So sánh IOT và M2M cùng các xu hướng phát triển | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Đề 2 Câu 1:
a, Phân biệt giữa IOT và M2M: IOT M2M Khái niệm
Là mạng lưới, tập hợp các thiết
Thành phần và ứng dụng cho phép
bị thông minh được kết nối
giao tiếp giữa máy với máy
internet để truyền tải dữ liệu với
nhau. Nó trở nên thông minh, có
khả năng gửi, nhận dữ liệu Ứng dụng
Phức tạp hơn, phục vụ cho dịch
Kết nối các thiết bị liên quan giữa vụ cấp cao hơn chúng
Tính linh Linh hoạt hơn và có tiềm năng Chức năng chuyên biệt và kém linh hoạt phát triển theo thời gian hoạt Kiến trúc
Đặc trưng về nhu cầu xử lý, lưu
Tương đối cứng nhắc, không thay trữ, phân tán đổi Tốc độ
Ưu tiên giảm thiểu khả năng Tốc độ truyền thông và tốc độ xử lý
truyền dữ liệu và giảm thiểu tốc dữ liệu được fix cứng ngay khi thiết
độ xử lý dữ liệu để có thể hỗ trợ kế giải pháp
việc phân tích dữ liệu tốt hơn Verticals
Tạo ra các sản phẩm cho thị Tạo sản phẩm cho ngành công
trường ngành công nghiệp
nghiệp dọc, giải pháp tập trung cho
"chéo", tức là lai giữa ngành 1 nhóm đối tượng cụ thể "dọc" và "ngang". Bối cảnh
Ngữ nghĩa phong phú, các bối Chỉ cần có ý nghĩa trong ngữ cảnh
cảnh liên quan, bàn luận rõ rangứng dụng cụ thể Sự phát
Tăng trưởng không gian theo Tăng trưởng tuyến tính và dự đoán triển tính mũ đặc trưng cho không gian
b, Nêu 5 xu hướng phát triển của IoT trong tương lai. - Chuỗi cung ứng IOT - Bảo mật IoT
- Digital Twins: Tận dụng dữ liệu cảm biến để xây dựng bản sao kỹ thuật số thực tế và
chi tiết các hệ thống khác nhau - Trí tuệ nhân tạo:
- IOT trong chăm sóc sức khoẻ Câu 2:
a) Giải thích khái niệm "Fog Computing" trong IoT.
- Khái niệm: Fog Computing (điện toán sương mù) là hình thức điện toán phân tán,
trong đó, quá trình xử lý và lưu trữ dữ liệu sẽ được triển khai gần với các thiết bị đầu
cuối tại rìa mạng, nơi có nhiều thiết bị IoT. Fog Computing không chỉ cải thiện hiệu
suất hệ thống mà còn làm giảm độ trễ, giúp các ứng dụng và dịch vụ phản hồi nhanh
hơn, từ đó tối ưu hóa trải nghiệm người dùng.
- Giải thích: Fog Computing thực hiện các tác vụ này ngay tại nơi dữ liệu được tạo ra.
Nó hữu ích trong các lĩnh vực như quản lý chuỗi cung ứng, tự động hóa sản xuất hay
những hệ thống IoT yêu cầu phản ứng nhanh và chính xác.
b, So sánh Edge Computing và Fog Computing.
- Điện toán biên (Edge Computing) là một kiến trúc điện toán hướng đến việc đưa hoạt
động tính toán đến gần hơn với nguồn dữ liệu. Nó dựa trên ý tưởng xử lý dữ liệu tại
biên mạng, trái ngược với việc xử lý dữ liệu trên đám mây hoặc trung tâm dữ liệu tập
trung. Ý tưởng đằng sau điện toán biên là giảm lượng dữ liệu cần gửi đến đám mây
hoặc máy chủ trung tâm để xử lý, qua đó giảm độ trễ mạng và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.
- Điện toán sương mù (Fog Computing ) là một mô hình điện toán phân tán được thiết
kế để bổ sung cho điện toán biên. Nó mở rộng khả năng của điện toán biên bằng cách
cung cấp một lớp cơ sở hạ tầng điện toán giữa các thiết bị biên và đám mây. Cơ sở hạ
tầng này được gọi là lớp sương mù, và nó cung cấp thêm tài nguyên và dịch vụ điện
toán cho các thiết bị biên. Câu 3:
a) Mô tả các giao thức truyền thông được sử dụng trong IoT (ví dụ: MQTT, CoAP, HTTP). - Giao thức MQTT:
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là giao thức truyền thông
điệp (message) theo mô hình publish/subscribe (cung cấp / thuê bao), được
sử dụng cho các thiết bị IoT với băng thông thấp, độ tin cậy cao và khả
năng được sử dụng trong mạng lưới không ổn định. Nó dựa trên một
Broker (tạm dịch là “Máy chủ môi giới”) “nhẹ” (khá ít xử lý) và được thiết
kế có tính mở (tức là không đặc trưng cho ứng dụng cụ thể nào), đơn giản và dễ cài đặt.
