet và các giao thức
§ Phân bổ giờ đối với các hoạt động: § Giảng lý thuyết: 26 tiết § Bài tập/ Thảo luận: 04 tiết
§ Khoa/Bộ môn phụ trách môn học: Khoa Viễn thông 1/Bộ môn Tín hiệu và Hệ thống 1/29/24 2 1
GIỚI THIỆU MÔN HỌC
§ Mục tiêu của môn học
§ Kiến thức: Trang bị cho sinh viên các kiến thức về các nền tảng IoT và
các giải pháp hỗ trợ triển khai ứng dụng IoT và các giải pháp hệ thống IoT tiên tiến hiện nay.
§ Kỹ năng: Trang bị cho sinh viên khả năng triển khai và phát triển các
ứng dụng IoT trên một số nền tảng IoT thông dụng.
§ Thái độ, chuyên cần: Có ý thức và tinh thần tự giác, chủ động học tập, nghiên cứu
§ Tóm tắt nội dung môn học: Tập trung vào các nền tảng IoT,
một số kỹ thuật nâng cao và giải pháp giúp hỗ trợ sự triển khai
các ứng dụng IoT và các giải pháp hệ thống IoT điển hình như
thành phố thông minh, giao thông thông minh, IoT cho nông nghiệp, công nghiệp, … 1/29/24 3 NỘI DUNG MÔN HỌC
§ Chương 1: C‡c giải ph‡p IoT ti•n tiến
§ Chương 2: C‡c hệ thống ứng dụng IoT ti•n tiến 1/29/24 4 2 HỌC LIỆU
§ Học liệu bắt buộc:
[1] Qusay F. Hassan, “Internet of things A to Z: Technologies
and applications”, IEEE press, John Wiley & Sons, ISBN: 978- 1-111-945674-2, 2018.
§ Học liệu tham khảo: [2] Muhammad A. Iqbal, Sajjad Hussain, Huanlai
Xing, Muhammad A. Imran, “Enabling the Internet of Things:
Fundamentals, Design and Applications”, IEEE Press, 2021. [3] David Hanes, Gonzalo Salgueiro, Patrick
Grossetete, Robert Barton, Jerome Henry, “IoT Fundamentals:
Networking Technologies, Protocols, and Use Cases for the
Internet of Things”, ISBN: 1587144565, 9781587144561, Cisco Press, 2017. 1/29/24 5 ĐÁNH GIÁ
§ Tham gia học tập trên lớp: 10%
(đánh giá chuyên cần và thái độ học tập)
§ Thực hành/Thí nghiệm/Bài tập/Thảo luận: 20% § Kiểm tra giữa kỳ: 10% § Kiểm tra cuối kỳ: 60 % 1/29/24 6 3 CHƯƠNG 1 7 CÁC GIẢI PHÁP IoT TIÊN TIẾN 1/29/24 7 Internet of Things 8
IoT, không phải là một công nghệ, mà là sự kết hợp của nhiều công
nghệ hiện có phát triển theo yêu cầu của ứng dụng kết nối vạn vật. 1/29/24 8 4 IoT framework 9 1/29/24 9
Cơ sở hạ tầng của IoT 10
§ IoT làm thay đổi cách thức con người tương tác với mọi vật. Nguyên lý
cơ bản trong IoT là mọi thứ/ thiết bị được kết nối với Internet theo cách này hoặc cách khác.
à Cần một cơ sở hạ tầng mạnh mẽ để hỗ trợ về công nghệ, qui mô lớn
và tốc độ tăng trưởng vượt bậc của IoT.
§ Thiết bị IoT: các bộ vi điều khiển/ vi xử lý, bộ nhớ, các cơ cấu chấp hành, …
§ Khả năng kết nối mạng: Dự kiến có tới 50 tỉ thiết bị kết nối mạng trực tuyến
vào năm 2025 à các công nghệ mạng phải năng lực hỗ trợ các yêu cầu kết
nối IoT như băng thông lớn, tốc độ truyền dẫn cao, độ trễ thấp.
