Ôn Tập Tổng Quan Về Kiến Trúc IoT - Chương 1 & 2 | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Lý do mô hình TCP/IP không được nhiều tổ chức lựa chọn để làm mô hình IoT: Mô hình TCP/IP, đặc biệt là các giao thức lớp ứng dụng truyền thống như HTTP, không phải lúc nào cũng tối ưu cho môi trường Internet of Things (IoT) do một số nhược điểm chính: -Không phù hợp với các thiết bị nhỏ: Các thiết bị IoT, đặc biệt là cảm biến, thường có tài nguyên hạn chế về năng lượng, khả năng xử lý và bộ nhớ. 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:
Chương 1
Kiến trúc IoT 5 tầng
-BUSINESS LAYER (Lớp Kinh doanh) :Business models
Vai trò: Tăng cường tính năng thân tiện với người dùng.
-APPLICATION LAYER (Lớp Ứng dụng): Cloud/Servers (Điện toán đám mây/Máy chủ)
Vai trò: Cung cấp các dịch vụ và ứng dụng cụ thể cho người dùng, thường chạy trên nền tảng đám mây hoặc máy chủ.
-PROCESSING LAYER (Lớp Xử lý): Storing, analyzing, and processing the data (Lưu trữ, phân tích và xử lý dữ liệu)
Vai trò: Thực hiện các tác vụ xử lý chuyên sâu trên dữ liệu thô để trích xuất thông tin có giá trị.
-TRANSPORT LAYER (Lớp Vận chuyển): Gateways, Routers, Bluetooth (Các cổng, Bộ định tuyến, Bluetooth)
Vai trò: Tăng cường tính năng bảo mật và tương tác với người dùng. Đảm bảo việc truyền tải dữ
liệu an toàn và đáng tin cậy giữa các thiết bị và lớp xử lý. Lớp này bao gồm các công nghệ mạng và thiết bị kết nối.
-PERCEPTION LAYER (Lớp Cảm biến): Sensors (Cảm biến)
Vai trò: Thu thập dữ liệu từ môi trường vật lý thông qua các cảm biến và thiết bị đầu cuối.
2. Lý do mô hình TCP/IP không được nhiều tổ chức lựa chọn để làm mô hình IoT: Mô hình
TCP/IP, đặc biệt là các giao thức lớp ứng dụng truyền thống như HTTP, không phải lúc nào cũng
tối ưu cho môi trường Internet of Things (IoT) do một số nhược điểm chính:
-Không phù hợp với các thiết bị nhỏ: Các thiết bị IoT, đặc biệt là cảm biến, thường có tài nguyên
hạn chế về năng lượng, khả năng xử lý và bộ nhớ. Giao thức HTTP, hoạt động trên TCP/IP, quá
nặng và cồng kềnh cho các thiết bị này. Một yêu cầu HTTP yêu cầu tối thiểu chín gói TCP, và tiêu
đề văn bản thuần túy có thể rất dài dòng, gây lãng phí năng lượng và băng thông không cần thiết.
-Không được thiết kế cho giao tiếp dựa trên sự kiện: Hầu hết các ứng dụng IoT dựa trên sự kiện,
nơi các thiết bị cảm biến đo lường và đưa ra quyết định theo hướng sự kiện (ví dụ: tắt công tắc
khi nhiệt độ đạt ngưỡng). Tuy nhiên, HTTP được thiết kế cho giao tiếp yêu cầu/phản hồi, không
phải giao tiếp theo hướng sự kiện. Điều này làm cho việc lập trình các hệ thống IoT dựa trên sự
kiện trở nên phức tạp và thách thức, đặc biệt với tài nguyên máy tính hạn chế trên thiết bị cảm biến.
-Vấn đề về thời gian thực và đồng bộ hóa: Trong HTTP, Client phải đợi Server phản hồi, dẫn đến
việc truyền dữ liệu chậm. Các cảm biến IoT là các thiết bị nhỏ với tài nguyên máy tính rất hạn
chế và do đó không thể hoạt động đồng bộ một cách hiệu quả. Hầu hết các giao thức IoT được
sử dụng rộng rãi đều dựa trên mô hình không đồng bộ để giải quyết vấn đề này.
-Tính phức tạp của TCP/IP cho thiết bị đơn giản: Giao thức MQTT-SN, một biến thể của MQTT
được thiết kế riêng cho mạng cảm biến không dây, hoạt động trên nền UDP thay vì TCP/IP, bởi vì
TCP/IP được coi là "quá phức tạp" đối với các thiết bị SA (cảm biến và chấp hành) đơn giản và có
chi phí thấp. Điều này nhấn mạnh sự không phù hợp của sự phức tạp vốn có của TCP/IP đối với
các thiết bị IoT bị hạn chế.
3.Sự khác biệt giữa IoT với các công nghệ khác như M2M, WSNs (MSNs):
-IoT (Internet of Things - Internet Vạn Vật):
+Là một mạng lưới mà vạn vật được kết nối với nhau thông qua Internet, trong đó mỗi vật được
cung cấp một định danh của riêng mình.
+Có khả năng truyền tải hay trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần
đến sự can thiệp, tương tác trực tiếp giữa người với người, hay giữa người với máy tính.
+Phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử, và đặc biệt là sự có mặt của Internet.
+Là phần mở rộng của hệ thống M2M, kết hợp với công nghệ truyền thông không dây, hệ thống
vi cơ điện tử, microservice, internet, và mở rộng của hệ thống SCADA. IoT hình thành khi việc
giao tiếp không chỉ dừng ở việc truyền thông giữa các đối tượng hay thiết bị với nhau thông qua
internet, mà còn giữa sự vật và con người dựa trên một kiến trúc mang tính kết nối.
+Các đặc điểm nổi bật của IoT bao gồm tính thông minh, kiến trúc dựa vào sự kiện, sự phức tạp,
kích thước khổng lồ (khả năng chứa đến 50 đến 100 nghìn tỉ các đối tượng kết nối), khả năng
thu thập dữ liệu không gian và thời gian, tính không đồng nhất, và tính kết nối liên thông.
-M2M (Machine to Machine - Giao tiếp Máy-Máy):
+Đây là tiền thân của IoT, chỉ đơn giản là các máy kết nối với nhau thông qua mạng mà không có
sự tương tác của con người.
+IoT phát triển từ M2M nhưng mở rộng phạm vi và tính năng để bao gồm cả tương tác giữa vật-
người và kết nối toàn cầu qua Internet.
-WSNs (Wireless Sensor Networks - Mạng Cảm Biến Không Dây):
+Là một loại mạng bao gồm một số lượng lớn các cảm biến và thiết bị chấp hành hoạt động
bằng pin, có khả năng lưu trữ và xử lý hạn chế.
+Mạng WSN có đặc tính động, với các liên kết không dây có thể tạm thời bị ngắt và các nút mạng có thể bị lỗi.
+Trong WSN, các nút mạng thường không cần biết địa chỉ hoặc danh tính của thiết bị truyền dữ
liệu, mà quan tâm nhiều hơn đến nội dung của dữ liệu.
