Internet vạn vật (IoT) hoạt động như thế nào

Internet vạn vật (IoT) hoạt động như thế nào

Tóm tắt: Internet vạn vật (IoT) thúc đẩy sự đổi mới trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau và mang lại lợi ích to lớn trong mọi khía cạnh của cuộc sống. IoT tạo ra một thế giới nơi mọi thứ đều có thể được kết nối và giao tiếp theo cách thông minh, tương tác.

 

 

Thế giới chưa bao giờ được kết nối nhiều như vậy với Internet và điện thoại thông minh, nhưng một làn sóng cách mạng công nghệ mới đang thay đổi sâu sắc cách con người liên hệ với môi trường xung quanh và tương tác với mọi thứ liên quan. Kết nối thế giới vật lý với thế giới kỹ thuật số thông qua các cảm biến được kết nối mạng, bộ truyền động, phần cứng và phần mềm nhúng, Internet vạn vật (IoT) mở ra vô số khả năng tạo ra lợi ích to lớn trong mọi khía cạnh của cuộc sống. Hệ sinh thái IoT đang phát triển và mở rộng được thiết lập để cung cấp các dịch vụ theo ngữ cảnh, mở ra những hiểu biết mới về hoạt động, tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý tài nguyên và tối đa hóa tăng trưởng doanh thu. IoT đã nhanh chóng chiếm vị trí trung tâm trong thế giới kinh doanh và người tiêu dùng với cơ sở hạ tầng hội tụ dành riêng cho kết nối, điện toán và thu thập dữ liệu trên toàn bộ ngăn xếp IoT.

Internet vạn vật là gì

IoT đề cập đến một hệ sinh thái trong đó các ứng dụng và dịch vụ được thúc đẩy bởi dữ liệu và thông tin chi tiết do các thiết bị kết nối Internet tạo ra, cảm biến và giao diện với thế giới vật lý. Nói cách khác, IoT là sự mở rộng của Internet vào thế giới vật lý. Trong hệ thống mạng vật lý này, các thiết bị (vật lý) có khả năng nhận thức ngữ cảnh và giao tiếp được kết nối với Internet (không gian mạng) để cung cấp các phân tích nâng cao và báo cáo có thể thực hiện được thông qua các ứng dụng dựa trên phần mềm. Sự tích hợp liền mạch của các công nghệ cảm biến, kết nối mạng, sức mạnh tính toán, máy học, phương pháp phân tích và nền tảng phần mềm tạo ra một cấu trúc lai, cách mạng hóa việc thu thập dữ liệu để lập kế hoạch và ra quyết định. Với điện toán đám mây và phân tích dữ liệu lớn được sử dụng ở khắp mọi nơi để cung cấp nguồn thông tin chi tiết về kinh doanh và thông tin gần như vô tận, Internet vạn vật được định vị là chất xúc tác thúc đẩy sự đổi mới trong mọi lĩnh vực.

IoT thực sự làm gì

Nói một cách ngắn gọn, IoT ra đời để tối ưu hóa môi trường sống và làm việc của chúng ta bằng cách tự động hóa quá trình xử lý và truy xuất dữ liệu và tận dụng trí thông minh của máy móc để tối đa hóa giá trị của các tài sản dữ liệu. Nó tận dụng cơ sở hạ tầng mạng và truyền thông rộng rãi để cho phép kiểm soát toàn bộ hệ thống mạng vật lý một cách đầy đủ, thuận tiện và thông minh.

Hoạt động từ xa

Bản chất của IoT nhấn mạnh vào khả năng kết nối mạng của các thiết bị thông minh, do đó có thể điều khiển chúng từ xa. Các chương trình phần mềm máy tính với giao diện người dùng dựa trên web và ứng dụng di động cung cấp khả năng cấp ứng dụng cho con người để giám sát, cấu hình và lập trình các thiết bị thông minh hầu như ở bất kỳ đâu trên thế giới miễn là có kết nối Internet.

Cảm biến và phát hiện

IoT được xây dựng dựa trên sự số hóa các biến thể trong môi trường. Nó giao tiếp với thế giới vật lý thông qua các cảm biến và máy dò để đo lường định lượng các hiện tượng vật lý hoặc nhận dạng đặc trưng sự hiện diện của một vật thể và chuyển đổi các biến thể được phát hiện thành tín hiệu điện để phân tích và quản lý sau đó.

Sự kết nối và tương tác

IoT vượt xa khả năng điều khiển thiết bị điểm-đến-điểm đơn giản cũng như quản lý tập trung nhiều nút. Hệ sinh thái này chứa tất cả các loại thiết bị thông minh được thiết kế với các chức năng khác nhau nhưng nói chung một ngôn ngữ chung về giao tiếp mạng. Các thiết bị này có thể tương tác với nhau để tạo ra một môi trường IoT mạnh mẽ có khả năng giải quyết các tác vụ phức tạp. Các hệ thống IoT thường triển khai kiến ​​trúc mạng lưới phân tán trong đó các nút mạng được kết nối với nhau và có thể giao tiếp với nhau theo cách như vậy để tạo ra một hệ thống không có điểm lỗi.

Quản lý tài nguyên hiệu quả

Kiến trúc IoT thường được chạy trên một dịch vụ đám mây tập trung cung cấp khả năng mở rộng để quản lý các tài nguyên vật lý và kỹ thuật số trên nhiều lần triển khai. Phân tích thông minh tối ưu hóa luồng công việc và quy trình trong khi máy học cung cấp thông tin chi tiết về hoạt động mới để mở ra cơ hội giảm chi phí tối đa và cải thiện hiệu quả. Nền tảng IoT thông minh, trực quan giúp giảm đáng kể các nỗ lực thủ công tốn thời gian ngay cả trong quản lý dự án với quy mô môi trường kết nối khổng lồ.

Tự động hóa nhiệm vụ

Mục tiêu cuối cùng của IoT là tự động hóa các tác vụ phức tạp thông qua trí tuệ máy móc và các công nghệ nhận thức như tương tác máy-với-máy (M2M), trí tuệ nhân tạo (AI), trí tuệ bầy đàn (SI), máy học và thực tế tăng cường (AR). Các thuật toán tiên tiến có thể được lập trình để tạo ra các trình kích hoạt được thiết lập để kích hoạt trong các tình huống khác nhau. Tiềm năng đáng kinh ngạc của IoT sẽ được giải phóng thông qua khối lượng lớn luồng dữ liệu. Theo thời gian, các hệ thống IoT ngày càng thông minh hơn.

Kiến trúc IoT

Kiến trúc IoT có thể được xem như một khuôn khổ xác định các lớp của một ngăn xếp IoT, chỉ định các thành phần vật lý của một mạng và thiết lập một mô hình phân cấp được chú thích bằng logic xác định các hành động cần thực hiện đối với các sự kiện cho từng lớp. Không có sự đồng thuận duy nhất về một kiến ​​trúc chuẩn hóa cho IoT. Kiến trúc cơ bản nhất là một ngăn xếp IoT ba lớp bao gồm các lớp nhận thức, mạng và ứng dụng.

