Kiến trúc hệ thống mạng IoT.

IoT là gì?

Khái niệm Internet of Things, hay IoT, đề cập đến hàng tỷ thiết bị vật lý trên khắp thế giới hiện được kết nối với internet, tất cả đều thu thập và chia sẻ dữ liệu. Các thiết bị vật lý này được thêm các cảm biến, được lập trình hoặc sử dụng bất kỳ một công nghệ nào đó, cho phép chúng giao tiếp dữ liệu thời gian thực mà không cần đến con người. Nhờ sự xuất hiện của chip máy tính siêu rẻ và sự phổ biến của mạng không dây, có thể biến mọi thứ, từ nhỏ như viên thuốc đến lớn như máy bay, thành một phần của IoT.

Các tầng của kiến trúc IoT

Mặc dù không có một kiến trúc IoT được thống nhất trên toàn cầu, nhưng định dạng cơ bản và được chấp nhận rộng rãi nhất là kiến ​​trúc ba lớp. Mô hình được giới thiệu lần đầu tiên ở các nghiên cứu sớm nhất về Internet of Things gồm ba tầng: Perception, Network, và Application.

- Perception: đây là lớp vật lý của kiến ​​trúc, nơi 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. Lớp mạng kết nối các thiết bị ở trên với các đối tượng thông minh, máy chủ và 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.

Các giai đoạn của kiến trúc IoT

Mặc dù mỗi hệ thống IoT đều khác nhau, nhưng nền tảng cho mỗi kiến ​​trúc Internet of Things cũng như luồng quy trình dữ liệu chung của chúng gần như giống nhau bao gồm 4 trạng thái:

1. Kết nối các cảm biến, bộ truyền động với vạn vật (things): 

Là cơ sở cho mọi hệ thống IoT, các thiết bị được kết nối có trách nhiệm cung cấp dữ liệu. Để thu nhận các thông số vật lý ở thế giới bên ngoài hoặc trong bản thân vật thể, chúng cần các cảm biến được nhúng vào chính thiết bị hoặc được triển khai dưới dạng các đối tượng độc lập để đo và thu thập dữ liệu từ xa. Ví dụ dùng để đóng van khi nước đạt đến một mức nhất định hoặc đơn giản để tắt đèn khi mặt trời mọc.

Một yếu tố không thể thiếu khác của lớp này là các bộ truyền động. Cộng tác chặt chẽ với các cảm biến, chúng có thể chuyển đổi dữ liệu thành hành động. Chẳng hạn một hệ thống tưới cây thông minh có thể dựa trên các thông tin được cung cấp bởi các cảm biến để ra lệnh cho bộ truyền động mở các van nước ở những nơi có độ ẩm đất dưới giá trị cài đặt. Các van được giữ mở cho đến khi các cảm biến báo rằng các giá trị được khôi phục về mặc định.

Điều quan trọng nữa là các đối tượng được kết nối không chỉ cần giao tiếp với hệ thống thu thập dữ liệu trên Internet mà còn cần chia sẻ thông tin và cộng tác với nhau. Việc này khiến các thiết bị tiêu tốn nhiều năng lượng và băng thông, do đó, một kiến ​​trúc mạnh mẽ phải sử dụng các giao thức truyền thông phù hợp với mục đích, an toàn và nhẹ, chẳng hạn như Lightweight M2M mà đã trở thành một giao thức tiêu chuẩn hàng đầu để quản lý các thiết bị nhẹ năng lượng thấp.

2.Internet gateways

Sau khi các cảm biến gửi dữ liệu, các cổng kết nối Internet (Internet Gateways) tổng hợp và chuyển đổi thành dạng kỹ thuật số để có thể xử lý, kết nối với phần còn lại của hệ thống. Hơn nữa, người dùng có thể kiểm soát, lọc và chọn dữ liệu để giảm thiểu khối lượng thông tin cần được chuyển tiếp lên đám mây, giúp tiết kiệm băng thông và giảm thời gian phản hồi.

Một khía cạnh khác mà các cổng hỗ trợ là bảo mật. Bởi vì chúng chịu trách nhiệm quản lý luồng thông tin theo cả hai hướng, do đó có thể ngăn chặn rò rỉ dữ liệu cũng như giảm nguy cơ bị tấn công từ bên ngoài vào các thiết bị IoT.

3.Hệ thống biên (edge IT system)

Mặc dù không phải là một thành phần tất yếu của mọi kiến ​​trúc IoT, nhưng các thiết bị biên có thể mang lại những lợi ích đáng kể, đặc biệt là đối với các dự án IoT quy mô lớn. Vì các hệ thống IoT thu thập một lượng dữ liệu do đó đòi hỏi nhiều băng thông, các hệ thống biên đóng vai trò quan trọng trong việc giảm tải cho cơ sở hạ tầng IT cốt lõi. Chỉ những phần dữ liệu lớn hơn thực sự cần sức mạnh của Data center, Cloud platform mới được chuyển tiếp đến đó, giảm thiểu tối đa tiếp xúc với mạng cục bộ, tăng cường bảo mật, đồng thời giảm tiêu thụ điện năng và băng thông góp phần tận dụng hiệu quả hơn các nguồn lực kinh doanh.

4.Data center / Cloud platform

Dữ liệu cần được lưu trữ để phân tích sâu hơn, đó là lý do tại sao lưu trữ dữ liệu là một giai đoạn quan trọng của kiến ​​trúc IoT. Lưu trữ đám mây là phương pháp ưa thích và được sử dụng rất nhiều trong triển khai IoT, nguyên nhân chính là do quá trình xử lý chuyên sâu không yêu cầu phản hồi ngay lập tức. Ở đó, các hệ thống máy chủ với cấu hình cao có thể quản lý, phân tích và lưu trữ dữ liệu an toàn hơn, ngoài ra hệ thống cũng hỗ trợ cảm biến có thể được kết nối với các nguồn dữ liệu khác.