+MQTT-SN, một giao thức được thiết kế riêng cho WSNs, nhằm giải quyết các đặc tính như băng
thông thấp, tỷ lệ lỗi cao và độ dài bản tin ngắn của các liên kết không dây. Tóm lại, IoT là một
khái niệm rộng hơn, bao trùm M2M và WSNs, nhấn mạnh vào khả năng kết nối vạn vật (bao
gồm cả con người) với Internet, tạo ra một hệ sinh thái thông minh và tương tác. Trong khi
M2M chỉ tập trung vào giao tiếp giữa các máy, và WSNs tập trung vào mạng lưới cảm biến bị hạn chế tài nguyên.
4.Tầm quan trọng của kiến trúc phản tầng (kiến trúc không hướng tới mục tiêu phân lớp
nghiêm ngặt) trong Internet: Kiến trúc Internet có một đặc điểm nổi bật là không hướng tới mục
tiêu phân lớp nghiêm ngặt. Điều này có nghĩa là các ứng dụng có thể tùy ý bỏ qua các lớp truyền
tải để đến trực tiếp lớp IP hoặc một trong các mạng phía dưới. Tầm quan trọng của đặc điểm này là:
+Tăng tính linh hoạt trong phát triển ứng dụng: Nó cho phép các lập trình viên có thể tự do xác
định các ứng dụng hoặc kênh dữ liệu cho bất kỳ giao thức hiện có nào. Sự tự do này khuyến
khích sự đổi mới và đa dạng trong các ứng dụng mạng.
+Thúc đẩy phát triển và triển khai ứng dụng nhanh chóng: Thiết kế này "đẩy phần mềm ứng
dụng vào trong hệ thống cuối", tạo điều kiện cho sự phát triển và triển khai nhanh chóng của
rất nhiều ứng dụng mạng. Điều này giúp Internet thích nghi và mở rộng nhanh chóng với các
nhu cầu mới và các loại ứng dụng khác nhau.
+Chấp nhận sự không đồng nhất: Triết lý trung tâm của kiến trúc Internet là IP đóng vai trò đầu
mối, cho phép kết nối nhiều công nghệ mạng thành một mạng liên kết logic duy nhất, bất kể sự
không đồng nhất của các giải pháp công nghệ khác nhau ở lớp dưới. Kiến trúc phản tầng này là
một phần của triết lý đó, cho phép các thành phần tương tác theo cách linh hoạt hơn thay vì
tuân thủ cứng nhắc theo các lớp.
5. Những thách thức chính của ứng dụng thành phố thông minh dựa trên IoT
-Chi phí đầu tư và triển khai ban đầu rất lớn:
+Cơ sở hạ tầng: Việc lắp đặt hàng triệu cảm biến, thiết bị IoT, xây dựng mạng lưới truyền thông
mạnh mẽ và hệ thống máy chủ, đám mây tốn kém rất nhiều.
+Bảo trì và vận hành: Chi phí duy trì, nâng cấp, sửa chữa hệ thống phức tạp này cũng là một gánh nặng đáng kể.
+Khó khăn trong việc xác định ROI (Return on Investment): Đôi khi, việc chứng minh lợi ích kinh
tế rõ ràng từ các dự án thành phố thông minh có thể khó khăn, đặc biệt là với các lợi ích phi vật
chất như cải thiện chất lượng cuộc sống.
-Bảo mật và Quyền riêng tư:
+Lỗ hổng bảo mật: Số lượng lớn thiết bị IoT, thường có tài nguyên hạn chế, dễ trở thành mục
tiêu tấn công mạng, tạo ra các điểm yếu trong toàn bộ hệ thống.
+Quyền riêng tư dữ liệu: Thu thập dữ liệu cá nhân (vị trí, hành vi, sức khỏe) từ người dân đặt ra
những lo ngại nghiêm trọng về quyền riêng tư. Việc quản lý và bảo vệ dữ liệu này là cực kỳ quan
trọng để duy trì niềm tin của công dân.
+Tấn công DDoS và các mối đe dọa khác: Một hệ thống IoT lớn có thể bị tấn công làm tê liệt các
dịch vụ quan trọng của thành phố.
-Khả năng tương tác (Interoperability) và Tiêu chuẩn hóa:
+Thiếu tiêu chuẩn chung: Có rất nhiều nhà cung cấp, giao thức và nền tảng IoT khác nhau. Việc
thiếu các tiêu chuẩn thống nhất gây khó khăn trong việc tích hợp các hệ thống, thiết bị và dữ
liệu từ nhiều nguồn khác nhau.
+Hệ thống cũ (Legacy systems): Nhiều thành phố có sẵn các hệ thống hạ tầng và công nghệ
thông tin cũ. Việc tích hợp IoT vào các hệ thống này là một thách thức lớn về kỹ thuật và chi phí.
-Quản lý và Phân tích Dữ liệu khổng lồ (Big Data):
+Khối lượng dữ liệu: Các thành phố thông minh tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ (Volume) với tốc
độ nhanh chóng (Velocity) và đa dạng (Variety). Việc thu thập, lưu trữ, xử lý và phân tích dữ liệu
này đòi hỏi hạ tầng mạnh mẽ và công nghệ tiên tiến.
+Chất lượng dữ liệu: Đảm bảo dữ liệu được thu thập là chính xác, đầy đủ và đáng tin cậy là rất
quan trọng để đưa ra các quyết định thông minh.
+Trích xuất giá trị: Thách thức là làm thế nào để biến dữ liệu thô thành những thông tin hữu ích
và có thể hành động được để cải thiện quản lý đô thị.
-Cơ sở hạ tầng mạng và Kết nối:
+Độ phủ và độ tin cậy: Đảm bảo kết nối mạng ổn định và có độ phủ rộng khắp cho hàng triệu
thiết bị IoT trong môi trường đô thị phức tạp.
+Độ trễ (Latency): Một số ứng dụng thành phố thông minh (ví dụ: giao thông thông minh, xe tự
lái) đòi hỏi độ trễ cực thấp, điều này đặt ra yêu cầu cao về hiệu suất mạng.
-Thách thức về con người và xã hội:
+Chấp nhận của công dân: Để thành phố thông minh thành công, người dân cần hiểu, tin tưởng
và sẵn sàng sử dụng các dịch vụ mới. Thiếu sự tham gia hoặc lo ngại về quyền riêng tư có thể
cản trở việc triển khai.
+Thay đổi tư duy và kỹ năng: Cán bộ quản lý đô thị và nhân viên cần được đào tạo để hiểu và
vận hành các hệ thống IoT phức tạp.
+Đạo đức và trách nhiệm: Ai chịu trách nhiệm khi có sự cố xảy ra trong một hệ thống tự động
hóa cao? Các vấn đề đạo đức liên quan đến việc sử dụng dữ liệu và trí tuệ nhân tạo cũng cần được xem xét.
-Khung pháp lý và Quản trị:
+Chính sách và quy định: Cần có khung pháp lý rõ ràng để quản lý việc sử dụng IoT, bảo vệ dữ
liệu, và định rõ trách nhiệm.
+Phối hợp giữa các bên liên quan: Việc triển khai đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa chính quyền
địa phương, các công ty công nghệ, nhà cung cấp dịch vụ và cộng đồng.