Lớp nhận thức là lớp vật lý nơi tất cả dữ liệu và thông tin được thu thập bởi các thiết bị thu thập dữ liệu. Các thiết bị này thường được thiết kế như các hệ thống nhúng bao gồm bộ vi xử lý/vi điều khiển, cảm biến hoặc bộ truyền động, bộ nhớ, mô-đun truyền thông và giao diện. Tùy thuộc vào loại cảm biến, các thiết bị hoạt động trong lớp này có thể cung cấp thông tin về nhiệt độ, vị trí, hướng, chuyển động, độ rung, gia tốc, độ ẩm, v.v.

Lớp mạng, còn được gọi là lớp truyền, xử lý việc định địa chỉ, định tuyến và xử lý dữ liệu được thu thập từ cơ sở hạ tầng phần cứng đến các thiết bị thông minh khác, thiết bị mạng và máy chủ. Lớp mạng là cơ sở hạ tầng để cung cấp truyền thông mạng không dây hoặc có dây.

Lớp ứng dụng, được coi là lớp trên cùng của kiến ​​trúc IoT thông thường, cung cấp khả năng truy xuất nội dung IoT, quản lý dữ liệu và kiểm soát truy cập. Lớp này cung cấp các ứng dụng thực tế trong đó Internet vạn vật có thể được triển khai dựa trên các ứng dụng của người dùng cuối, ví dụ như nhà thông minh, thành phố thông minh, sức khỏe thông minh, nông nghiệp thông minh, bán lẻ thông minh, giao thông thông minh, v.v.

Kiến trúc ba lớp chỉ là một ngăn xếp IoT mang tính khái niệm, không khả thi cho các triển khai IoT thương mại. Nhiều kiến ​​trúc nhiều lớp hơn đã được đề xuất để xây dựng một hệ sinh thái IoT bền vững hơn, có khả năng mở rộng, an toàn hơn và di động hơn. Kiến trúc năm lớp là một kiến ​​trúc IoT trừu tượng nhưng thực tế hơn, ngoài ra còn bao gồm các lớp xử lý và kinh doanh. Năm lớp này là lớp nhận thức, mạng, xử lý, ứng dụng và kinh doanh. Vai trò của các lớp nhận thức và ứng dụng vẫn giống như trong kiến ​​trúc ba lớp. Lớp mạng, hay thường được gọi là lớp vận chuyển trong kiến ​​trúc năm lớp, chỉ chịu trách nhiệm truyền dữ liệu. Vai trò xử lý dữ liệu được lớp xử lý chuyên dụng đảm nhiệm, còn được gọi là lớp phần mềm trung gian. Lớp này lưu trữ, phân tích và xử lý dữ liệu bằng nhiều công cụ và công nghệ khác nhau như cơ sở dữ liệu, điện toán đám mây và dữ liệu lớn. Lớp kinh doanh quản lý toàn bộ hệ thống IoT xây dựng các mô hình kinh doanh và biểu đồ giúp xác định các hành động và chiến lược kinh doanh trong tương lai.

Các lớp nghiệp vụ và ứng dụng là các lớp người dùng hoặc dịch vụ. Các lớp chức năng từ thu thập dữ liệu đến xử lý dữ liệu là các lớp thời gian chạy chính, có sự thay đổi lớn giữa các ứng dụng và đề xuất kiến ​​trúc khác nhau. Ví dụ, các lớp thời gian chạy có thể bao gồm một lớp điện toán biên (sương mù) thực thi mã trong các cổng IoT hoặc các thiết bị. Thông thường, một lớp bảo mật được nhúng theo chiều dọc vào tất cả các lớp trên ngăn xếp để cho phép các giải pháp an toàn, đầu cuối. Nhiều kiến ​​trúc IoT có một lớp hỗ trợ nhà phát triển (API, SDK, công cụ dành cho nhà phát triển) cho phép các giải pháp và ứng dụng IoT được tùy chỉnh ở nhiều lớp khác nhau.


Khái niệm ngăn xếp IoT ba và năm lớp


Mô hình tham chiếu IoT của Liên minh Viễn thông Quốc tế


Kiến trúc tham chiếu IoT của Intel

Luồng dữ liệu

Luồng dữ liệu điển hình qua kiến ​​trúc IoT công nghiệp bắt đầu từ cảm biến và nhận dạng dữ liệu. Thiết bị cảm biến điểm cuối (thiết bị IoT) chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số bằng bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Dữ liệu được thu thập bởi một cổng và chuyển tiếp đến trung tâm dữ liệu hoặc máy chủ mạng thông qua các kết nối IP tiêu chuẩn. Các cổng được thiết kế để cung cấp giao tiếp hai chiều giữa trung tâm dữ liệu và các thiết bị IoT. Trung tâm dữ liệu, nơi thu thập dữ liệu cảm biến và triển khai các ứng dụng phân tích dữ liệu, cung cấp phản hồi thời gian thực (lệnh điều khiển) cho các cổng. Các tín hiệu điều khiển kỹ thuật số được chuyển tiếp đến các thiết bị IoT bởi cổng được chuyển đổi thành tín hiệu tương tự bằng bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC). Đầu vào tương tự mới sẽ được phản hồi bởi bộ truyền động, động cơ, solenoid và rơle.


Luồng dữ liệu của Intel IoT dành cho các thiết bị không có kết nối Internet gốc

Nền tảng IoT

Nền  tảng IoT  là một khuôn khổ phần mềm đầu cuối xử lý kết nối và trao đổi thông tin giữa các thiết bị IoT và ứng dụng IoT. Nó bao gồm một bộ các thành phần phần mềm được thiết kế để điều phối việc di chuyển dữ liệu giữa các thiết bị IoT và nhiều môi trường được kết nối khác nhau đồng thời tạo điều kiện cho đầy đủ các khả năng phân tích dữ liệu. Nền tảng này hợp lý hóa việc thu thập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, quản trị dữ liệu, phân tích dữ liệu và trực quan hóa dữ liệu để mở khóa những hiểu biết mới về hoạt động và thúc đẩy kết quả kinh doanh tốt hơn. Các công nghệ tiên tiến, xử lý và phân tích dữ liệu lớn và máy học tạo ra các dịch vụ có giá trị gia tăng, hỗ trợ dữ liệu từ khối lượng lớn dữ liệu thời gian thực không đồng nhất, phát trực tuyến và phân tán về mặt địa lý. Nó bảo mật hệ thống IoT bằng cách cung cấp các chức năng như xác thực, ủy quyền, mã hóa dữ liệu, giám sát bảo mật, quản lý danh tính và quyền truy cập. Một nền tảng IoT mạnh mẽ cung cấp khả năng mở rộng, khả năng mở rộng và khả năng tương tác giữa các thiết bị không đồng nhất và các mô hình kinh doanh của chúng để tạo điều kiện cho giao tiếp máy với máy đáng tin cậy và hỗ trợ nhiều phương pháp lập trình phù hợp với sở thích của nhà phát triển.