§ Dữ liệu lớn: Khối lượng dữ liệu khổng lồ thu thập từ hàng tỉ thiết bị IoT cần
được lưu trữ, phân tích và xử lý à cần có các bộ nhớ dung lượng lớn, các
giải pháp điện toán phù hợp và các thuật toán phân tích dữ liệu hiệu quả. 1/29/24 10 5
Một số kỹ thuật then chốt cho IoT 11 § Dữ liệu lớn
Các thiết bị thu thập dữ liệu trong IoT 1/29/24 11
Một số kỹ thuật then chốt cho IoT 12 § Dữ liệu lớn - Dự báo đến năm 2030, số lượng cảm biến đạt 1000B thiết bị à dữ liệu IoT là phần quan trọng nhất của dữ liệu lớn. - Triển khai IoT rộng rãi thúc đẩy ứng dụng và
phát triển dữ liệu lớn, công nghệ dữ liệu lớn thúc đẩy các nghiên cứu và mô hình kinh doanh của IoT. 1/29/24 12 6
Một số kỹ thuật then chốt cho IoT 13
§ Đặc trưng dữ liệu lớn IoT
- Dữ liệu qui mô lớn (Large-scale data): các thiết bị thu thập dữ liệu được triển
khai phân tán, từ dạng số đơn giản (vị trí, nhiệt độ, độ ẩm, …) đến dữ liệu đa
phương tiện phức tạp (tín hiệu video giám sát), từ dữ liệu thời gian thực đến dữ liệu được lưu trữ.
- Tính không đồng nhất: do thiết bị thu thập dữ liệu không đồng nhất à dữ liệu thu
được không đồng nhất.
- Sự tương quan không gian và thời gian lớn: do thiết bị thu thập dữ liệu thường
được đặt tại vị trí địa lý xác định và dữ liệu được dán nhãn thời gian à tương
quan không gian và thời gian là đặc tính quan trọng trong phân tích và xử lý dữ liệu IoT.
- Dữ liệu hiệu quả chiếm phần nhỏ trong dữ liệu lớn: trong tập dữ liệu thu thập
được từ thiết bị IoT, chỉ một số lượng nhỏ dữ liệu bất thường là có giá trị.
Cần phát triển các giải pháp lưu trữ, xử lý, phân tích dữ liệu lớn phù hợp cho các hệ thống IoT. 1/29/24 13
Một số kỹ thuật then chốt cho IoT 14
§ Ứng dụng của IoT dựa trên dữ liệu lớn -
IoT không chỉ là nguồn dữ liệu quan trọng của IoT mà còn là thị trường
chính của các ứng dụng dữ liệu lớn. -
Ứng dụng trong logistic: thông tin từ các cảm biến, bộ tương thích
không dây và GPS có trên các xe vận chuyển cho phép doanh nghiệp
logistic theo dõi vị trí xe, ngăn ngừa hỏng hóc của xe, giám sát và quản
lý nhân viên, tối ưu lộ trình giao hàng à tiết kiệm khoảng cách di
chuyển, nhiên lieu và an toàn. Ví dụ: năm 2011, các lái xe của công ty
cung cấp dịch vụ vận chuyển bưu kiện (UPS) tại Mĩ tiết kiệm được tới 48,28 triệu km. -
Ứng dụng trong thành phố thông minh: kết hợp chặt chẽ các phòng ban
trong chính quyền à có được thông tin hỗ trợ tốt hơn trong việc ra
quyết định quản lý nguồn tài nguyên nước, giảm ùn tắc giao thông, cải
thiện an toàn giao thông công cộng. 1/29/24 14 7
Một số kỹ thuật then chốt cho IoT 15
§ Các kỹ thuật điện toán: Điện toán đám mây, điện toán sương mù/ điện toán biên 1/29/24 15
Một số kỹ thuật then chốt cho IoT 16 Kiến trúc IoT dựa trên đám mây 1/29/24 16 8
Một số kỹ thuật then chốt cho IoT 17
§ Điện toán đám mây đáp ứng được các yêu cầu sau của hệ thống IoT:
§ Sự linh hoạt: Do đặc trưng của đám mây dựa trên phần cứng vật lý ảo hoá,
tài nguyên được gộp lại và sử dụng theo yêu cầu với mô hình định giá
thanh toán theo mức sử dụng à cho phép cung cấp tài nguyên yêu cầu phù hợp với sự thay đổi liên tục của các ứng dung IoT.