6. Kiến trúc của hệ thống nông nghiệp dựa trên IoT
-Hệ thống nông nghiệp dựa trên IoT (nông nghiệp thông minh) được xây dựng trên nền tảng các
cảm biến và thiết bị kết nối để thu thập dữ liệu và tự động hóa các quy trình. Dù nguồn không
mô tả một kiến trúc phân lớp cụ thể cho nông nghiệp thông minh, nhưng nó mô tả các thành
phần và ứng dụng chính, từ đó có thể hình dung kiến trúc tổng thể:
+Giám sát điều kiện khí hậu: Gồm các trạm thời tiết và cảm biến đặt trên cánh đồng để thu thập
dữ liệu về môi trường (nhiệt độ, lượng mưa). Dữ liệu này được gửi lên đám mây để phân tích,
từ đó giúp lập bản đồ điều kiện khí hậu và lựa chọn loại cây trồng phù hợp.
+Tự động hóa nhà kính: Hệ thống này bao gồm các cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, cường
độ bức xạ mặt trời, cảnh báo mưa, tốc độ gió, lưu lượng mưa) bên trong và bên ngoài nhà kính,
cùng với các thiết bị chấp hành như quạt thông gió, đèn chiếu sáng, và hệ thống điều khiển tưới
(đầu tưới nhỏ giọt/phun sương, bộ châm phân, bộ điều khiển tưới). Mục tiêu là duy trì điều
kiện môi trường tối ưu và tưới nước/phân bón tiết kiệm, hiệu quả.
+Quản lý cây trồng: Sử dụng cảm biến đặt trên cánh đồng để thu thập dữ liệu cụ thể cho canh
tác cây trồng (từ nhiệt độ, lượng mưa đến sức khỏe cây trồng). Dữ liệu này giúp nông dân theo
dõi sự tăng trưởng và phát hiện bất thường để ngăn chặn bệnh có hại cho năng suất.
+Giám sát và quản lý gia súc: Các cảm biến nông nghiệp IoT được gắn vào động vật trong trang
trại để theo dõi sức khỏe và hiệu suất nhật ký của chúng.
+Hệ thống quản lý trang trại đầu cuối: Bao gồm một số lượng lớn các thiết bị và cảm biến IoT
được cài đặt tại cơ sở, kết nối với một bảng điều khiển mạnh mẽ (thường trên đám mây) có khả
năng phân tích và các tính năng báo cáo/kế toán. Hệ thống này cho phép giám sát trang trại từ
xa và hợp lý hóa hầu hết các hoạt động kinh doanh. Tóm lại, …
7. Những thách thức trong triển khai hệ thống chăm sóc sức khỏe dựa trên IoT
-Bảo mật và Quyền riêng tư Dữ liệu
+Dữ liệu nhạy cảm: Thông tin sức khỏe cá nhân (PHI - Protected Health Information) là loại dữ
liệu cực kỳ nhạy cảm và có giá trị cao. Việc rò rỉ hoặc bị tấn công có thể gây ra hậu quả nghiêm
trọng về tài chính, pháp lý và uy tín.
+Điểm yếu tấn công đa dạng: Các thiết bị IoMT thường có tài nguyên tính toán hạn chế và đôi
khi thiếu các cơ chế bảo mật mạnh mẽ, tạo ra nhiều điểm yếu cho tin tặc tấn công.
+Tuân thủ quy định: Các quy định về quyền riêng tư dữ liệu như GDPR (Châu Âu) hay HIPAA
(Hoa Kỳ) rất nghiêm ngặt, đòi hỏi các hệ thống IoMT phải tuân thủ chặt chẽ, điều này phức tạp
trong môi trường đa quốc gia.
-Khả năng tương tác và Tiêu chuẩn hóa
+Đa dạng thiết bị và giao thức: Có vô số thiết bị IoMT từ các nhà sản xuất khác nhau, sử dụng
nhiều giao thức truyền thông và định dạng dữ liệu khác nhau. Việc tích hợp chúng thành một hệ
thống liền mạch là một thách thức lớn.
+Hệ thống kế thừa Nhiều bệnh viện và cơ sở y tế vẫn đang sử dụng các hệ thống thông tin cũ.
Việc kết nối và tích hợp IoMT vào các hệ thống này thường phức tạp và tốn kém.
+Thiếu tiêu chuẩn chung: Việc thiếu các tiêu chuẩn thống nhất cho việc thu thập, truyền tải và
xử lý dữ liệu y tế qua IoT làm chậm quá trình triển khai và tạo ra các "hệ thống cô lập".
-Độ tin cậy và Chính xác của Dữ liệu
+Chất lượng cảm biến: Dữ liệu từ các cảm biến có thể bị sai lệch do nhiễu, lỗi thiết bị hoặc vị trí
đặt không đúng, dẫn đến chẩn đoán hoặc quyết định điều trị không chính xác.
+Độ tin cậy của kết nối: Sự cố mất kết nối mạng hoặc đường truyền không ổn định có thể làm
mất dữ liệu quan trọng hoặc trì hoãn việc cung cấp thông tin khẩn cấp.
+Quản lý dữ liệu lớn: Lượng dữ liệu khổng lồ được tạo ra bởi IoMT đòi hỏi các hệ thống lưu trữ,
xử lý và phân tích mạnh mẽ, đồng thời cần đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu.
-Thách thức về Quy định và Pháp lý
+Phê duyệt thiết bị: Các thiết bị IoMT cần trải qua quy trình kiểm tra và phê duyệt nghiêm ngặt
từ các cơ quan quản lý (ví dụ: FDA ở Hoa Kỳ) để đảm bảo an toàn và hiệu quả, điều này có thể
kéo dài thời gian và chi phí.
+Trách nhiệm pháp lý: Vấn đề ai chịu trách nhiệm khi có lỗi xảy ra do thiết bị IoMT hoặc thuật
toán AI phân tích dữ liệu là một câu hỏi pháp lý phức tạp và đang được phát triển.
+Chính sách hoàn trả/chi trả bảo hiểm: Việc xác định các dịch vụ y tế từ xa (telemedicine) và
giám sát từ xa (remote monitoring) qua IoMT có được bảo hiểm chi trả hay không vẫn còn là
một thách thức ở nhiều quốc gia.
-Chi phí và Khả năng tiếp cận (Cost and Accessibility):
+Đầu tư ban đầu cao: Chi phí mua sắm thiết bị, triển khai cơ sở hạ tầng mạng, phát triển phần
mềm và đào tạo nhân sự là rất lớn, đặc biệt đối với các cơ sở y tế nhỏ hơn hoặc ở các khu vực kém phát triển.
+Khả năng tiếp cận công nghệ: Không phải tất cả bệnh nhân đều có khả năng tiếp cận hoặc biết
cách sử dụng các thiết bị IoMT, đặc biệt là người già hoặc người có trình độ công nghệ hạn chế.
+Mô hình kinh doanh: Việc phát triển các mô hình kinh doanh bền vững cho IoMT, bao gồm
cách thanh toán và duy trì dịch vụ, vẫn còn là một thách thức.
-Thách thức về con người và Quy trình làm việc
+Đào tạo nhân viên y tế: Bác sĩ, y tá và các nhân viên y tế khác cần được đào tạo để sử dụng và
tích hợp IoMT vào quy trình làm việc hàng ngày của họ.
+Chấp nhận của bệnh nhân: Một số bệnh nhân có thể e ngại việc sử dụng công nghệ để theo
dõi sức khỏe của họ, đặc biệt là lo ngại về quyền riêng tư hoặc sự phụ thuộc vào máy móc.