Tám khối xây dựng chính của nền tảng IoT (Nguồn: IoT Analytics)

Thiết bị IoT

Thiết bị IoT là hệ thống nhúng có nhận thức về ngữ cảnh đối với môi trường mục tiêu. Hệ sinh thái IoT được xây dựng trên các thiết bị cung cấp các hoạt động cảm biến, truyền động, nhận dạng, điều khiển và giám sát. Thiết bị IoT sử dụng cảm biến để đo hoặc phát hiện một số đặc điểm nhất định của thế giới vật lý và chuyển đổi giá trị của tham số vật lý thành tín hiệu điện. Có một loạt các thiết bị cảm biến, bao gồm cảm biến chuyển động, cảm biến lưu lượng, cảm biến nhiệt độ, cảm biến điện áp, cảm biến độ ẩm, máy dò rò rỉ, bộ điều nhiệt thông minh, đèn đường thông minh, máy theo dõi nước, máy theo dõi sức khỏe, bộ chuyển đổi âm thanh, v.v. Bộ truyền động trong thiết bị IoT hoạt động theo hướng ngược lại với cảm biến. Nó biến lệnh kỹ thuật số thành hành động vật lý. Thiết bị IoT có bộ vi điều khiển hoặc bộ vi xử lý cung cấp khả năng điều khiển cục bộ cho cảm biến và bộ truyền động. Thiết bị thông minh cũng bao gồm Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) để lưu trữ chương trình phần mềm của bộ vi điều khiển và Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) để lưu trữ và nhận dữ liệu. Thiết bị IoT phải có kết nối mạng để có thể giao tiếp với bộ điều khiển bên ngoài, chẳng hạn như cổng IoT, cũng như các thiết bị IoT khác trong mạng. Hệ thống nhúng có khả năng quản lý từ xa và hỗ trợ giao thức quản lý thiết bị. Phần mềm cơ sở chứa trong thiết bị cung cấp chương trình điều khiển cấp thấp cho thiết bị.

Tính toán và lưu trữ

Vì các thiết bị IoT thường không thể lưu trữ và xử lý lượng dữ liệu khổng lồ được tạo ra theo thời gian thực, nên hầu hết dữ liệu được chuyển tiếp đến trung tâm dữ liệu, thường là giải pháp dựa trên đám mây. Đám mây được ưu tiên vì nó cung cấp nền tảng hiệu quả, phổ biến và được cung cấp động để lưu trữ, hợp lý hóa và phân tích dữ liệu lớn. Kiến trúc của điện toán đám mây cung cấp khả năng mở rộng và độ đàn hồi để xử lý khối lượng dữ liệu, tốc độ và các yêu cầu xử lý liên quan khác nhau. Tuy nhiên, có rất nhiều trường hợp độ trễ vượt xa mọi mức chấp nhận được. Do đó, giao tiếp độ trễ thấp rất quan trọng đối với các ứng dụng IoT nhạy cảm với thời gian, quan trọng đối với nhiệm vụ như lái xe có hỗ trợ, điều khiển bằng rô-bốt cho tự động hóa công nghiệp và phẫu thuật từ xa.

Việc bổ sung điện toán biên (sương mù) đã giải quyết được các nút thắt của điện toán đám mây bằng cách đưa quá trình xử lý dữ liệu và phân tích đến gần hơn với nguồn dữ liệu. Trong mô hình điện toán sương mù, phân tích dữ liệu và tạo kiến ​​thức diễn ra trong thiết bị điện toán biên, chẳng hạn như thiết bị cổng. Điện toán sương mù làm giảm đáng kể khối lượng dữ liệu phải truyền giữa các thiết bị đầu cuối và đám mây. Bằng cách chuyển trí thông minh từ đám mây tập trung cốt lõi sang biên của hệ thống IoT, người dùng cuối không còn phải vật lộn với các vấn đề về độ trễ nữa.

Cổng IoT

Cổng IoT là thiết bị giao diện mạng liên kết các thiết bị IoT ở rìa mạng với cơ sở hạ tầng mạng lõi. Cổng cung cấp giao tiếp hai chiều, chuyển tiếp tin nhắn giữa các thiết bị rìa và nền tảng IoT từ xa. Cổng thu thập dữ liệu, thực thi lệnh và hỗ trợ hoạt động đa hướng. Nó thiết lập kết nối không dây an toàn với nhiều thiết bị rìa thông qua mô-đun vô tuyến tích hợp và kết nối với máy chủ mạng thông qua các kết nối IP tiêu chuẩn. Cổng trường thực hiện xử lý cục bộ, chức năng điều khiển và chuẩn hóa giao thức. Nó có thể lọc hoặc tổng hợp dữ liệu đo từ xa của thiết bị và do đó cho phép xử lý dữ liệu và các ứng dụng độc lập chạy ở rìa mạng để giảm thiểu độ trễ. Cổng đám mây cho phép dữ liệu truyền đến và đi từ các thiết bị IoT thông qua một hoặc nhiều giao thức nhắn tin cấp ứng dụng. Nó cung cấp mô hình giao tiếp được môi giới để hỗ trợ các kiến ​​trúc theo sự kiện. Cổng đám mây cung cấp quản lý kết nối cấp giao thức vận chuyển đồng thời bảo vệ đường dẫn truyền thông, xác thực thiết bị và ủy quyền đối với hệ thống.

Truyền thông và Mạng lưới

IoT là tất cả về truyền thông dữ liệu hai chiều trong một mạng lưới các thiết bị vật lý được kết nối và tương tác với nhau. Bất kỳ giải pháp IoT nào cũng dựa vào truyền thông đáng tin cậy và kết nối mạnh mẽ để phát triển mạnh. Mô hình truyền thông IoT vượt ra ngoài giao tiếp Giao thức Internet (IP) vì IoT có các mô hình truyền thông đa dạng bao gồm thiết bị với thiết bị, thiết bị với đám mây, thiết bị với cổng và đám mây với đám mây. Để tận dụng tối đa tiềm năng của IoT, các thách thức như chất lượng truyền thông (băng thông, độ trễ) và bảo mật, tính ổn định và độ tin cậy của mạng và các hạn chế về nguồn điện phải được giải quyết. Nhiều giao thức đã được phát triển cho truyền thông mạng ở các lớp IoT khác nhau.

Lớp ứng dụng

Constrained Application Protocol (CoAP) là một giao thức truyền web chuyên biệt triển khai mô hình truyền thông REST (Representational State Transfer) hỗ trợ các dịch vụ web ngày nay. Giao thức thân thiện với web này cho phép thao tác các tài nguyên được xác định bởi Uniform Resource Identifiers (URI), giúp truyền thông giữa máy với máy (M2M) tương thích với Internet. CoAP đi kèm với một tiêu đề nhị phân nhẹ và hỗ trợ các hoạt động đa hướng qua UDP sử dụng phương pháp tiếp cận đơn giản hơn với TCP với ít chi phí hơn.