§ Sự tin cậy: Lưu lượng dự phòng của các trung tâm dữ liệu được sử dụng cho
các ứng dụng mở rộng.
§ Truy cập khắp nơi nhanh chóng nhờ các kết nối tin cậy. 1/29/24 17
Một số kỹ thuật then chốt cho IoT 18
§ Điện toán sương mù/ điện toán biên:
§ Cung cấp tính toán, lưu trữ
và dịch vụ mạng gần phía người dùng.
§ Giải quyết được vấn đề về
độ trễ cao của điện toán đám mây và tính không
đồng nhất của thiết bị và dữ liệu của hệ thống IoT. 1/29/24 18 9
Một số kỹ thuật then chốt cho IoT 19
§ Trí tuệ nhân tạo/ Học máy:
§ Trí tuệ nhân tạo/ học máy trở thành các công cụ phân tích dữ liệu
ứng dụng cho hệ thống IoT, đem lại hiệu quả kinh tế, sản xuất, trải nghiệm, … to lớn. 1/29/24 19
Một số kỹ thuật then chốt cho IoT 20
§ Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain cho hệ thống IoT -
Tính phi tập trung và tự trị của blockchain cho phép triển khai giải pháp
an toàn mức IoT à chưa có giải pháp nào cho vấn đề này. -
Mỗi hoạt động CRUD (Create, Read, Update, Delete) trên dữ liệu IoT
hoặc thông tin xác thực danh tính thiết bị IoT, … được đăng kí dưới dạng
bản ghi giao dịch à dựa vào đó để thiết lập các qui tắc truy cập cho thiết bị IoT. 1/29/24 20 10
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 21
§ Quản lý an toàn cho thiết bị IoT -
Sử dụng nền tảng blockchain Ethereum để điều khiển việc thiết lập
cấu hình, chế độ hoạt động và cung cấp chế độ bảo vệ chống lại tấn
công DoS (Deny of Service) cho thiết bị IoT. -
Xác thực nhận dạng thiết bị IoT dựa trên một cặp khoá duy nhất: thiết
bị IoT lưu trữ khoá cá nhân trong khi khoá công khai được đăng kí
như bản ghi giao dịch trong khối Ethereum.
§ Cập nhật firmware an toàn cho thiết bị IoT -
Các nhà sản xuất thiết bị IoT cập nhật firmware cho thiết bị từ xa để
mở rộng thêm chức năng hoặc vá các lỗ hổng cho thiết bị. -
Blockchain được ứng dụng để khớp giữa phiên bản firmware cần cập
nhật của nhà sản suất với thiết bị IoT tương ứng. 1/29/24 21
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 22
§ Đánh giá tin cậy TCB trong thiết bị IoT -
TCB (Trusted Computing Base) – Cơ sở điện toán tin cậy là một tập gồm
phần cứng, firmware và/ hoặc phần mềm nhằm đảm bảo an toàn cho một
hệ thống máy tính và TCB có thể coi là một phần của thiết bị IoT à để
phá vỡ an toàn, kẻ tấn công phải phá hoại một hoặc nhiều thành phần này. -
Ứng dụng blockchain: tạo ra giá trị băm của tất cả các thành phần TCB
và được sử dụng để xác minh và đánh giá độ tin cậy của TCB.