+Thay đổi quy trình làm việc: IoMT có thể yêu cầu thay đổi đáng kể trong quy trình chẩn đoán,
điều trị và theo dõi bệnh nhân, điều này cần thời gian và sự thích nghi.
-Quản lý Năng lượng và Tuổi thọ Pin
+Thiết bị đeo: Nhiều thiết bị IoMT là thiết bị đeo tay hoặc cấy ghép, yêu cầu pin nhỏ, nhẹ nhưng
có tuổi thọ dài để đảm bảo theo dõi liên tục mà không gây phiền toái cho bệnh nhân.
+Hiệu quả năng lượng: Việc thiết kế các thiết bị và giao thức truyền thông tiết kiệm năng lượng
là rất quan trọng để kéo dài thời gian hoạt động của thiết bị.
8. Ít nhất ba cải tiến của giao thông thông minh so với giao thông truyền thống
-Quản lý luồng giao thông và tối ưu hóa đèn tín hiệu
+Giao thông truyền thống: Đèn tín hiệu hoạt động theo chu kỳ cố định, không thay đổi dựa trên
tình hình giao thông thực tế. Việc điều chỉnh thường thủ công và chậm chạp.
+Giao thông thông minh: Sử dụng cảm biến (vòng từ, camera, radar) và dữ liệu từ phương tiện
(GPS, Bluetooth) để thu thập thông tin thời gian thực về mật độ, tốc độ và lưu lượng xe.
Có thể ưu tiên tín hiệu cho xe buýt, xe cứu thương, cứu hỏa, giúp giảm thời gian phản
ứng trong các tình huống khẩn cấp.
-Thông tin giao thông thời gian thực và định tuyến thông minh
+Giao thông truyền thống: Người lái xe chủ yếu dựa vào kinh nghiệm cá nhân, bản đồ giấy, hoặc
thông tin phát thanh không thường xuyên để biết tình hình giao thông. Việc lựa chọn lộ trình
thường không được tối ưu. +Giao thông thông minh:
Cung cấp thông tin giao thông chi tiết, cập nhật liên tục qua các ứng dụng di
động (Google Maps, Waze), bảng hiển thị điện tử trên đường, hoặc hệ thống định vị trên xe.
Hệ thống có thể phân tích dữ liệu ùn tắc, tai nạn, công trường để đề xuất các lộ
trình thay thế tối ưu nhất, giúp người lái xe tránh được khu vực tắc nghẽn và tiết
kiệm thời gian di chuyển.
Có thể dự đoán tình hình giao thông trong tương lai gần dựa trên lịch sử dữ liệu
và các yếu tố hiện tại.
Cải tiến cốt lõi: Người tham gia giao thông được trang bị kiến thức và công cụ để
đưa ra quyết định di chuyển thông minh hơn, giảm thời gian lãng phí và mức độ căng thẳng.
-An toàn giao thông nâng cao và giảm thiểu tai nạn
+Giao thông truyền thống: An toàn chủ yếu dựa vào biển báo, vạch kẻ đường và sự tuân thủ của
người lái xe. Khả năng phát hiện và phản ứng với các tình huống nguy hiểm còn hạn chế. +Giao thông thông minh:
Hệ thống giám sát và phát hiện sự cố tự động: Camera và cảm biến có thể nhanh
chóng phát hiện tai nạn, xe hỏng, vật cản trên đường và tự động cảnh báo cho
trung tâm điều khiển và các phương tiện khác.
Hệ thống cảnh báo va chạm: (Ví dụ: V2V - Vehicle-to-Vehicle và V2I - Vehicle-to-
Infrastructure communication) cho phép các phương tiện giao tiếp với nhau và
với cơ sở hạ tầng để cảnh báo về nguy cơ va chạm, điểm mù, hoặc đường trơn trượt.
Giám sát hành vi người lái: Một số hệ thống có thể theo dõi hành vi lái xe nguy
hiểm (quá tốc độ, lấn làn) và đưa ra cảnh báo.
Quản lý sự cố hiệu quả: Khi tai nạn xảy ra, ITS giúp triển khai lực lượng phản ứng
nhanh hơn, định tuyến lại giao thông để tránh khu vực tai nạn, giảm thiểu tắc nghẽn thứ cấp.
Cải tiến cốt lõi: Chuyển từ việc phản ứng sau tai nạn sang chủ động phòng ngừa
và giảm thiểu rủi ro, cải thiện đáng kể an toàn cho mọi người tham gia giao thông.
9. Ít nhất ba cải tiến của nông nghiệp thông minh so với nông nghiệp truyền thống
Nông nghiệp thông minh ứng dụng IoT mang lại nhiều cải tiến đáng kể: -Canh tác chính xác
+Nông nghiệp truyền thống: Thường áp dụng các phương pháp canh tác đồng đều trên toàn bộ
cánh đồng, ví dụ như bón phân, tưới nước, phun thuốc trừ sâu với cùng một lượng cho mọi khu
vực. Điều này có thể dẫn đến lãng phí tài nguyên và hiệu quả không cao.
+Nông nghiệp thông minh: Sử dụng các công nghệ như cảm biến (đất, khí hậu, cây trồng), máy
bay không người lái (drone), hệ thống định vị toàn cầu (GPS), và phân tích dữ liệu để theo dõi và
giám sát điều kiện của từng khu vực nhỏ trong cánh đồng. Dựa trên dữ liệu này, nông dân có
thể thực hiện các biện pháp can thiệp chính xác (ví dụ: bón đúng lượng phân cần thiết cho từng
khu vực cụ thể, tưới nước đúng thời điểm và đúng lượng, phun thuốc trừ sâu có mục tiêu).
Cải tiến cốt lõi: Tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên (nước, phân bón, thuốc trừ sâu),
giảm chi phí sản xuất, tăng năng suất cây trồng và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
-Giám sát và quản lý từ xa (Remote Monitoring and Management):
+Nông nghiệp truyền thống: Đòi hỏi nông dân phải có mặt thường xuyên trên đồng ruộng để
kiểm tra tình hình cây trồng, sâu bệnh, và các điều kiện khác. Việc này tốn thời gian và công sức.
+Nông nghiệp thông minh: Sử dụng cảm biến, camera, và các thiết bị kết nối IoT để thu thập dữ
liệu và truyền tải về hệ thống quản lý. Nông dân có thể theo dõi tình trạng cây trồng, điều kiện
môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng), hoạt động của máy móc từ xa thông qua máy tính hoặc
điện thoại thông minh. Trong một số trường hợp, hệ thống có thể tự động thực hiện các tác vụ
như điều chỉnh hệ thống tưới tiêu hoặc thông gió.
+Cải tiến cốt lõi: Tiết kiệm thời gian và công sức cho nông dân, cho phép họ quản lý trang trại
hiệu quả hơn từ bất kỳ đâu, đưa ra quyết định kịp thời dựa trên dữ liệu thực tế, và ứng phó
nhanh chóng với các vấn đề phát sinh.
-Phân tích dữ liệu và đưa ra quyết định thông minh (Data Analysis and Smart Decision-Making):
+Nông nghiệp truyền thống: Quyết định canh tác thường dựa trên kinh nghiệm cá nhân, kiến
thức truyền thống, hoặc quan sát trực quan, đôi khi mang tính chủ quan và thiếu chính xác.