Message Queue Telemetry Transport (MQTT) là giao thức publish/subscribe chạy trên TCP và do đó yêu cầu kênh kết nối mở. Giao thức nhắn tin nhẹ được thiết kế cho các nút bị hạn chế như mote cảm biến hoặc các thiết bị nhúng nhỏ có kết nối mạng không ổn định, công suất tính toán thấp và các kết nối có băng thông ở mức cao. CoAP cung cấp chế độ giao tiếp được môi giới, do đó nó có thể giữ hoặc xếp hàng các tin nhắn cho người quan sát và có khả năng phối hợp các đăng ký cũng như xác thực máy khách để bảo mật.

Lớp vận chuyển

Transmission Control Protocol (TCP), được biết đến rộng rãi là Internet Protocol (IP), là một giao thức truyền thông hướng kết nối. TCP sử dụng bắt tay ba chiều để tạo ra các kết nối đáng tin cậy trên mạng. Giao thức cốt lõi này của bộ giao thức Internet chạy trên rất nhiều hệ thống mạng chuyển mạch gói, phổ biến nhất trong số đó là Ethernet. Nó cung cấp dịch vụ chế độ kết nối với các lớp trên và hỗ trợ xác nhận, truyền lại và kiểm soát luồng. Tuy nhiên, TCP không phải là giao thức tốt để truyền thông trong môi trường công suất thấp vì chi phí lớn của nó có thể quá mức cần thiết.

Universal Datagram Protocol (UDP) là một giao thức dựa trên gói được sử dụng để vận chuyển các đơn vị dữ liệu được gọi là datagram qua mạng IPv4 hoặc IPv6. So với kích thước tiêu đề mặc định của TCP là 20 byte, UDP có tiêu đề 8 byte đơn giản hơn và ngắn hơn. Điều này chuyển thành ít năng lượng hơn cho việc truyền và nhận gói, nhiều không gian hơn cho dữ liệu ứng dụng và dấu chân mã nhỏ, khiến nó phù hợp với các ứng dụng dữ liệu thời gian thực có nhu cầu độ tin cậy thấp, chẳng hạn như phát sóng thoại và video. Tuy nhiên, không có cơ chế phục hồi cho các gói bị mất và không có cơ chế nào khả dụng để chia dữ liệu ứng dụng thành các kích thước gói phù hợp.

Datagram Transport Layer Security (DTLS) là giao thức bảo mật cho giao tiếp và xác thực dựa trên datagram trong môi trường IoT. Dựa trên giao thức TLS hướng luồng, DTLS cung cấp bảo mật đầu cuối cho CoAP chạy trên UDP vốn không đáng tin cậy và cố ý. Tuy nhiên, DTLS không hỗ trợ giao tiếp đa hướng.

Lớp Internet

6LoWPAN, viết tắt của IPv6 trên mạng cá nhân không dây công suất thấp, là mạng dựa trên IP, hướng đến IoT được thiết kế để tương tác với bất kỳ giải pháp nào dựa trên mạng IEEE 802.15.4. 6LoWPAN cung cấp khả năng nén tiêu đề IPv6 (và UDP), phân mảnh và lắp ráp lại gói tin, cũng như lớp thích ứng giữa các gói dữ liệu IP chuẩn (1280 byte) và các gói được tối ưu hóa cho IoT của 802.15.4 (127 byte). Các gói tin được gửi từ Internet có thể được truyền liền mạch qua liên kết 802.15.4 và ngược lại. 6LoWPAN hỗ trợ đơn hướng và phát, tự động cấu hình để khám phá các thiết bị lân cận, chuyển đổi giữa IPv4 và IPv6 và truyền tải được mã hóa bằng AES 128 (và AES 64 cho các thiết bị bị hạn chế). Mạng 6LoWPAN kết nối với Internet thông qua một cổng dịch các địa chỉ IP v6 đã nén để đảm bảo giao tiếp hai chiều giữa các nút Internet và IoT.

Lớp mạng

Lớp này cung cấp khả năng kết nối giữa các điểm cuối và trao đổi luồng dữ liệu qua mạng ở cấp độ điện, quang hoặc vô tuyến. Nhiều giao thức và công nghệ truyền thông khác nhau phát triển mạnh trong lớp này.

Giải pháp vô tuyến IoT tầm xa

NB-IoT, sử dụng một tập hợp con của tiêu chuẩn toàn cầu 3GPP LTE, cung cấp phạm vi xa, công suất thấp, tốc độ dữ liệu thấp, tính khả dụng cao, bảo mật cao và giao tiếp M2M được quản lý. NB-IoT tạo ra một mạng không dây dạng sao, cho phép triển khai các thiết bị tại hiện trường mà không cần sử dụng thiết bị cổng. Tính năng này, cùng với khả năng vận hành các môi trường chống RF như tòa nhà và các công trình ngầm như tàu điện ngầm, mang lại cho NB-IoT một lợi thế để triển khai trên toàn thành phố quy mô lớn, trong đó tốc độ cài đặt cao là điều cần thiết. Giải pháp IoT băng hẹp này có mức tiêu thụ điện năng ít nhất trong bất kỳ tiêu chuẩn IoT di động nào và có thể đạt được tuổi thọ pin hơn 10 năm. NB-IoT được hỗ trợ bởi tất cả các nhà sản xuất thiết bị di động, chipset và mô-đun chính, cho phép công nghệ này cùng tồn tại và tương tác với các mạng di động 2G, 3G và 4G. Cả NB-IoT và LTE-M, một giải pháp phổ tần được cấp phép khác, đều được tích hợp trong các thông số kỹ thuật 5G.

LTE-M, còn được gọi là LTE Cat-M1 hoặc Giao tiếp loại máy nâng cao (eMTC), là sự phát triển tương tự của 3GPP đối với NB-IoT. LTE-M loại bỏ nhu cầu về các thiết bị LTE đầy đủ tính năng, giảm độ phức tạp của thiết bị (modem) trong khi vẫn cung cấp vùng phủ sóng chất lượng di động. Giống như NB-IoT, công nghệ dựa trên Mô-đun nhận dạng thuê bao (SIM) này tận hưởng các lợi ích bảo mật mà các mạng nhà mạng lớn cung cấp. Các thiết bị LTE-M tận dụng các kỹ thuật Chu kỳ lặp lại không liên tục (eDRX) và Chế độ tiết kiệm điện năng (PSM) mở rộng. Các tính năng quản lý điện năng này cho phép các thiết bị IoT có chu kỳ ngủ dài hơn trong khi modem vẫn có thể kết nối được. Giải pháp vô tuyến băng hẹp cũng có khả năng tương tác với các triển khai hiện có.