MQTT là lựa chọn lý tưởng trong các môi trường như:
1. Những nơi mà giá mạng viễn thông đắt đỏ hoặc băng thông thấp hay thiếu tin cậy.
2. Khi chạy trên thiết bị nhúng bị giới hạn về tài nguyên tốc độ và bộ nhớ.
3. Bởi vì giao thức này sử dụng băng thông thấp trong môi trường có
độ trễ cao nên nó là một giao thức lý tưởng cho các ứng dụng M2M (Machine to Machine). Ưu điểm MQTT:
Giúp truyền đạt thông tin nhanh chóng hiệu quả hơn.
Giảm thiểu đáng kể tiêu thụ băng thông mạng.
Rất thích hợp cho điều khiển và do thám.
Tối đa hóa băng thông có sẵn.
Chi phí vận hành tương đối thấp.
Độ bảo mật và an toàn cao.
Tiết kiệm thời gian phát triển.
Giúp thu thập nhiều dữ liệu hơn và tốn ít băng thông hơn so với những giao thức cũ trước đó. Nhược điểm MQTT:
So với CoAP, MQTT có tốc độ truyền dữ liệu chậm hơn.
Trong khi CoAP sử dụng hệ thống tài nguyên ổn định – tĩnh, MQTT lại
hoạt động dựa trên cơ chế đăng ký động (subscribe).
MQTT không có cơ chế mã hóa tích hợp để bảo mật, thay vào đó, nó sử
dụng các giao thức như TLS/SSL để đảm bảo an toàn cho dữ liệu.
Khả năng mở rộng của MQTT trên quy mô lớn còn hạn chế - Giao thức HTTP:
HTTP (HyperText Transfer Protocol - Giao thức truyền tải siêu văn bản) là
một trong các giao thức chuẩn về mạng Internet, được dùng để liên hệ thông
tin giữa Máy cung cấp dịch vụ (Web server) và Máy sử dụng dịch vụ (Web
client), là giao thức Client/Server dùng cho World Wide Web – WWW. HTTP là
một giao thức ứng dụng của bộ giao thức TCP/IP (các giao thức nền tảng cho Internet). Ưu điểm giao thức HTTP:
o Đơn giản và dễ sử dụng: HTTP có cấu trúc đơn giản, dễ hiểu và dễ
triển khai. Điều này giúp các lập trình viên và nhà phát triển dễ dàng
tích hợp HTTP vào ứng dụng của họ.
o Phổ biến và hỗ trợ rộng rãi: HTTP được hầu hết các trình duyệt web
và máy chủ web hỗ trợ. Điều này giúp tăng tính tương thích và khả
năng tích hợp của các ứng dụng sử dụng HTTP.
o Có sẵn nhiều công cụ và tài nguyên: Với sự phổ biến của HTTP, có rất
nhiều công cụ, thư viện và tài nguyên có sẵn để hỗ trợ việc sử dụng
giao thức này, điều này giúp việc phát triển ứng dụng trở nên dễ dàng hơn.
Nhược điểm giao thức HTTP:
o Không an toàn: HTTP không được mã hóa, khiến dữ liệu truyền tải
trên mạng dễ bị lộ và có nguy cơ bị tấn công. Điều này đặc biệt quan
trọng khi xử lý thông tin nhạy cảm như thông tin cá nhân và thông tin tài chính.
o Không đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu: HTTP không cung cấp cơ chế
đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, có nghĩa là dữ liệu có thể bị thay
đổi hoặc bị can thiệp trong quá trình truyền tải
b, Giải thích cách các giao thức này hoạt động và ứng dụng của chúng - HTTP:
HTTP là một giao thức không yêu cầu kết nối tại layer truyền tải, vì vậy, chúng
sử dụng giao thức truyền tải TCP để đảm bảo tính tin cậy của việc truyền thông.
HTTP/2 đã đưa ra giải pháp bằng cách ghép các thông điệp qua một kết nối duy
nhất, giúp tăng hiệu suất và giữ cho kết nối ổn định hơn.