+Nông nghiệp thông minh: Thu thập lượng lớn dữ liệu từ các cảm biến, thiết bị, và nguồn khác
nhau (ví dụ: dữ liệu thời tiết, giá cả thị trường). Sử dụng các công cụ phân tích dữ liệu, trí tuệ
nhân tạo (AI), và máy học (Machine Learning) để tìm ra các закономерности, dự đoán xu
hướng, và đưa ra các khuyến nghị tối ưu cho việc quản lý mùa vụ (ví dụ: thời điểm gieo trồng
tốt nhất, loại cây trồng phù hợp nhất với điều kiện đất đai, dự đoán năng suất, phát hiện sớm dịch bệnh).
+Cải tiến cốt lõi: Chuyển từ phương pháp canh tác dựa trên kinh nghiệm sang phương pháp dựa
trên dữ liệu, giúp nông dân đưa ra các quyết định sáng suốt hơn, tối đa hóa lợi nhuận, giảm
thiểu rủi ro, và nâng cao tính bền vững của hoạt động nông nghiệp.
10. Ít nhất ba cải tiến của giáo dục thông minh so với giáo dục truyền thống -Cá nhân hóa việc học
+Giáo dục truyền thống: Thường áp dụng mô hình "một kích cỡ phù hợp cho tất cả", tức là một
giáo trình, một tốc độ học tập cho cả lớp. Học sinh có năng lực khác nhau có thể bị tụt lại phía
sau hoặc cảm thấy nhàm chán nếu bài giảng quá chậm. +Giáo dục thông minh:
Cung cấp nội dung học tập, bài tập, và tài liệu phù hợp với tốc độ và nhu cầu riêng của mỗi cá nhân.
Hệ thống có thể gợi ý các tài liệu bổ sung, bài tập nâng cao hoặc các khóa học
cần thiết để củng cố kiến thức.
+Cải tiến cốt lõi: Chuyển từ phương pháp giảng dạy tập trung vào giáo viên sang phương pháp
tập trung vào người học, giúp tối đa hóa tiềm năng của từng cá nhân, nâng cao hiệu quả học tập và sự hứng thú.
-Môi trường học tập tương tác và đa phương tiện
+Giáo dục truyền thống: Chủ yếu dựa vào sách giáo khoa, bảng đen, và giảng bài một chiều. Sự
tương tác và trải nghiệm thực tế thường bị hạn chế. +Giáo dục thông minh:
Bảng trắng tương tác, video, mô phỏng 3D, trò chơi giáo dục.
Học sinh có thể trải nghiệm các thí nghiệm khoa học ảo, tham quan các địa điểm
lịch sử mà không cần rời khỏi lớp học, hoặc tương tác với các mô hình phức tạp.
Thúc đẩy sự hợp tác thông qua các công cụ trực tuyến, cho phép học sinh làm
việc nhóm, chia sẻ ý tưởng và phản hồi lẫn nhau.
+Cải tiến cốt lõi: Biến quá trình học tập trở nên sinh động, hấp dẫn và đa chiều hơn, giúp học
sinh tiếp thu kiến thức một cách trực quan, ghi nhớ lâu hơn và phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề.
-Phản hồi tức thì và theo dõi tiến độ học tập
+Giáo dục truyền thống: Phản hồi về bài làm của học sinh thường mất thời gian (ví dụ: chờ giáo
viên chấm bài). Việc theo dõi tiến độ tổng thể của từng học sinh hoặc của cả lớp có thể khó khăn và tốn công sức. +Giáo dục thông minh:
Hệ thống có thể tự động chấm điểm các bài tập trắc nghiệm, cung cấp phản hồi
ngay lập tức cho học sinh về lỗi sai và giải thích cách khắc phục.
Theo dõi chi tiết quá trình học tập của học sinh: thời gian dành cho mỗi bài học,
số lần thử, điểm số, những phần kiến thức còn yếu.
Giáo viên có bảng điều khiển tổng quan để nắm bắt hiệu suất của từng học sinh
và cả lớp, từ đó điều chỉnh phương pháp giảng dạy hoặc cung cấp hỗ trợ kịp thời.
+Cải tiến cốt lõi: Giúp học sinh nhận thức được điểm mạnh, điểm yếu của mình nhanh chóng để
cải thiện. Đồng thời, giáo viên có cái nhìn sâu sắc hơn về quá trình học của học sinh, cho phép
họ can thiệp sớm và hiệu quả hơn, nâng cao chất lượng giảng dạy.
11. Ít nhất ba cải tiến của bãi đỗ xe thông minh so với bãi đỗ xe truyền
-Chỉ dẫn và tìm kiếm chỗ đỗ xe hiệu quả
+Bãi đỗ xe truyền thống: Người lái xe thường phải tự lái vòng quanh để tìm chỗ trống, lãng phí
thời gian, nhiên liệu và gây ùn tắc nội bộ trong bãi đỗ. +Bãi đỗ xe thông minh:
Sử dụng cảm biến (siêu âm, từ trường, camera) được gắn tại mỗi vị trí đỗ xe để
phát hiện tình trạng trống/đầy.
Thông tin về chỗ trống được truyền về hệ thống trung tâm và hiển thị trên các
bảng điện tử chỉ dẫn ở lối vào bãi đỗ và các tầng, hoặc qua ứng dụng di động.
Ứng dụng di động có thể chỉ dẫn người lái xe đến đúng vị trí đỗ trống gần nhất hoặc phù hợp nhất.
+Cải tiến cốt lõi: Giảm đáng kể thời gian tìm kiếm chỗ đỗ xe, giảm ùn tắc và ô nhiễm trong bãi
đỗ, nâng cao trải nghiệm của người lái xe.
-Quản lý và thanh toán tự động, không dùng tiền mặt
+Bãi đỗ xe truyền thống: Thường có nhân viên thu tiền tại lối vào/ra, hoặc máy thanh toán chỉ
chấp nhận tiền mặt, gây chậm trễ và bất tiện. Việc quản lý thủ công dễ xảy ra sai sót. +Bãi đỗ xe thông minh:
Sử dụng hệ thống nhận dạng biển số xe tự để ghi nhận thời gian vào/ra.
Tích hợp nhiều phương thức thanh toán không dùng tiền mặt như thẻ tín
dụng/ghi nợ, ví điện tử, ứng dụng di động, hoặc thanh toán tự động qua tài khoản đã đăng ký.
Hệ thống tự động tính toán phí dựa trên thời gian đỗ, có thể áp dụng các chính sách giá linh hoạt.
Việc giám sát và báo cáo doanh thu được tự động hóa.
+Cải tiến cốt lõi: Tăng tốc độ luân chuyển xe, giảm chi phí nhân sự, giảm thiểu sai sót, mang lại
sự tiện lợi tối đa cho người dùng và nâng cao hiệu quả quản lý cho đơn vị vận hành.
-Giám sát an ninh và quản lý không gian hiệu quả
+Bãi đỗ xe truyền thống: Giám sát an ninh thường hạn chế, dựa vào nhân viên bảo vệ và hệ
thống camera cơ bản, đôi khi không đủ bao phủ. Việc phân tích dữ liệu về sử dụng chỗ đỗ cũng khó khăn. +Bãi đỗ xe thông minh:
Tích hợp hệ thống camera giám sát thông minh.