LoRa (viết tắt của Long Range) là công nghệ mạng diện rộng công suất thấp (LPWA) sử dụng điều chế CSS (Chirp Spread Spectrum) ở lớp vật lý. Điều chế trải phổ cho phép nó xử lý tốc độ dữ liệu để có độ nhạy trong băng thông kênh cố định và cung cấp sự phân tách trực giao giữa các tín hiệu. Điều chế CSS không chỉ cho phép truyền dữ liệu ở phạm vi xa và công suất thấp mà còn mang lại lợi thế về tốc độ dữ liệu thích ứng, băng thông có thể mở rộng, hiệu suất công suất cao, khả năng chống đa đường và độ bền chống nhiễu. LoRa hoạt động ở các băng tần dưới GHz bao gồm 433 MHz và 863–870 MHz ở Châu Âu, 902–928 MHz ở Hoa Kỳ và 915–928 MHz ở Úc. Hoạt động ở băng tần dưới GHz giúp LoRa tránh khỏi tình trạng suy giảm và fading đa đường do chướng ngại vật và bề mặt dày đặc như tường bê tông. LoRaWAN là giao thức lớp Kiểm soát truy cập phương tiện (MAC) sử dụng công nghệ LoRa ở lớp vật lý để quản lý giao tiếp giữa các thiết bị đầu cuối và cổng LPWAN.

Sigfox là giải pháp LPWAN băng tần cực hẹp (UNB) được thiết kế để xử lý tốc độ dữ liệu thấp từ 10 đến 1.000 bps bằng cách sử dụng sơ đồ điều chế DBPSK. Giải pháp này cung cấp một tùy chọn tuyệt vời cho các ứng dụng có yêu cầu trao đổi lượng dữ liệu nhỏ mà không cần giao tiếp thường xuyên. Các nút Sigfox sử dụng Truy nhập đa kênh phân chia theo thời gian và tần số ngẫu nhiên (RFTDMA) để truy cập ngẫu nhiên theo thời gian và tần số vào môi trường không dây mà không có bất kỳ giao thức dựa trên cạnh tranh nào. Mỗi cổng có thể xử lý tới một triệu đối tượng được kết nối với kết nối tầm xa (lên tới 30km ở vùng nông thôn và 3–10 km ở thành thị) giữa trạm gốc và nút bằng cách sử dụng cấu trúc mạng hình sao. Tuy nhiên, băng tần đường xuống của nó bị hạn chế nghiêm trọng (869,40 – 869,65 MHz) và có thể phát sinh sự cố nhiễu tín hiệu.

Ingenu là một công nghệ vô tuyến LPWA độc quyền khác sử dụng sơ đồ Truy cập đa pha ngẫu nhiên (RPMA) đã được cấp bằng sáng chế cho truyền dẫn uplink. Ingenu cung cấp các giải pháp LPWAN an toàn ở băng tần 2,4 GHz và truyền dữ liệu ở tốc độ hàng trăm nghìn bit mỗi giây. Nó có khả năng truyền hai chiều hiệu quả trong các môi trường RF đầy thách thức nhất và yêu cầu ít điểm truy cập hơn so với mạng di động, LoRa và Sigfox. Bản thân giao thức Ingenu hỗ trợ các ứng dụng có độ trễ thấp và cung cấp bảo mật cấp doanh nghiệp với mã hóa 256 bit và xác thực hai chiều. Tuy nhiên, mạng Ingenu có mức tiêu thụ điện năng cao hơn Sigfox và LoRa.

Giải pháp vô tuyến IoT tầm ngắn

ZigBee là một tiêu chuẩn không dây toàn cầu, mở được thiết kế để cung cấp giải pháp kết nối hoàn chỉnh với khả năng tương tác giữa các thiết bị tuyệt vời và kết nối đám mây. ZigBee tận dụng lớp vật lý IEEE 802.15.4 và hoạt động trong các băng tần vô tuyến không được cấp phép bao gồm 2,4 GHz cho các ứng dụng nhà thông minh, 915 MHz ở Hoa Kỳ và Úc, 868 MHz ở Châu Âu và 784 MHz ở Trung Quốc. Giao thức mạng tự phục hồi, an toàn, mạnh mẽ và có khả năng kết nối lưới này sử dụng Truy cập đa kênh cảm biến sóng mang với Tránh va chạm (CSMA-CA) và truyền thông phổ rộng để cho phép định tuyến đa bước nhảy và đảm bảo hiệu suất trong môi trường RF đa đường, nhiễu và cường độ tín hiệu thấp. Phạm vi RF của ZigBee thường nằm trong khoảng từ 10 đến 30 m mặc dù phạm vi lý thuyết của nó có thể lên tới 100 m. ZigBee sử dụng các kỹ thuật nén tiêu đề của 6LoWPAN để giảm chi phí truyền thông và cải thiện hiệu suất mạng tổng thể.

Z-Wave là công nghệ RF năng lượng thấp độc quyền dành cho truyền thông không dây trong các băng tần dưới GHz, bao gồm phạm vi 900 MHz, 868 MHz ở Châu Âu và 908 MHz ở Hoa Kỳ. Z-Wave sử dụng giao thức đơn giản và tiêu thụ lượng điện năng cực thấp. Giao thức được tối ưu hóa cho truyền thông tin cậy, độ trễ thấp. Mạng lưới Z-Wave hỗ trợ tối đa 232 thiết bị, bao gồm bộ điều khiển và thiết bị phụ. Z-Wave định tuyến các thông điệp của mình qua mạng bằng Thuật toán định tuyến nguồn (SRA) để thiết bị khởi tạo thông điệp có thể tính toán tuyến đường tốt nhất để truyền thông điệp và tạo ra một tuyến đường hoàn chỉnh qua mạng lưới đến người nhận. Các thiết bị Z-Wave giao tiếp ở tốc độ 40Kbp/giây, với phạm vi khoảng 30 m.

Thread là một giao thức mạng lưới dựa trên IPv6 chạy trên chuẩn vô tuyến nổi tiếng IEEE 802.15.4 hoạt động ở tốc độ 250Kbps trong băng tần 2,4 GHz. Giao thức công suất thấp này triển khai kiến ​​trúc địa chỉ IPv6 đi kèm với khả năng nén tiêu đề 6LoWPAN và khả năng lưới để có hiệu quả định tuyến và dự phòng tối đa. Thread hỗ trợ kết nối lưới đầy đủ giữa tất cả các bộ định tuyến trong mạng mà không cần phần mềm tùy chỉnh. Khả năng mạng không dây đa bước nhảy của Thread cho phép tín hiệu đến đích bằng cách đi qua nhiều điểm chuyển tiếp. Mạng Thread hỗ trợ tối đa 250 nút (với giới hạn 32 bộ định tuyến đang hoạt động). Tất cả các mạng Thread đều được mã hóa AES để cung cấp bảo mật ở các lớp mạng, lớp vận chuyển và lớp ứng dụng.

