So sánh IoT và M2M cùng Xu hướng Phát triển trong Tương lai | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Đề 2 Câu 1:
a) Phân biệt giữa IoT và M2M (Machine-to-Machine). - IoT (Internet of Things)
Định nghĩa: Mạng lưới các thiết bị (things) có thể kết nối Internet, thu thập
dữ liệu và chia sẻ cho nhau hoặc với hệ thống quản lý. Đặc trưng:
Dùng Internet / Cloud làm hạ tầng truyền thông.
Dữ liệu có thể lưu trữ, phân tích trên đám mây.
Thiết bị thường kết nối không dây (WiFi, Zigbee, LoRa, NB-IoT, 4G/5G…).
Có khả năng mở rộng lớn, hỗ trợ hàng triệu thiết bị. Ví dụ:
Cảm biến nhiệt độ gửi dữ liệu lên server cloud → hiển thị trên điện thoại.
Hệ thống nhà thông minh (smart home).
Xe hơi thông minh gửi dữ liệu định vị về trung tâm. - M2M (Machine to Machine)
Định nghĩa: Giao tiếp trực tiếp giữa 2 máy/thiết bị mà không cần Internet,
chủ yếu để tự động hóa. Đặc trưng:
Giao tiếp thường dùng mạng nội bộ (Ethernet, RS232, Modbus, Zigbee).
Không nhất thiết phải có kết nối cloud.
Tập trung vào tự động hóa công nghiệp, giám sát, điều khiển.
Ít tính mở rộng so với IoT. Ví dụ:
Hệ thống máy ATM gửi tín hiệu giao dịch đến server ngân hàng.
Các PLC trong nhà máy trao đổi dữ liệu qua Modbus.
Đồng hồ điện tử gửi dữ liệu tiêu thụ điện về trung tâm qua GSM. Tiêu chí IoT M2M Mạng kết nối Internet, Cloud Mạng riêng, điểm-điểm Phạm vi Rộng (toàn cầu) Hạn chế (cục bộ) Khả năng mở rộng
Rất cao, triệu thiết bị Thường ít thiết bị Dữ liệu
Lưu trữ, phân tích trên Cloud
Truyền trực tiếp giữa máy
Smart home, Smart city, IoT Công nghiệp, giám sát máy móc, Ứng dụng nông nghiệp SCADA
b) Nêu 5 xu hướng phát triển của IoT trong tương lai.
AIoT: Kết hợp IoT với trí tuệ nhân tạo để thiết bị tự phân tích và ra quyết định.
5G/6G: Kết nối tốc độ cao, độ trễ thấp, hỗ trợ hàng triệu thiết bị.
IIoT: Ứng dụng trong công nghiệp, sản xuất thông minh và bảo trì dự đoán.
Bảo mật IoT: Tích hợp blockchain, mã hóa, xác thực đa lớp để tăng an toàn.
Năng lượng thấp và Edge computing: Thiết bị tiết kiệm pin, xử lý dữ liệu
ngay tại biên để giảm độ trễ. Câu 2 :
a) Giải thích khái niệm "Fog Computing" trong IoT.
- Fog Computing trong IoT là một mô hình điện toán phân tán, trong đó việc xử lý,
lưu trữ và phân tích dữ liệu không diễn ra hoàn toàn trên cloud , mà được thực hiện
ngay gần thiết bị IoT, tại các nút trung gian gọi là fog nodes (có thể là router, gateway, switch, edge server).
b) So sánh Edge Computing và Fog Computing. - Điểm giống
Đều là điện toán phân tán , xử lý dữ liệu gần thiết bị IoT thay vì gửi toàn bộ lên cloud.
Mục tiêu: giảm độ trễ, tiết kiệm băng thông, tăng tốc độ phản hồi. - Điểm khách
Tiêu chí Edge Computing Fog Computing
Ngay tại thiết bị IoT hoặc gần thiết
Ở các nút trung gian giữa Edge và
Vị trí xử bị (ví dụ: cảm biến, bộ điều khiển,
Cloud (gateway, router, switch, lý máy tính nhúng). server cục bộ).
Phân tán hơn, bao trùm một cụm
Mức độ Rất cục bộ, xử lý ngay tại điểm
thiết bị IoT trước khi gửi dữ liệu lên phân tán sinh dữ liệu. cloud.
Thấp nhất (vì xử lý ngay tại Thấp, nhưng thường cao hơn Edge Độ trễ nguồn). một chút. Khả
năng mở Hạn chế, chủ yếu xử lý riêng lẻ
Cao hơn, có thể tổng hợp dữ liệu từ rộng từng thiết bị. nhiều thiết bị. Ứng
Xe tự lái xử lý cảm biến ngay trên
Nhà máy thông minh: nhiều cảm dụng
xe; camera AI nhận diện khuôn biến gửi dữ liệu về một gateway xử
điển hình mặt trực tiếp. lý trước khi lên cloud. Câu 3 :
a) Mô tả các giao thức truyền thông được sử dụng trong IoT (ví dụ:
MQTT, CoAP, HTTP).
- MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)
Kiểu giao tiếp: Mô hình Publish/Subscribe qua một Broker trung gian. Ưu điểm: o
Nhẹ, tiêu thụ ít băng thông. o
Hỗ trợ thiết bị tài nguyên thấp. o
Hoạt động tốt trong mạng không ổn định.
Ứng dụng: Smart Home (ví dụ: đèn, cảm biến nhiệt độ gửi dữ liệu qua MQTT Broker như Mosquitto).
- CoAP (Constrained Application Protocol)
Dựa trên: Giao thức UDP (nhanh hơn TCP).
