Giải Pháp IoT Hoàn Chỉnh

Nói đến IoT, vẫn rất nhiều người lầm tưởng IoT chỉ là xoay quanh các thiết bị phần cứng đầu cuối nhưng thực ra thiết bị chỉ là một phần trong bức tranh tổng thể của một giải pháp IoT hoàn chỉnh.

Trong bài này chúng ta cùng nhau tìm hiểu xem một giải pháp IoT hoàn chỉnh là như thế nào, bao gồm các thành phần gì, vai trò và chức năng để thấy rõ hơn những mảng kiến thức cần có đối với một kỹ sư làm việc trong lĩnh vực IoT.

Hầu hết các giải pháp IoT hoàn chỉnh đều có sơ đồ cấu trúc tổng thể như sau:

Các thành phần chính bao gồm thiết bị thu thập dữ liệu, truyền nhận dữ liệu, xử lý và lưu trữ dữ liệu, phân tích dữ liệu và hiển thị dữ liệu.

Thu thập dữ liệu và điều khiển

Một hệ thống IoT luôn bắt đầu từ việc thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị. Trong thành phần này, các thiết bị phần cứng (devices) sẽ tiến hành thu thập dữ liệu và truyền về hệ thống xử lý trung tâm hoặc nhận lệnh từ hệ thống xử lý trung tâm để điều khiển bật tắt các thiết bị tương ứng.

Để làm việc ở phần này, chúng ta cần làm quen với các khái niệm:

• Vi điều khiển (microcontroller) và các công cụ lập trình (programming IDE)
• Cảm biến (sensors)
• Điều khiển thiết bị (actuators)

Truyền nhận dữ liệu

Dữ liệu thu thập được hoặc các lệnh từ hệ thống trung tâm sẽ được truyền đi bằng nhiều công nghệ và giao thức khác nhau tùy vào nhu cầu của mỗi giải pháp.

Các công nghệ phổ biến được sử dụng là:

• Khoảng cách gần: WiFi, Bluetooth, Zigbee, NFC, RFID
• Khoảng cách xa: 2G/3G/4G, Lora, Sigfox

Nếu như công nghệ là phương tiện để truyền dữ liệu thì giao thức được coi là ngôn ngữ để các thành phần nói chuyện được với nhau khi trao đổi dữ liệu. Các giao thức được sử dụng phổ biến là:

• HTTP/Websocket
• MQTT
• CoAP
• AMQP

Device Gateway

Rất nhiều thiết bị phần cứng trong một giải pháp IoT bị giới hạn về năng lực xử lý hoặc công nghệ truyền tải dữ liệu do yêu cầu về kích thước (thiết bị đeo trên người), giá thành rẻ (để có thể triển khai đại trà số lượng lớn) hay hạn chế về năng lượng (sử dụng pin) nên có thể không đáp ứng được những yêu cầu cần thiết về công nghệ (đòi hỏi kết nối Internet) hay bảo mật (đòi hỏi năng lực xử lý và bộ nhớ lớn) nên Device gateway đóng vai trò trung gian trong việc trao đổi dữ liệu giữa thiết bị đầu cuối và hệ thống xử lý trung tâm.

Một Device gateway sẽ có thể hỗ trợ đầy đủ các kết nối và giao thức để nói chuyện được với cả thiết bị đầu cuối và hệ thống xử lý trung tâm. Một mô hình ví dụ sử dụng device gateway với các thiết bị sử dụng Bluetooth:

IoT Platform

Một giải pháp IoT tốt luôn đi kèm là một IoT Platform mạnh và bảo mật. Các nhiệm vụ không thể thiếu của một IoT Platform bao gồm: Quản lý thiết bị, xử lý dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, phân tích dữ liệu.

Quản lý thiết bị

Số lượng thiết bị trong hệ thống IoT có thể từ vài thiết bị lên đến hàng nghìn do đó quản lý thiết bị là một yêu cầu cực kỳ quan trọng. Chức năng này giúp cho người dùng biết được danh sách các thiết bị đã được triển khai, tình trạng hoạt động, cập nhật firmware đồng loạt...

Xử lý dữ liệu

Các dữ liệu thô truyền về từ thiết bị sẽ được tính toán, chuyển đổi sang các định dạng dễ dàng cho các phần khác sử dụng như phân tích và hiển thị dữ liệu.

Ngoài ra thành phần này cũng hỗ trợ người dùng thiết lập các luật (rules) tự động hóa các xử lý như gửi báo động khi thiết bị gặp sự cố hoặc chỉ số giám sát vượt ngưỡng đã được thiết lập.

Lưu trữ dữ liệu

Sau khi dữ liệu được xử lý thì sẽ được lưu trữ phục vụ cho việc hiển thị và phân tích dữ liệu. Các cơ sở dữ liệu NoSQL ngày càng được sử dụng phổ biến do yêu cầu đọc ghi nhanh với số lượng dữ liệu gửi về từ nhiều thiết bị là cực lớn và liên tục

Phân tích dữ liệu

Phân tích dữ liệu sẽ cung cấp cho người dùng những thông tin và dự báo quan trọng để từ đó đưa ra được các quyết định có lợi cho người dùng.

Hiển thị dữ liệu

Thông qua phần mềm Web hoặc mobile, người dùng sẽ dễ dàng thấy và kiểm soát được tình hình họa động của hệ thống