Bluetooth Low Energy (BLE) là giải pháp tầm ngắn được phát triển để sử dụng khoảng một nửa năng lượng của Bluetooth cổ điển trong khi vẫn cung cấp hiệu suất, phạm vi, quyền riêng tư và cải tiến bảo mật tốt hơn. BLE hoạt động trong băng tần ISM 2,4 GHz và sử dụng 40 kênh rộng 2 MHz. Với cả tải trọng và chi phí chung được giữ ở mức giới hạn rất nghiêm ngặt, Bluetooth đã được tối ưu hóa để truyền tải độ trễ thấp với số lượng lớn các gói rất nhỏ. Bluetooth sử dụng sơ đồ phổ tần nhảy thích ứng (AFHSS) để chống nhiễu tĩnh tần. BLE cũng cung cấp các cấu hình thuộc tính chung (GATT) cho phép các ứng dụng giao tiếp và/hoặc yêu cầu dữ liệu được lưu trữ trong các cấu trúc xác định các dịch vụ, đặc điểm và thuộc tính của một nút nhất định. BLW cũng có chức năng báo hiệu mà không có giải pháp nào khác cung cấp. Báo hiệu là các máy phát tầm ngắn nhỏ có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ dựa trên vị trí. Các triển khai Bluetooth mới nhất cung cấp khả năng kết nối mạng dạng lưới, rất quan trọng đối với các triển khai quy mô lớn trong đó các thiết bị IoT có thể trải dài trên các khu vực rộng lớn. Bluetooth 4.0 có tốc độ tối đa là 25 MB/giây và khoảng cách là 60 m. Bluetooth 5.0 có phạm vi lên tới 243 m và tốc độ dữ liệu tối đa là 50 MB/giây.

Wi-Fi hoặc Wireless Fidelity là một họ chuẩn truyền thông Mạng cục bộ không dây (WLAN) cực kỳ thành công, hoạt động ở hai chế độ, chế độ ad-hoc (ngang hàng) hoặc chế độ cơ sở hạ tầng (ngang hàng đến AP). Công nghệ Wi-Fi định nghĩa lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu của mạng cục bộ. Họ chuẩn IEEE 802.11 này bao gồm 802.11a hoạt động trong băng tần 5 GHz, 802.11b và 802.11 g hoạt động trong băng tần 2,4 GHz, 802.11n hoạt động trong băng tần 2,4/5 GHz, 802.11ac hoạt động trong băng tần 5 GHz, 802.11ad hoạt động trong băng tần 60 GHz và 802.11ah hoạt động trong băng tần 900 MHz. Tiêu chuẩn truyền thông băng thông cao, hỗ trợ băng thông cao, luồng đa phương tiện và truyền tệp rất lớn với phạm vi truyền thông lên tới 20 m (trong nhà) và 100 m (ngoài trời), là tiêu chuẩn thực tế để truyền lượng dữ liệu lớn qua mạng không dây. Tuy nhiên, Wi-Fi cực kỳ tốn điện năng và có tác động lớn đến tình trạng hao pin. Tuổi thọ pin dài là rất quan trọng trong thế giới IoT khan hiếm tài nguyên. Wi-Fi HaLow dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11ah, tiêu thụ ít điện năng hơn thiết bị Wi-Fi truyền thống trong khi đạt phạm vi gấp đôi so với các tiêu chuẩn Wi-Fi truyền thống. Wi-Fi HaLow nhằm mục đích cạnh tranh với Bluetooth trong các ứng dụng IoT dành cho nhà thông minh, ô tô kết nối, ứng dụng công nghiệp và thành phố thông minh.

Li-Fi hay Light Fidelity là công nghệ truyền thông không dây tầm ngắn sử dụng sóng ánh sáng để truyền dữ liệu. Mạng Li-Fi sử dụng modem điều chế ánh sáng để chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng. Quá trình điều chế tốc độ cao này không thể nhận thấy bằng mắt thường. Thiết bị IoT hỗ trợ Li-Fi có bộ phát hiện quang chuyển đổi tín hiệu ánh sáng trở lại thành tín hiệu điện. Li-Fi được coi là ứng dụng IoT hấp dẫn vì nó dễ dàng chuyển đổi đèn LED và đèn chiếu sáng có sẵn ở khắp mọi nơi thành điểm truy cập có khả năng nhận và truyền dữ liệu. Nó chiếm băng tần từ 380 nm đến 750 nm trong phổ điện từ, lớn hơn 10.000 lần so với phổ RF. Về cơ bản, điều này giải quyết được các hạn chế về băng thông hơn là thách thức các ứng dụng RF. Không giống như các ứng dụng RF dễ bị nhiễu và suy giảm, Li-Fi không gây nhiễu các tín hiệu điện từ RF khác. Hơn nữa, Li-Fi về bản chất là an toàn vì nó không tạo ra nhiễu điện từ (EMI). Tuy nhiên, công nghệ này hiện đang gặp khó khăn trong việc cung cấp một sơ đồ liên kết ngược hiệu quả.

Giải pháp vô tuyến IoT tầm cực ngắn

Nhận dạng tần số vô tuyến (RFID) là công nghệ nhận dạng tự động sử dụng sóng vô tuyến để đọc hoặc ghi thông tin được lưu trữ trên thẻ RFID thụ động, bán thụ động hoặc chủ động. Kiến trúc cơ bản của hệ thống RFID bao gồm thẻ RFID, đầu đọc RFID và trạm xử lý dữ liệu. Hệ thống RFID có thể được phân loại thành hệ thống Tần số thấp (LF) hoạt động ở tần số 30–500 KHz, hệ thống Tần số cao (HF) hoạt động ở tần số 10–15 MHz và hệ thống Tần số cực cao (UHF) hoạt động ở tần số 850–950 MHz, 2,4–3,5 GHz và 5,8 GHz. Công nghệ RFID từ lâu đã được sử dụng trong các ứng dụng thu thập dữ liệu như quản lý hàng tồn kho và tài sản, kiểm soát truy cập và theo dõi sản phẩm. RFID kết nối các đối tượng vật lý với Internet, khiến nó trở thành một công cụ không thể thiếu cho nhiều ứng dụng IoT.

Giao tiếp trường gần (NFC), một phần mở rộng của công nghệ RFID, cho phép các thiết bị được đặt ở khoảng cách gần (trong khoảng cách từ 4cm đến 10cm) với nhau để chia sẻ thông tin. NFC hoạt động trên tần số sóng mang 13,56 MHz và có tốc độ dữ liệu tối đa là 424 kbps. Có ba chế độ hoạt động của NFC: Chế độ mô phỏng thẻ cho phép các thiết bị hỗ trợ NFC hoạt động như thẻ thông minh, Chế độ đọc/ghi để phát hiện và đọc thông tin được lưu trữ trên các thẻ ngoài tương thích với NFC và Chế độ ngang hàng cho phép trao đổi dữ liệu và chia sẻ tệp giữa hai thiết bị hỗ trợ NFC.

