Internet of Things (IoT) là một trong những thuật ngữ phổ biến nhất trong thế giới công nghệ ngày nay. Việc ứng dụng hiệu quả các hệ thống IoT đang góp phần cải tiến hiệu quả hoạt động trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau, giúp cuộc sống con người ngày càng tiện lợi hơn, tuy nhiên số lượng thiết bị IoT tăng đột biến cũng đặt ra rất nhiều bài toán cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này.
Hiện nay, trên thế giới nói chung và đặc biệt tại Việt Nam nói riêng các hệ thống IoT đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp cho đến nông nghiệp như các ứng dụng nhà thông minh, thành phố thông minh, trường học thông minh, nông trại thông minh,… Các tổ chức, doanh nghiệp ứng dụng IoT ngoài mục đích tối ưu hóa các quy trình vận hành, còn có thể khai thác hiệu quả từ lượng dữ liệu để lưu trữ, phân tích và đưa ra các quyết định, điều chỉnh phù hợp từ dữ liệu đó. Tuy nhiên phần lớn các giải pháp IoT hiện nay đều triển khai theo hướng thủ công và cục bộ tức là phải thiết kế và xây dựng toàn bộ hệ thống từ thành phần thiết bị, máy chủ cho đến các hạ tầng giao thức kết nối. Mặt khác, các máy chủ cục bộ thường sẽ bị giới hạn về dung lượng lưu trữ, tốc độ xử lý và có khả năng mở rộng thấp, vì vậy có rất nhiều vấn đề cần giải quyết khi triển khai một hệ thống IoT như vậy: khả năng quản lý hệ thống, khả năng mở rộng, yêu cầu về bảo mật kết nối, bảo mật thiết bị, xác thực, chi phí triển khai, khả năng lưu trữ và phân tích dữ liệu,…
Trong những năm gần đây, các hãng công nghệ lớn về điện toán đám mây đã cho ra đời rất nhiều loại dịch vụ về công nghệ học máy, trí tuệ nhân tạo, dữ liệu lớn, cơ sở dữ liệu (CSDL), website… và một dịch vụ với sự kết hợp giữa ưu điểm của điện toán đám mây và nền tảng IoT được gọi là nền tảng điện toán đám mây IoT điển hình là: Amazon AWS IoT, Google Cloud IoT, Microsoft Azure IoT, Oracle IoT Cloud, IBM Watson IoT,… Với công nghệ nền tảng này, các doanh nghiệp và tổ chức không cần phải xây dựng thêm phần cứng máy chủ, cấu hình quản lý mô hình mạng và hạ tầng triển khai hệ thống. Các thiết bị được kết nối có thể tương tác với nền tảng cũng như tương tác với các thiết bị khác một cách dễ dàng và bảo mật, các nền tảng điện toán đám mây IoT có khả năng hỗ trợ kết nối lên đến hàng tỉ thiết bị hay lưu trữ, xử lý hàng nghìn tỉ gói tin và có thể liên kết đến các dịch vụ mạnh mẽ khác bên trong hệ sinh thái của mỗi hãng công nghệ. Vì vậy, giải pháp này sẽ giúp tiết kiệm được thời gian triển khai hệ thống, cắt giảm chi phí triển khai vận hành và giải quyết được rất nhiều bài toán thực tế khác nhau như đã trình bày ở trên.
Chuỗi bài viết này chia sẻ nghiên cứu về phương pháp xây dựng một hệ thống Internet of Things thực tế ứng dụng nền tảng điện toán đám mây IoT. Đề xuất mô hình kiến trúc dữ liệu của hệ thống IoT sử dụng nền tảng điện toán đám mây bao gồm thiết kế về khung phân loại gói tin chung; xác định và phân loại gói tin trong hệ thống nhà thông minh; thiết kế một số kiến trúc luồng dữ liệu chính của hệ thống và cuối cùng triển khai các thiết kế trên hai nền tảng điện toán đám mây AWS IoT và Google Cloud IoT để thực hiện đánh giá, so sánh và rút ra các kết luận.