§ Xác thực danh tính thiết bị IoT -
Danh tính an toàn của thiết bị IoT được triển khai dưới dạng một khoá
riêng trong chip mật mã khoá công khai được nhúng. Nhà sản xuất thiết
bị IoT lưu trữ khoá công khai tương ứng trong một khối blockchain 1/29/24 22 11
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 23
§ Hệ thống lưu trữ dữ liệu an toàn cho thông tin điều khiển truy nhập -
Giải pháp hiện nay cho điều khiển truy nhập của các thiết bị kết nối mạng
là dựa trên ACL – Access Control List (điều khiển truy nhập tập trung) à
không khả thi cho hệ thống IoT -
Hệ thống lưu trữ dữ liệu an toàn dựa trên chuỗi khối cho thông tin điều
khiển truy nhập là một thành phần trong giải pháp bảo vệ quyền điều
khiển truy nhập của chủ sở hữu thiết bị IoT đối với dữ liệu do thiết bị IoT của họ tạo ra. -
Hai thành phần còn lại là dịch vụ nhắn tin và giao thức quản lý dữ liệu. -
Điều khiển truy nhập dựa trên bản tin, bản tin này được lưu trữ dưới
dạng bản ghi giao dịch trong khối blockchain. 1/29/24 23
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 24
§ Hệ thống lưu trữ dữ liệu an toàn cho thông tin điều khiển truy nhập - Data owner: sở hữu và
cấp quyền truy nhập đến
dữ liệu tạo ra bởi các thiết bị IoT (nguồn dữ liệu). - Data requester (thiết bị IoT): yêu cầu truy nhập tới dữ liệu IoT - Endorser: xác thực các yêu cầu đó 1/29/24 24 12
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 25
§ Kiến trúc an toàn dựa trên blockchain cho thiết bị IoT trong Smart Homes:
- Kiến trúc Smart Home gồm 3 tầng: mạng cục bộ, mạng chồng
phủ và lưu trữ đám mây.
- Tại mỗi tầng, các thực thể sử dụng giao dịch blockchain để trao đổi với nhau.
- Các giao dịch gồm: giao dịch gốc (genesis transaction), giao
dịch lưu trữ, giao dịch truy nhập và giao dịch giám sát.
- Kiến trúc an toàn bảo vệ được khỏi các kiểu tấn công như:
DoS, tấn công sửa đổi, tấn công bỏ qua, tấn công khai thác,
tấn công nối thêm và tấn công liên kết. 1/29/24 25
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 26
§ Kiến trúc an toàn dựa trên blockchain cho thiết bị IoT trong Smart Homes 1/29/24 26 13
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 27
§ Kiến trúc an toàn dựa trên blockchain cho thiết bị IoT trong Smart Homes:
- Tại mạng cục bộ có blockchain cục bộ riêng, được lưu trữ, khai
thác và quản lý bởi ít nhất một thiết bị.
- Khi một thiết bị IoT mới gia nhập mạng, bản ghi giao dịch ban
đầu được lưu trữ trong một khối blockchain cục bộ. Khi một
thiết bị rời mạng, sổ cái của thiết bị bị xoá khỏi khối blockchain cục bộ.
- Blockchain cục bộ này có tiêu đề chính sách chứa danh sách
điều khiển truy nhập à kiểm soát tất cả các giao dịch
blockchain trong mạng cục bộ. 1/29/24 27
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 28
§ Kiến trúc an toàn dựa trên blockchain cho thiết bị IoT trong Smart Homes: -
Mạng chồng phủ tương tự như mạng Bitcoin ngang hàng, gồm thiết bị khai thác
mạng cục bộ, các thiết bị mạng cục bộ khác hoặc/ và điện thoại thông minh hoặc
máy tính của chủ sở hữu mạng cục bộ. -
Các node của mạng chồng phủ sử dụng blockchain để giao tiếp và tạo cụm. -
Cụm trưởng (CH – Cluster Head) duy trì blockchain chồng phủ và ba danh sách:
khoá công khai của các người yêu cầu được phép truy nhập dữ liệu cho nhà
thông minh được kết nối tới cụm, khóa công khai cho các mạng nội bộ kết nối tới
cụm mà được truy nhập từ bên ngoài, và các giao dịch được gửi tới từ CH khác. -
Các bản ghi giao dịch có nhiều hơn một chữ kí và các bản ghi giao dịch truy nhập
được lưu trữ trong các khối blockchain chồng phủ. -
Một vài mạng cục bộ của cùng chủ sở hữu có thể chia sẻ cùng một blockchain chồng phủ. 1/29/24 28 14
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 29
§ Kiến trúc an toàn dựa trên blockchain cho thiết bị IoT trong Smart Homes:
- Thiết bị IoT tại mạng cục bộ có thể lưu trữ dữ liệu tại chỗ hoặc trên bộ nhớ đám mây.