Có dây

Ethernet qua cáp quang (EoF) và Ethernet qua đồng (EoC) đã tạo ra các mạng cục bộ (LAN) có độ tin cậy truyền thông cao và khả năng truyền dữ liệu cao trên khoảng cách xa hơn. Kể từ khi Tiêu chuẩn IEEE 802.3 được công bố để điều hòa các thông số kỹ thuật cho các lớp phần mềm vật lý và thấp hơn của mạng Ethernet có dây, các công nghệ mạng máy tính đã tiếp tục phát triển để phù hợp với các ứng dụng tòa nhà thông minh. Cấp nguồn qua Ethernet (PoE), một công nghệ lớp truy cập sử dụng cáp Ethernet tiêu chuẩn để cung cấp nguồn điện áp thấp cho các thiết bị, mang lại sự tương phản hấp dẫn với các phương pháp không dây cho các ứng dụng IoT. Bằng cách loại bỏ nhu cầu lắp đặt mạng và hệ thống dây điện riêng biệt, PoE tạo điều kiện thuận lợi cho việc đưa các thiết bị M2M vào bên trong các tòa nhà và tối đa hóa khả năng tiết kiệm năng lượng từ  các hệ thống chiếu sáng LED được kết nối .

Mạng truyền thông đường dây điện (PLC) tận dụng cơ sở hạ tầng lưới điện làm phương tiện truyền thông. Mạng PLC có thể được chia thành mạng băng hẹp (125 Hz – 500 KHz) và mạng băng thông rộng (1,8–100 MHz) cho phép tốc độ dữ liệu lên đến 100 kbps và hơn 2 Mbps. Hầu hết các hệ thống PLC hoạt động bằng cách thêm tín hiệu sóng mang được điều chế vào hệ thống dây dẫn bằng kỹ thuật OFDM ở lớp vật lý. PLC là một thách thức nghiêm trọng đối với việc truyền tín hiệu truyền thông vì cáp nguồn không được thiết kế riêng cho truyền dữ liệu. Trở kháng cao, nhiễu và suy giảm có thể làm giảm hiệu suất hệ thống khi nói đến thông lượng có thể đạt được, tỷ lệ lỗi bit (BER), độ trễ, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR).

Ứng dụng IoT

Với việc đưa điện toán vào thế giới vật lý và các ứng dụng điện thoại thông minh phổ biến cùng  kết nối không dây  hỗ trợ dữ liệu chảy qua các hệ thống được kết nối, giá trị tiềm năng trên các ứng dụng IoT hướng đến người tiêu dùng và doanh nghiệp với doanh nghiệp (B2B) chỉ bị giới hạn bởi trí tưởng tượng. Sự tiến bộ nhanh chóng trong tương tác giữa máy với máy (M2M), trí tuệ nhân tạo (AI), máy học (ML) và thực tế tăng cường (AR) tạo điều kiện cho các chuyển đổi IoT.

Thiết bị đeo thông minh

Thiết bị IoT đeo được là các tiện ích thông minh đầu cuối được nhúng với các cảm biến, bộ truyền động, mô-đun truyền thông không dây cung cấp khả năng kiểm tra không xâm lấn và không bị gián đoạn các tín hiệu sinh lý, thông tin sinh trắc học, hoạt động thể chất hoặc các thông số về môi trường xung quanh. Các thiết bị thông minh này thường được đeo trên cổ tay, kẹp vào cơ thể, gắn vào các mặt hàng quần áo hoặc treo quanh cổ. Chúng cũng có thể là kính được trang bị camera hoặc bó thể thao gắn trên mũ bảo hiểm. Các thiết bị IoT đeo được sử dụng mạng diện tích cơ thể đeo được (WBAN) bên trong đó có mô-đun Bluetooth, NFC hoặc ANT+ truyền dữ liệu đến điện thoại thông minh để trực quan hóa thông qua ứng dụng Android hoặc iOS dựa trên web. Các ví dụ dễ nhận biết nhất về thiết bị đeo thông minh là máy theo dõi sức khỏe và máy theo dõi thể dục. Máy theo dõi thể dục được sử dụng để ghi lại và theo dõi các hoạt động của cơ thể liên quan đến thể dục như số bước đã đi, khoảng cách đã đi, lượng calo đã đốt cháy, thời gian ngủ, nhịp tim và các hoạt động khác. Các thiết bị sức khỏe đeo được cho phép theo dõi liên tục các dấu hiệu sinh tồn của con người bao gồm nhịp tim, huyết áp, điện tâm đồ (ECG), nhịp hô hấp, độ bão hòa oxy trong máu và nhiệt độ cơ thể.

Thành phố thông minh

Thành phố thông minh là hệ sinh thái đô thị được xây dựng trên khuôn khổ phức tạp và thông minh của các mạng kỹ thuật số phổ biến với mục đích cải thiện chất lượng cuộc sống cho tất cả cư dân và làm cho các thành phố bền vững hơn, hiệu quả hơn và phản ứng nhanh hơn. Khi các khu vực đô thị tiếp tục trở nên ngày càng đông dân, IoT được định sẵn sẽ tạo ra sự khác biệt trong quản lý thành phố. Các thành phố thông minh phát triển các giải pháp được tối ưu hóa trong khuôn khổ có thể tương tác thông qua các nền tảng điện toán đám mây và điện toán biên cũng như mạng cảm biến. Khả năng thu thập, trao đổi dữ liệu hữu ích và cung cấp thông tin chi tiết dựa trên dữ liệu của IoT không chỉ giúp giảm bớt gánh nặng cho các nguồn lực đô thị mà còn mang lại tiềm năng lớn để tạo ra một loạt các dịch vụ, lợi ích và luồng doanh thu. Các sáng kiến ​​về thành phố thông minh được thiết kế để cung cấp khả năng kiểm soát, khả năng tương tác, kết nối và trí thông minh cho các tài sản của thành phố, do đó tạo ra các ứng dụng thành phố thông minh như giám sát môi trường, quản lý năng lượng, kiểm soát giao thông, đo lường từ xa,  chiếu sáng đường phố thích ứng , tăng cường an toàn công cộng và triển khai các dịch vụ khẩn cấp.