Chuỗi bài viết này gồm 5 PHẦN
PHẦN 1 Trình bày các nội dung lý thuyết về Internet of Things, điện toán đám mây, thực hiện phân tích để lựa chọn nền tảng điện toán đám mây IoT phù hợp thực hiện trong đề tài. Cuối cùng là phương pháp thực hiện quy trình đánh giá và đề xuất tiêu chí đánh giá.
- Internet of Things: Định nghĩa và kiến trúc
- Điện toán đám mây: Định nghĩa, phân loại, mô hình triển khai và lợi ích
- Phân tích và lựa chọn nền tảng đám mây cho Nhà thông minh
- Các phương pháp sử dụng để thực hiện đánh giá và các tiêu chí đánh giá
PHẦN 2 Đề xuất mô hình kiến trúc dữ liệu và thiết kế mô hình nhà thông minh. Thiết kế kịch bản thực tế của mô hình nhà thông minh, đề xuất mô hình kiến trúc dữ liệu hệ thống sử dụng nền tảng điện toán đám mây IoT và chi tiết thiết kế phần cứng hệ thống.
- Ngữ cảnh, kịch bản nhà thông minh
- Phân loại gói tin cho hệ thống sử dụng nền tảng điện toán đám mây IoT
- Thiết kế kiến trúc các luồng dữ liệu trong ứng dụng nhà thông minh sử dụng điện toán đám mây IoT
- Thiết kế phần cứng thực nghiệm nhà thông minh sử dụng điện toán đám mây IoT
PHẦN 3 Quản lý hệ thống sử dụng nền tảng điện toán đám mây AWS IoT. Thực hiện triển khai hệ thống nhà thông minh ứng dụng nền tảng AWS IoT với các thiết kế lý thuyết đã thực hiện ở PHẦN 2, làm cơ sở kiến thức để thực hiện các so sánh đánh giá về sau.
- Dịch vụ AWS IoT Core
- Lựa chọn dịch vụ Cơ sở dữ liệu cho hệ thống IoT sử dụng dịch vụ điện toán đám mây AWS
- Luồng dữ liệu cảm biến khi sử dụng AWS IoT Core
- Luồng dữ liệu điều khiển và cập nhật trạng thái khi sử dụng AWS IoT Core
- Thiết kế API tương tác ứng dụng website khi sử dụng AWS IoT Core
PHẦN 4 Quản lý hệ thống sử dụng nền tảng điện toán đám mây Google Cloud IoT. Thực hiện triển khai hệ thống nhà thông minh ứng dụng nền tảng Google Cloud IoT với các thiết kế lý thuyết đã thực hiện ở PHẦN 2, làm cơ sở kiến thức để thực hiện các so sánh đánh giá về sau.
- Dịch vụ Cloud IoT Core
- Các dịch vụ CSDL được hỗ trợ bởi GCP
- Dịch vụ Cloud Pub/Sub GCP
- Luồng dữ liệu cảm biến khi sử dụng GCP
- Luồng dữ liệu điều khiển và cập nhật trạng thái khi sử dụng GCP
- Thiết kế API tương tác ứng dụng website khi sử dụng GCP
PHẦN 5 Kết quả thực nghiệm và so sánh, đánh giá. Trình bày các kết quả thực nghiệm của quá trình thực hiện, trực quan hóa kết quả, đúc kết kiến thức và cuối cùng đưa ra các đánh giá, so sánh theo các tiêu chí định tính và định lượng
- Kết quả thực nghiệm đánh giá định lượng, phân tích số liệu trên AWS, GCP sử dụng dịch vụ CloudWatch, Monitoring
- Kết quả thực nghiệm đánh giá định tính
Chuỗi bài viết được thực hiện và chia sẻ bởi LCV.Khải và Các nhóm nghiên cứu tại Cộng đồng Kỹ thuật TAPIT
Chúc các bạn thành công!