Quản lý chỗ trống hiệu quả hơn, có thể phân tích dữ liệu lịch sử để dự đoán nhu
cầu, tối ưu hóa bố trí chỗ đỗ hoặc đưa ra quyết định mở rộng.
Một số hệ thống có thể tích hợp với các dịch vụ khác như sạc xe điện, rửa xe tự
động, hoặc gửi/nhận hàng.
Hệ thống có thể cảnh báo khi xe đỗ sai quy định hoặc vượt quá thời gian cho phép.
+Cải tiến cốt lõi: Nâng cao mức độ an toàn và an ninh cho phương tiện, tối ưu hóa việc sử dụng
không gian đỗ xe, và cung cấp khả năng phân tích dữ liệu để cải thiện dịch vụ. Chuong 2:
1. Chức năng của lớp ứng dụng trong kiến trúc IoT
-Lớp này chịu trách nhiệm cung cấp các dịch vụ được yêu cầu cho người dùng IoT thông qua
một giao diện đơn giản mà không cần biết các yêu cầu dịch vụ được xử lý như thế nào ở các lớp bên dưới.
-Người dùng IoT có thể truy cập vào một dịch vụ (ví dụ: đọc hoặc cài đặt điều kiện nhiệt độ từ
xa hay theo dõi và quản lý phương tiện) bằng cách sử dụng nhiều công cụ biểu mẫu (ví dụ: máy
tính xách tay, điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh) qua cổng web hoặc ứng dụng.
-Các lớp dịch vụ đó là:
+Các dịch vụ liên quan đến danh tính: nhận dạng được nhúng trong nút và thiết bị đọc, chẳng hạn như thiết bị RFID
+Dịch vụ tổng hợp thông tin: Dịch vụ tổng hợp tóm tắt các phép đo cảm biến thô được thu thập
từ các loại cảm biến và mạng khác nhau phải được xử lý và báo cáo cho ứng dụng IoT.
+Dịch vụ nhận thức cộng tác: Các dịch vụ nhận thức cộng tác được xây dựng dựa trên các dịch
vụ tổng hợp thông tin và được sử dụng để đưa ra quyết định về dữ liệu thu được.
+Các dịch vụ phổ biến: Cung cấp quyền truy cập đầy đủ vào mọi thứ ở (hầu như) bất kỳ lúc nào và từ bất kỳ đâu.
2. Bốn lớp dịch vụ chính của IoT và ví dụ minh họa
-Các dịch vụ liên quan đến danh tính
-Mô tả: Chịu trách nhiệm nhận dạng và xác thực các đối tượng, thiết bị trong môi trường IoT.
Điều này đặc biệt quan trọng trong việc quản lý và bảo mật một số lượng lớn thiết bị.
-Ví dụ: Nhận dạng được nhúng trong nút và thiết bị đọc, chẳng hạn như thiết bị RFID (Radio-
Frequency Identification) để theo dõi tài sản, quản lý chuỗi cung ứng, hoặc nhận dạng đối
tượng trong các hệ thống thông minh.
-Dịch vụ tổng hợp thông tin
-Mô tả: Dịch vụ này tổng hợp, tập hợp và tiền xử lý dữ liệu thô thu thập được từ các cảm biến
và mạng khác nhau. Mục tiêu là chuẩn bị dữ liệu để có thể sử dụng cho các phân tích hoặc ứng dụng cao hơn.
-Ví dụ: Thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm từ hàng trăm cảm biến trong một nhà kính thông minh,
sau đó tổng hợp, tính toán giá trị trung bình hoặc loại bỏ các giá trị nhiễu trước khi chuyển đến bước phân tích.
-Dịch vụ nhận thức cộng tác
-Mô tả: Các dịch vụ này được xây dựng dựa trên dữ liệu đã được tổng hợp thông tin. Chúng tập
trung vào việc xử lý và phân tích sâu hơn để tạo ra "nhận thức" về tình hình, cho phép đưa ra
quyết định dựa trên dữ liệu thu được. Đây là nơi các thuật toán thông minh được áp dụng.
-Ví dụ: Dựa trên dữ liệu tổng hợp về lưu lượng giao thông từ nhiều cảm biến (từ dịch vụ tổng
hợp thông tin), dịch vụ nhận thức cộng tác sẽ phân tích để xác định các điểm ùn tắc, dự đoán xu
hướng giao thông, hoặc đề xuất các tuyến đường thay thế tối ưu. Một ví dụ khác là dựa trên dữ
liệu tổng hợp về sức khỏe bệnh nhân, dịch vụ này có thể nhận biết các dấu hiệu bất thường và đưa ra cảnh báo. -Các dịch vụ phổ biến
-Mô tả: Cung cấp quyền truy cập đầy đủ vào mọi thứ (hầu như) bất kỳ lúc nào và từ bất kỳ đâu.
Đây là những dịch vụ cho phép sự kết nối và khả năng truy cập mọi lúc, mọi nơi, là một đặc điểm cốt lõi của IoT.
-Ví dụ: Khả năng điều khiển thiết bị nhà thông minh (đèn, điều hòa, khóa cửa) từ xa thông qua
ứng dụng điện thoại; truy cập vào dữ liệu giám sát nhà máy từ bất kỳ đâu có kết nối internet;
hoặc khả năng kiểm tra tình trạng xe của bạn thông qua một ứng dụng khi bạn không ở gần xe.
3. Chức năng của lớp hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng trong kiến trúc IoT
Chức năng tổng quát và vai trò:
-Là lớp phần mềm trung gian: Lớp này hoạt động như một cầu nối, cho phép các dịch vụ và ứng
dụng ở các lớp cao hơn tương tác hiệu quả với dữ liệu và thiết bị từ các lớp thấp hơn.
-Ánh xạ tới lớp ứng dụng trong chồng giao thức IP (TCP/IP): Điều này ngụ ý rằng nó hoạt động ở
một tầng cao hơn trong mô hình mạng, nơi các ứng dụng và dịch vụ có thể được quản lý và tương tác.
-Được hỗ trợ bởi các nền tảng IoT: Các công nghệ trong lớp này thường được tích hợp và cung
cấp bởi các nền tảng IoT lớn (ví dụ: AWS IoT, Azure IoT, Google Cloud IoT).
-Cho phép tương tác với đối tượng không đồng nhất: Lớp này cho phép các dịch vụ được xác
định và yêu cầu dựa trên tên và địa chỉ, giúp lập trình viên tương tác với các đối tượng IoT đa
dạng (không đồng nhất về loại hình phần cứng, giao thức) mà không cần quan tâm đến chi tiết phần cứng cụ thể.
-Xử lý dữ liệu và ra quyết định: Đây là nơi dữ liệu đã nhận được xử lý, từ đó đưa ra các quyết
định và cung cấp các dịch vụ được yêu cầu.
*Ba nhóm chức năng chính của Lớp hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng:
-Khám phá dịch vụ (Service Discovery):
+Chức năng: Cho phép người dùng hoặc các dịch vụ IoT có khả năng yêu cầu sử dụng một dịch
vụ bằng tên hoặc địa chỉ mà không cần biết chi tiết cơ sở hạ tầng cơ bản của dịch vụ đó. Các
dịch vụ cần được khám phá và đăng ký một cách tự chủ, năng động và hiệu quả trong môi
trường mở rộng và không đồng nhất.