Nhà thông minh

Nhà thông minh là toàn bộ tổ hợp tự động hóa gia đình trong đó các thiết bị và đồ dùng được kết nối với Internet hoặc mạng riêng và có thể được quản lý, điều khiển và tự động hóa từ xa. Khái niệm “Nhà thông minh” được thiết kế để cải thiện sự an toàn và bảo mật, giảm mức tiêu thụ điện trong hộ gia đình và mang lại sự tiện lợi, thoải mái và sức khỏe tốt hơn. IoT cho phép quản lý thông minh môi trường gia đình hiện đại thông qua mạng cảm biến không dây. Trí thông minh và kết nối có dây có thể được đưa vào hầu như tất cả các “vật” có thể điều khiển như máy điều hòa không khí, máy nướng bánh mì, máy giặt, tủ lạnh, đèn, khóa cửa, máy mở cửa nhà để xe, bộ điều nhiệt, camera an ninh và báo động carbon oxide. Hệ thống nhà thông minh dựa trên IoT cung cấp một môi trường điện toán đám mây phổ biến, thường là cho phép các nút thông minh này hoạt động cộng tác với nhận thức ngữ cảnh. Nó đưa ra các quyết định thông minh như điều khiển thiết bị tự động, thực hiện tác vụ kích hoạt theo sự kiện và lập lịch bảo trì chủ động, giúp ngôi nhà tự động hơn và cải thiện đáng kể chất lượng sống của cư dân. Nhà thông minh tận dụng điện thoại thông minh làm đầu vào chính để vận hành, lên lịch và lập trình các nút IoT thông qua bộ điều khiển nhà thông minh thường được kích hoạt bằng giọng nói. Amazon Alexa, Google Assistant, Apple HomeKit và Microsoft Cortana hiện là hệ thống nhà thông minh phổ biến nhất cho phép người dùng điều khiển các thiết bị nhà thông minh một cách liền mạch và thuận tiện. Các nền tảng tự động hóa nhà IoT dựa trên web như IFTTT (If This Then That) kết nối các ứng dụng web và thiết bị IoT.

Sản xuất thông minh

Sự phát triển của các công nghệ hỗ trợ IoT đã thúc đẩy quá trình chuyển đổi số trong thế giới sản xuất. Quá trình chuyển đổi này hướng tới tự động hóa thiết bị công nghiệp và vận hành nhà máy thông minh thường được gọi là Cuộc cách mạng công nghiệp thế hệ thứ 4 (Công nghiệp 4.0). Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) là một phần cơ bản của cuộc cách mạng Công nghiệp 4.0. Con người, máy móc và quy trình kinh doanh sẽ tương tác với nhau để hợp lý hóa sản xuất kết nối mạng và cho phép sản xuất nhận thức dựa trên khoa học dữ liệu. Với nhiệt độ, độ ẩm, độ rung và các cảm biến khác được gắn trên các công cụ/thiết bị quan trọng, IIoT tạo ra cơ sở hạ tầng thời gian thực giúp 1) xác định các điểm nghẽn trong hoạt động, 2) phát triển thông tin chi tiết về hoạt động để mở ra cơ hội giảm chi phí tối đa và cải thiện hiệu quả, 3) tối đa hóa tiềm năng của sản xuất đúng lúc, 4) tăng tính linh hoạt trong sản xuất và khả năng tự điều chỉnh của các quy trình, và 5) tự động hóa quản lý hàng tồn kho để theo dõi sản phẩm thông qua dây chuyền sản xuất và/hoặc chuỗi cung ứng. IoT trong ngành công nghiệp tập trung rất nhiều vào giao tiếp máy với máy (M2M) cho phép các nền tảng IoT trong ngành công nghiệp dựa trên đám mây thu thập dữ liệu và trực quan hóa dữ liệu này để tối ưu hóa quy trình làm việc và quy trình.

Nông nghiệp thông minh

Hệ thống canh tác thông minh cũng là một ứng dụng IoT quan trọng. Canh tác thông minh đề cập đến việc tự động hóa các quyết định của trang trại được hình thành dựa trên việc áp dụng các mô hình thống kê với dữ liệu được thu thập bởi các cảm biến và máy bay không người lái. Mục tiêu của việc sử dụng IoT trong nông nghiệp là tối đa hóa thu hoạch, giảm chi phí vận hành, khám phá các phương pháp canh tác hiệu quả, xác định các mô hình tăng trưởng của cây trồng và vật nuôi và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này liên quan đến việc sử dụng nhiều loại cảm biến và thiết bị giám sát từ xa. Ví dụ, cảm biến đất và thời tiết để đo độ ẩm, độ ẩm, độ axit, nhiệt độ, độ pH, mức độ hóa chất và chất lượng không khí. Cảm biến sinh trắc học được sử dụng để đo nhiệt độ, hoạt động, nhai lại, khả năng sinh sản và sản lượng sữa của vật nuôi cũng như hàm lượng chất khô, độ chín và nhu cầu phân bón của cây trồng. GPS có thể được sử dụng trong canh tác tự động để thu hoạch không cần người lái và lấy mẫu đất chính xác. Hệ thống hình ảnh trên không, chẳng hạn như máy bay không người lái, cho phép nông dân lập bản đồ cánh đồng của họ, bón phân hoặc thuốc diệt cỏ chính xác cho cây trồng, theo dõi tán cây trồng từ xa và kiểm tra các bất thường. Hệ thống IoT nông nghiệp cho phép kiểm soát tích hợp các thiết bị canh tác thông minh đồng thời cung cấp chế độ xem thống nhất theo thời gian thực về tất cả các tài sản dữ liệu để giúp nông dân đưa ra quyết định và hành động hiệu quả hơn.

Chăm sóc sức khỏe thông minh

Internet of Medical Things (IoMT) hay IoT chăm sóc sức khỏe tạo ra các ứng dụng y tế tiên tiến thông qua mạng máy tính trực tuyến. Kết nối máy móc và thiết bị y tế với hệ thống chăm sóc sức khỏe cho phép bác sĩ và các bác sĩ khác khám, chẩn đoán và điều trị bệnh nhân từ xa. Hệ thống theo dõi sức khỏe thông minh giúp các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe theo dõi tình trạng bệnh nhân theo thời gian thực và phản hồi nhanh chóng dữ liệu quan trọng của bệnh nhân. Quản lý dữ liệu IoT tối đa hóa giá trị của các tài sản dữ liệu như tiền sử bệnh án, thuốc men và dị ứng, kết quả xét nghiệm trong phòng thí nghiệm và số liệu thống kê cá nhân. Điều này giúp các bác sĩ đưa ra quyết định y tế sáng suốt hơn. Mạng lưới IoT chăm sóc sức khỏe tạo ra nhiều loại dữ liệu khác nhau với khối lượng lớn. Phân tích dữ liệu lớn giúp phát hiện các kiểu bệnh và có được những hiểu biết mới một cách dễ dàng.

Giao thông thông minh

Hệ thống giao thông thông minh là hệ thống truyền thông dữ liệu hỗ trợ IoT cho phép tương tác động giữa các phương tiện, tài xế hoặc người dùng và cơ sở hạ tầng. IoT trong giao thông giúp ô tô được kết nối và cung cấp một bộ công cụ thông minh để tự động hóa nhiều ứng dụng giao thông thông minh. Các ứng dụng này bao gồm giao tiếp giữa các phương tiện và trong xe, quản lý bãi đậu xe thông minh, đèn giao thông thông minh, hệ thống thu phí điện tử, quản lý hậu cần và đội xe, dịch vụ chia sẻ xe hơi/xe đạp, tránh va chạm dự đoán, chẩn đoán xe và báo cáo bảo dưỡng, giám sát video để quản lý giao thông và an toàn công cộng.

Để lại một bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

error: Nội dung chống copy!
All in one