- Bộ nhớ đám mây là blockchain, tại đó dữ liệu IoT được lưu trữ
trong các khối giống hệt nhau với số khối duy nhất.
- Một thiết bị mạng cục bộ được xác thực trong bộ nhớ đám mây
bằng số khối đã cho và hàm băm của dữ liệu được lưu trữ. 1/29/24 29
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 30
§ Kiến trúc an toàn dựa trên blockchain cho thiết bị IoT trong Smart Homes Xử lý giao dịch lưu trữ 1/29/24 30 15
Giải pháp an toàn dựa trên Blockchain của hệ thống IoT 31
§ Kiến trúc an toàn dựa trên blockchain cho thiết bị IoT trong Smart Homes Xử lý giao dịch truy nhập 1/29/24 31 CHƯƠNG 2 32
CÁC HỆ THỐNG ỨNG DỤNG IoT TIÊN TIẾN 1/29/24 32 16 Internet of Things 33 -
IoE (Internet of Everything): kết nối
mọi thứ, thiết bị, con người và dữ
liệu vào một mạng toàn cầu. -
IoA (Internet of Anything): IoE và
mở rộng thêm các thứ ảo. -
M2M: truyền thông tự động giữa hai
thiết bị mà không cần sự can thiệp
của con người, gồm giao tiếp máy –
máy và giao tiếp người – máy. -
WoT (Web of Thing): kết nối mọi thứ
qua Internet cùng với dữ liệu được Các khái niệm liên
thu thập của chúng. Web được sử quan đến IoT.
dụng để truy xuất dữ liệu. 1/29/24 33 Internet of Things 34 -
IIoT (Industrial IoT): ứng dụng IoT trong công nghiệp. -
WoT (Web of Thing): kết nối mọi thứ
qua Internet cùng với dữ liệu được
thu thập của chúng. Web được sử
dụng để truy xuất dữ liệu. -
SIoT (Social Internet of Thing): cho
phép mọi thứ có mạng xã hội, còn
được gọi là ngân hàng dữ liệu, của chúng. -
FI (Future Internet): là một mạng
toàn cầu bao gồm tất cả các mạnng Các khái niệm liên
nêu trên, thoả mãn 6 đặc tính: Kết quan đến IoT.
nối, nội dung, đám mây, bối cảnh, cộng tác và nhận thức 1/29/24 34 17 Internet of Things 2.0 35 - Các đặc trưng: - Trí thông minh học máy -
Truyền thông tin cậy theo nhiệm vụ - Khả năng mở rộng -
Năng lượng bền vững (energy harvesting) - Khả năng tương tác -
IoT thân thiện người dung - An toàn - Các công nghệ nền tảng - 5G -
Tactile Internet (Internet xúc giác) - Edge computing - Industry 4.0 - Machine learning 1/29/24 35
Các công nghệ ICT mới nổi triển khai trong các ứng dụng 36 - IoT ↔ enabler. - Cloud computing ↔ services - Bigdata ↔ capacity - AI/ML ↔ tools 1/29/24 36 18
Ứng dụng IoT tiên tiến 37
Các ứng dụng IoT được phát triển dựa trên các dịch vụ nền tảng. 1/29/24 37
Ứng dụng IoT tiên tiến 1/29/24 38 19
Ứng dụng IoT tiên tiến 1/29/24 39
Các kiểu kiến trúc của hệ thống IoT 1/29/24 40 20
Tài liệu liên quan:
-
Tóm tắt lý thuyết môn IoT và ứng dụng | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông
23 12 -
Accelerated Corner-Detector Algorithms: GPU Implementations and Results | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
46 23 -
Đề xuất Dự án IoT: Thiết bị phát hiện chạm cho xe máy | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
35 18 -
Phân Tích và Giải Pháp FastAPI | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
30 15 -
Tăng cường pháp chế xã hội chủ nghĩa trong quản lý nhà nước | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
25 13