+Các giao thức thường dùng: DNS đa hướng (mDNS) để quản lý mạng cảm biến không dây cục
bộ (WSN) và Khám phá dịch vụ DNS (DNS-SD).
-Trao đổi dữ liệu (Data Exchange):
+Chức năng: Đảm bảo việc truyền dữ liệu đến người nhận một cách an toàn và hiệu quả,
thường được thực hiện trên lớp TCP/IP.
+Yêu cầu đối với nút: Một nút (thiết bị IoT) muốn bắt đầu giao tiếp và trao đổi dữ liệu trong
mạng IoT thì phải được nhận dạng và đăng ký như một phần của mạng dịch vụ. Khi đã được
đăng ký với các thiết bị xuất bản (publishers), nút đó sẽ nhận được dữ liệu liên quan đến dịch vụ.
+Một số giao thức thường sử dụng:
-CoAP (Constrained Application Protocol): Giao thức yêu cầu/phản hồi, nhẹ, phù hợp
cho các thiết bị hạn chế tài nguyên.
-XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol): Cung cấp thông tin liên lạc gần
thời gian thực, độ trễ thấp (thường dùng cho nhắn tin tức thì nhưng có thể áp dụng cho IoT).
-MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): Giao thức truyền thông kết nối M2M
nhẹ sử dụng mô hình xuất bản/đăng ký (publish/subscribe).
-AMQP (Advanced Message Queuing Protocol): Tương tự MQTT, nhưng độ tin cậy của tin
nhắn được duy trì bằng cách sử dụng các đảm bảo gửi tin nhắn.
-DDS (Data Distribution Service): Dịch vụ phân phối dữ liệu. -Tính toán (Computation):
+Chức năng: Để xử lý dữ liệu thu thập được và quản lý các cảm biến. Việc tính toán này có thể
được thực hiện dựa trên các yêu cầu của ứng dụng IoT.
+Các vị trí thực hiện tính toán:
-Cục bộ (Local): Xử lý dữ liệu ngay tại thiết bị hoặc gateway (Edge Computing).
-Đám mây (Cloud): Xử lý dữ liệu trên các máy chủ từ xa, có khả năng tính toán và lưu trữ lớn.
-Sương mù (Fog): Xử lý dữ liệu ở tầng trung gian giữa thiết bị và đám mây, gần nguồn dữ
liệu hơn đám mây, giảm độ trễ.
4. Giải thích khái niệm khám phá dịch vụ trong lớp hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng trong
kiến trúc IoT.
-Khám phá dịch vụ là quá trình mà các thiết bị, ứng dụng hoặc thành phần trong một mạng IoT
tìm kiếm, phát hiện và truy cập các dịch vụ (ví dụ: cảm biến, bộ điều khiển, bộ xử lý dữ liệu) mà
các thiết bị khác cung cấp.
-Nó giúp các thiết bị IoT liên kết động (dynamic binding) — nghĩa là, khi một thiết bị hoặc ứng
dụng mới tham gia mạng, nó có thể tìm các dịch vụ sẵn có (như dữ liệu cảm biến hoặc điều
khiển) mà không cần cấu hình thủ công trước
a. Lớp Hỗ trợ Dịch vụ (Service Support Layer)
+Đảm nhiệm việc quản lý, đăng ký, và tra cứu các dịch vụ được cung cấp bởi các thiết bị IoT.
+Cung cấp các công cụ phát hiện dịch vụ (service registry, directory services) để các thiết bị có thể:
Đăng ký dịch vụ mà chúng cung cấp (ví dụ: cảm biến nhiệt độ, dịch vụ cảnh báo).
Tìm kiếm các dịch vụ sẵn có trong mạng (ví dụ: dịch vụ đo độ ẩm, dịch vụ định vị).
Hỗ trợ giao thức chuẩn như mDNS, DNS-SD, CoAP Resource Directory, giúp quá trình khám
phá diễn ra tự động và hiệu quả.
Nói cách khác, lớp hỗ trợ dịch vụ chịu trách nhiệm chính trong việc:
Đăng ký và quản lý dịch vụ (service registration).
Đáp ứng truy vấn dịch vụ (service lookup).
b. lớp hỗ trợ ứng dụng:
+Hỗ trợ các ứng dụng IoT (ví dụ: ứng dụng quản lý nhà thông minh, giám sát sức khỏe) tìm kiếm
các dịch vụ cần thiết (ví dụ: dịch vụ đo nhịp tim, dịch vụ điều khiển đèn).
+Tích hợp các dịch vụ được phát hiện vào logic ứng dụng (ví dụ: khi tìm thấy dịch vụ cảm biến
nhiệt độ, ứng dụng có thể hiển thị dữ liệu thời gian thực).
+Quản lý chính sách an toàn và quyền truy cập cho việc sử dụng các dịch vụ này.
-Tóm lại, lớp hỗ trợ ứng dụng sử dụng thông tin khám phá dịch vụ để:
+Kết nối các thành phần dịch vụ cần thiết (ví dụ: hiển thị dữ liệu đo được).
+Đảm bảo trải nghiệm người dùng liền mạch.
5. Tên một số giao thức dùng để trao đổi dữ liệu trong lớp hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng
trong kiến trúc IoT.
-CoAP (Constrained Application Protocol)
+Mô tả: Là một giao thức yêu cầu/phản hồi nhẹ, được thiết kế đặc biệt cho các thiết bị bị hạn
chế về tài nguyên (bộ nhớ, năng lượng, khả năng xử lý) và mạng có độ trễ cao, băng thông thấp.
Nó tương tự như HTTP nhưng được tối ưu hóa cho IoT.
+Đặc điểm: Hỗ trợ mô hình client-server, UDP-based, hỗ trợ đa hướng (multicast), có cơ chế xác nhận tin nhắn tùy chọn.
-XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)
+Mô tả: Ban đầu được biết đến là một giao thức cho nhắn tin tức thì, nhưng nó cũng được mở
rộng để cung cấp thông tin liên lạc gần thời gian thực với độ trễ thấp. XMPP có thể được sử
dụng trong IoT để trao đổi dữ liệu, quản lý sự hiện diện của thiết bị và điều khiển từ xa.
+Đặc điểm: Dựa trên XML, mở rộng và linh hoạt, hỗ trợ mô hình publish/subscribe.
-MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)
+Mô tả: Là một giao thức truyền thông kết nối M2M (Machine-to-Machine) rất nhẹ và phổ biến
trong IoT. Nó sử dụng mô hình xuất bản/đăng ký (publish/subscribe), nơi các thiết bị
(publishers) gửi tin nhắn đến một broker (máy chủ trung gian), và các thiết bị khác (subscribers)
nhận tin nhắn từ broker dựa trên các chủ đề (topics) mà chúng quan tâm.
+Đặc điểm: Tiết kiệm băng thông, độ tin cậy cao với các mức QoS (Quality of Service) khác
nhau, phù hợp cho các kết nối không ổn định.