Hoạt động theo mô hình yêu cầu/ phản hồi:
o Yêu cầu: Một máy tính (gọi là Client) gửi yêu cầu tới một máy chủ
(Server) thông qua giao thức HTTP.
o Xử lý yêu cầu: Sau khi Client gửi yêu cầu, máy chủ tiếp nhận xử lý nó.
Việc này có thể bao gồm truy xuất dữ liệu từ cơ sở dữ liệu, thực hiện các
tính toán, hoặc tạo ra nội dung để trả về
o Phản hồi: Sau khi xử lý yêu cầu của Client, máy chủ trả về phản hồi cho yêu cầu đó
o Xử lý phản hồi: Client nhận được phản hồi từ máy chủ và xử lý nó Ứng dụng của HTTP: o Truy cập web o API web
o Truyền tải dữ liệu Multimedia
o Tích hợp các giao thức khác
o ứng dụng di động và IOT - MQTT:
MQTT hoạt động theo cơ chế client/server, nơi mà mỗi cảm biến là một khách
hàng (client) và kết nối đến một máy chủ, có thể hiểu như một Máy chủ môi
giới (broker), thông qua giao thức TCP (Transmission Control Protocol).
Broker chịu trách nhiệm điều phối tất cả các thông điệp giữa phía gửi đến đúng phía nhận. o Thiết lập kết nối o Xuất bản thông điệp o Đăng ký chủ đề o Nhận thông điệp
o Quản lý ngắt kết nối
Ứng dụng: thu thập dữ liệu cảm biến, giám sát thiết bị, điều khiển hệ thống tự
động, nhắn tin và các nền tảng IoT như Facebook Messenger và AWS IoT Câu 4:
a, Nêu tên 3 ngôn ngữ truy vấn dữ liệu (data query language) được sử dụng trong
IoT. (10 điểm) - Java - Python - C++
b, Trình bày các bước để phân tích dữ liệu từ các thiết bị IoT.
1. Xác định mục tiêu phân tích
Xác định rõ bài toán kinh doanh hoặc kỹ thuật cần giải quyết (ví dụ: tối ưu năng
lượng, phát hiện bất thường, dự báo bảo trì thiết bị).
Xác định chỉ số quan trọng (KPIs) cần theo dõi. 2. Thu thập dữ liệu IoT
Dữ liệu được tạo ra từ cảm biến, thiết bị, máy móc, camera, hệ thống đo lường.
Các giao thức phổ biến: MQTT, CoAP, HTTP, OPC-UA.
Sử dụng IoT gateways để tập trung dữ liệu và chuyển về hệ thống lưu trữ.
3. Truyền và lưu trữ dữ liệu
Dữ liệu được gửi đến Cloud hoặc Edge Server. Công nghệ lưu trữ: o
Time-series database (InfluxDB, TimescaleDB) cho dữ liệu cảm biến theo thời gian. o
Data lake / Big Data platform (Hadoop, Spark, AWS S3, Azure Blob). o
Relational DB nếu dữ liệu có cấu trúc rõ ràng.
4. Tiền xử lý và làm sạch dữ liệu
Lọc nhiễu: loại bỏ dữ liệu lỗi, mất tín hiệu.
Chuẩn hóa: quy đổi về cùng đơn vị đo lường.
Xử lý thiếu dữ liệu: dùng interpolation, forward filling…
Gắn nhãn / phân loại dữ liệu nếu cần.
5. Khám phá và phân tích dữ liệu (EDA – Exploratory Data Analysis)
Thống kê mô tả: giá trị trung bình, min/max, phân phối.
Vẽ đồ thị chuỗi thời gian, biểu đồ phân bố, heatmap.
Xác định mối quan hệ giữa các cảm biến.
6. Ứng dụng phân tích nâng cao / AI – ML
Phát hiện bất thường (Anomaly Detection): dựa vào threshold hoặc mô hình học máy.
Dự báo (Forecasting): dùng ARIMA, LSTM, Prophet cho dữ liệu chuỗi thời gian.
Phân loại & dự đoán: dùng Random Forest, SVM, Deep Learning.
Phân tích theo thời gian thực (Streaming Analytics): Apache Kafka, Spark Streaming, Flink.
7. Trực quan hóa và báo cáo
Dùng dashboard (Grafana, Power BI, Kibana, Tableau) để theo dõi dữ liệu trực tiếp.
Cảnh báo real-time khi dữ liệu vượt ngưỡng.
Xuất báo cáo cho nhà quản lý. 8. Triển khai và tối ưu
Tích hợp phân tích vào hệ thống vận hành IoT.
Theo dõi hiệu năng mô hình phân tích.
Liên tục cải thiện bằng dữ liệu mới.