Kiểu giao tiếp: Mô hình Client/Server, tương tự HTTP nhưng nhẹ hơn. Ưu điểm: o
Tối ưu cho thiết bị IoT hạn chế năng lượng. o
Hỗ trợ multicast (gửi một gói tin đến nhiều thiết bị). o
Dùng cho mạng cảm biến công suất thấp (LPWAN).
Ứng dụng: Giám sát cảm biến trong nông nghiệp, smart city.
- HTTP (HyperText Transfer Protocol) Dựa trên: TCP/IP.
Kiểu giao tiếp: Mô hình Request/Response (Client gửi request, Server trả response). Ưu điểm: o
Phổ biến, dễ tích hợp với webapp. o
Có sẵn nhiều công cụ và thư viện hỗ trợ. Nhược điểm: o
Tốn băng thông, năng lượng , không tối ưu cho IoT nhỏ gọn.
Ứng dụng: Kết nối thiết bị IoT với web server, API RESTful.
b) Giải thích cách các giao thức này hoạt động và ứng dụng của chúng.
- MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) Cách hoạt động:
Theo mô hình Publish/Subscribe.
Các thiết bị IoT (Client) không gửi dữ liệu trực tiếp cho nhau, mà thông qua
một Broker (máy chủ trung gian).
Thiết bị Publisher gửi dữ liệu lên một topic.
Thiết bị Subscriber đăng ký (subscribe) vào topic đó để nhận dữ liệu.
Broker phân phối dữ liệu đến đúng subscriber. Ứng dụng:
Nhà thông minh: Cảm biến nhiệt độ gửi dữ liệu , Broker , App điện thoại hiển thị.
Xe kết nối (Connected car): Truyền trạng thái xe (vận tốc, nhiên liệu).
Nông nghiệp thông minh: Các cảm biến đất, độ ẩm, nhiệt độ đồng loạt gửi dữ liệu về server.
- CoAP (Constrained Application Protocol) Cách hoạt động:
Dựa trên mô hình Client/Server, tương tự HTTP nhưng dùng UDP nên nhẹ hơn.
Thiết bị IoT (Client) gửi request đến Server, server phản hồi bằng response.
Hỗ trợ multicast, cho phép gửi một gói dữ liệu đến nhiều thiết bị cùng lúc.
Có các phương thức giống HTTP: GET, POST, PUT, DELETE. Ứng dụng:
Mạng cảm biến công suất thấp (LPWAN).
Smart city: hệ thống đèn giao thông nhận lệnh đồng thời qua multicast.
Nông nghiệp: nhiều cảm biến đồng thời gửi dữ liệu giám sát về máy chủ.
- HTTP (HyperText Transfer Protocol) Cách hoạt động:
Theo mô hình Request/Response.
Thiết bị IoT (Client) gửi một request đến Server thông qua TCP/IP.
Server xử lý và gửi lại response (thường dưới dạng JSON, XML, HTML).
Kết nối thường dựa trên RESTful API để dễ tích hợp với web/app. Ứng dụng:
Web-based IoT: Thiết bị IoT giao tiếp với web server (ví dụ: gửi dữ liệu cảm biến lên website).
Tích hợp app: Dễ dàng kết nối IoT với ứng dụng di động.
Hệ thống giám sát: Camera an ninh gửi dữ liệu đến server để xem qua web. Câu 4 :
a) Nêu tên 3 ngôn ngữ truy vấn dữ liệu (Data Query Language) trong IoT
Trong IoT, dữ liệu thường lưu trữ ở nhiều dạng (SQL database, NoSQL, time-
series database). Một số ngôn ngữ truy vấn phổ biến:
SQL (Structured Query Language): Dùng trong cơ sở dữ liệu quan hệ
(MySQL, PostgreSQL) để truy vấn dữ liệu IoT.
CQL (Cassandra Query Language): Ngôn ngữ truy vấn dành cho cơ
sở dữ liệu NoSQL Cassandra, thường dùng cho dữ liệu IoT lớn và phân tán.
InfluxQL (Influx Query Language): Ngôn ngữ truy vấn của InfluxDB
– cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian (time-series), rất phổ biến trong IoT để
lưu trữ dữ liệu cảm biến theo thời gian.
b) Các bước để phân tích dữ liệu từ thiết bị IoT
Thu thập dữ liệu (Data Collection): o
Lấy dữ liệu từ cảm biến, thiết bị IoT qua giao thức (MQTT, CoAP, HTTP…). o
Đưa dữ liệu về hệ thống lưu trữ (database, cloud, data lake).
Tiền xử lý dữ liệu (Data Preprocessing): o
Làm sạch dữ liệu: loại bỏ nhiễu, dữ liệu lỗi, dữ liệu thiếu. o
Chuẩn hóa dữ liệu về cùng định dạng.
Lưu trữ và quản lý dữ liệu (Data Storage & Management): o
Lưu vào cơ sở dữ liệu phù hợp (SQL, NoSQL, time-series DB). o
Đảm bảo khả năng mở rộng và truy cập nhanh.
Phân tích dữ liệu (Data Analysis): o
Sử dụng các công cụ phân tích (Python, R, Spark, AI/ML). o
Thực hiện thống kê, phân cụm, dự đoán hoặc phát hiện bất thường.
Trực quan hóa và ra quyết định (Visualization & Decision-making): o
Hiển thị kết quả qua dashboard (Grafana, Power BI…). o
Đưa ra cảnh báo, tự động điều khiển thiết bị IoT, hoặc hỗ trợ quản lý ra quyết định.