-AMQP (Advanced Message Queuing Protocol)
+Mô tả: Tương tự như MQTT ở chỗ nó cũng sử dụng mô hình nhắn tin hướng hàng đợi và mô
hình publish/subscribe. Tuy nhiên, AMQP thường phức tạp và mạnh mẽ hơn, cung cấp khả năng
đảm bảo gửi tin nhắn (message delivery guarantees) cao cấp hơn, hỗ trợ định tuyến tin nhắn
phức tạp và tích hợp tốt với các hệ thống doanh nghiệp lớn.
+Đặc điểm: Độ tin cậy cao, hỗ trợ giao dịch, quản lý hàng đợi tin nhắn.
-DDS (Data Distribution Service)
+Mô tả: Là một tiêu chuẩn truyền thông thời gian thực, có khả năng mở rộng, được thiết kế cho
các hệ thống phân tán, hiệu suất cao. DDS cho phép các ứng dụng xuất bản và đăng ký dữ liệu
trực tiếp, không cần broker trung gian, giúp giảm độ trễ và tăng thông lượng.
+Đặc điểm: Mô hình publish/subscribe, hiệu suất cao, độ trễ thấp, tự động khám phá các thực
thể trên mạng, phù hợp cho các ứng dụng IoT công nghiệp và mission-critical. Chương 3:
1. Chức năng của giao thức lớp ứng dụng
Chức năng : Cung cấp các chương trình ứng dụng trên mạng TCP/IP.
Thực hiện các chức năng của các lớp cao nhất trong mô hình 7 lớp bao gồm : Mã hoá/giải mã,
nén, định dạng dữ liệu, thiết lập/giải phóng phiên giao dịch
Ví dụ : Các ứng dụng HTTP, Telnet, FTP, Mail
2. Có nên sử dụng giao thức/chồng giao thức IP cho IoT không? Giải thích vì sao?
Có, nên sử dụng giao thức/chồng giao thức IP cho IoT vì
-Phổ biến và Độ tương thích:
+IP là tiêu chuẩn toàn cầu: Giao thức IP (Internet Protocol) là xương sống của Internet. Hầu hết
các hệ thống mạng hiện đại đều được xây dựng trên IP. Điều này mang lại sự tương thích rộng rãi.
+Khả năng kết nối Internet: Nếu các thiết bị IoT cần kết nối trực tiếp với Internet (ví dụ: để gửi
dữ liệu lên đám mây, nhận lệnh từ xa qua ứng dụng di động), việc sử dụng IP là điều cần thiết.
Các thiết bị IoT có thể được truy cập và quản lý từ bất kỳ đâu trên thế giới.
+Hệ sinh thái công cụ và kỹ năng rộng lớn: Có một cộng đồng lớn các nhà phát triển, công cụ,
thư viện và kiến thức chuyên môn về TCP/IP. Điều này giúp việc phát triển và triển khai các giải pháp IoT dễ dàng hơn.
-Khả năng mở rộng và định tuyến:
+Địa chỉ hóa duy nhất: Mỗi thiết bị IP có một địa chỉ IP duy nhất, cho phép định tuyến dữ liệu
chính xác đến/từ thiết bị đó trong một mạng lớn và phức tạp. Với sự ra đời của IPv6, vấn đề cạn
kiệt địa chỉ IPv4 đã được giải quyết, cho phép một số lượng khổng lồ các thiết bị IoT có thể được địa chỉ hóa.
+Khả năng mở rộng: Kiến trúc IP được thiết kế để mở rộng quy mô từ các mạng nhỏ đến mạng
toàn cầu, rất phù hợp với tiềm năng phát triển khổng lồ của IoT.
-Hỗ trợ lớp ứng dụng đa dạng:
+Lớp ứng dụng cung cấp các chương trình ứng dụng trên mạng TCP/IP. Các giao thức ứng dụng
phổ biến như HTTP, MQTT, CoAP, XMPP, AMQP đều được xây dựng trên nền tảng TCP/IP hoặc
UDP (một giao thức thuộc chồng TCP/IP).
+Điều này cho phép sự linh hoạt trong việc lựa chọn giao thức ứng dụng phù hợp với từng
trường hợp sử dụng IoT cụ thể (ví dụ: MQTT cho thiết bị hạn chế tài nguyên, HTTP cho các dịch
vụ web, DDS cho thời gian thực). -Bảo mật:
+Chồng giao thức IP bao gồm các giao thức bảo mật ở các lớp khác nhau (ví dụ: TLS/SSL ở lớp
vận chuyển, IPsec ở lớp Internet). Điều này cho phép triển khai các biện pháp bảo mật mạnh mẽ
để bảo vệ dữ liệu IoT khỏi các cuộc tấn công.
3. Giao thức CoAP có những yêu cầu gì?
-Thiết kế cho môi trường bị ràng buộc
+CoAP được thiết kế đặc biệt để giải quyết các hạn chế của giao tiếp HTTP/REST cho các thiết bị
bị ràng buộc và mạng bị hạn chế.
+Thiết bị bị ràng buộc: Các thiết bị có bộ vi điều khiển 8-bit, bộ nhớ hạn chế và công suất thấp.
+Mạng bị hạn chế: Các mạng không dây có độ trễ cao, băng thông thấp.
-Hoạt động trên giao thức UDP (User Datagram Protocol):
+Không giống như HTTP thường hoạt động trên TCP, CoAP hoạt động trên UDP. Điều này giúp
giảm chi phí overhead (chi phí duy trì kết nối) so với TCP, làm cho nó phù hợp hơn với các thiết
bị và mạng bị ràng buộc.
+Tuy nhiên, vì UDP là giao thức không đáng tin cậy, CoAP có các cơ chế riêng để đảm bảo độ tin cậy.
-Hỗ trợ mô hình Client-Server và tương tự REST:
+CoAP được thiết kế dựa trên kiến trúc REST (Representational State Transfer), tương tự như
HTTP. Điều này có nghĩa là nó sử dụng các phương thức như GET, PUT, POST, DELETE để tương tác với tài nguyên.
+Nó cho phép các máy khách CoAP gửi yêu cầu đến máy chủ CoAP để truy xuất, tạo, cập nhật hoặc xóa tài nguyên.
-Sử dụng Mã định danh tài nguyên thống nhất (URI - Uniform Resource Identifier) và hỗ trợ loại nội dung:
+Giống HTTP, CoAP sử dụng URI để định danh các tài nguyên trên thiết bị IoT, cho phép các ứng
dụng truy cập tài nguyên một cách chuẩn hóa.
+Hỗ trợ các loại nội dung khác nhau (ví dụ: text/plain, application/json, application/xml), cho
phép truyền tải đa dạng các loại dữ liệu.
-Chi phí tiêu đề thấp (Low Overhead):
+Gói tin CoAP có kích thước tiêu đề nhỏ hơn nhiều so với HTTP, giúp giảm lượng dữ liệu truyền
tải và tiết kiệm năng lượng.
-Độ phức tạp phân tích cú pháp thấp (Low Parsing Complexity):
+Cấu trúc gói tin đơn giản hơn giúp các thiết bị bị ràng buộc dễ dàng phân tích và xử lý.
-Trao đổi tin nhắn không đồng bộ (Asynchronous Messaging Exchange):
+Cho phép gửi và nhận tin nhắn mà không yêu cầu phản hồi ngay lập tức, giúp tối ưu hóa việc
sử dụng tài nguyên và độ trễ trong mạng.
-Độ tin cậy tùy chọn (Optional Reliability) qua UDP:
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