IoT là gì? Nguyên lý hoạt động, lợi ích, ứng dụng của Internet Vạn Vật

IoT (viết tắt của Internet of things – Internet vạn vật) là một hệ thống các thiết bị điện tử liên quan với nhau, máy móc cơ khí và kỹ thuật số, đối tượng, động vật hoặc con người được cung cấp các mã định danh duy nhất (UID) và có khả năng truyền dữ liệu qua mạng mà không cần tương tác giữa con người hoặc người với máy tính.

Đối tượng trong IoT có thể là một người cần theo dõi tim được cấy ghép, một vật nuôi trong trang trại có gắn biochip, một ô tô được gắn cảm biến để cảnh báo người lái hoặc bất kỳ đối tượng tự nhiên hoặc nhân tạo nào khác có thể được gán địa chỉ IP và có thể truyền dữ liệu qua mạng.

Các tổ chức trong nhiều ngành công nghiệp ngày càng sử dụng IoT để hoạt động hiệu quả hơn, hiểu rõ hơn về khách hàng để cung cấp dịch vụ khách hàng nâng cao, cải thiện ra quyết định và tăng giá trị của doanh nghiệp.

Nguyên lý hoạt động của IoT

Một hệ sinh thái IoT bao gồm các thiết bị thông minh hỗ trợ web sử dụng các hệ thống nhúng, chẳng hạn như bộ xử lý, cảm biến và phần cứng truyền thông, để thu thập, gửi và hành động dựa trên dữ liệu mà chúng có được từ môi trường của họ. Các thiết bị IoT chia sẻ dữ liệu cảm biến mà chúng thu thập bằng cách kết nối với cổng IoT hoặc thiết bị cạnh khác nơi dữ liệu được gửi đến đám mây để phân tích hoặc phân tích cục bộ. Đôi khi, các thiết bị này giao tiếp với các thiết bị liên quan khác và hành động theo thông tin họ nhận được từ nhau. Các thiết bị thực hiện hầu hết các công việc mà không cần sự can thiệp của con người, mặc dù mọi người có thể tương tác với các thiết bị – ví dụ, để thiết lập chúng, cung cấp cho họ hướng dẫn hoặc truy cập dữ liệu.

Các giao thức kết nối, mạng và truyền thông được sử dụng với các thiết bị hỗ trợ web này phần lớn phụ thuộc vào các ứng dụng IoT cụ thể được triển khai.

IoT cũng có thể sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy để hỗ trợ trong việc làm cho các quy trình thu thập dữ liệu trở nên dễ dàng hơn và năng động hơn.

Tại sao IoT lại quan trọng?

IoT giúp mọi người sống và làm việc thông minh hơn, cũng như giành quyền kiểm soát hoàn toàn cuộc sống của họ. Ngoài việc cung cấp các thiết bị thông minh để tự động hóa gia đình, IoT là điều cần thiết cho kinh doanh. IoT cung cấp cho các doanh nghiệp cái nhìn thời gian thực về cách hệ thống của họ thực sự hoạt động, cung cấp thông tin chi tiết về mọi thứ từ hiệu suất của máy móc đến chuỗi cung ứng và hoạt động hậu cần.

IoT cho phép các công ty tự động hóa các quy trình và giảm chi phí lao động. Nó cũng cắt giảm chất thải và cải thiện giao hàng dịch vụ, làm cho việc sản xuất và giao hàng ít tốn kém hơn, cũng như cung cấp sự minh bạch cho các giao dịch của khách hàng.

Do đó, IoT là một trong những công nghệ quan trọng nhất của cuộc sống hàng ngày và nó sẽ tiếp tục nhận hơi khi nhiều doanh nghiệp nhận ra tiềm năng của các thiết bị được kết nối để giữ cho chúng cạnh tranh.

Lợi ích của IoT đối với các tổ chức là gì?

IoT cung cấp một số lợi ích cho các tổ chức. Một số lợi ích dành riêng cho ngành và một số lợi ích được áp dụng trên nhiều ngành. Một số lợi ích chung của IoT cho phép các doanh nghiệp:

giám sát các quy trình kinh doanh tổng thể của họ;
cải thiện trải nghiệm khách hàng (CX);
tiết kiệm thời gian và tiền bạc;
nâng cao năng suất nhân viên;
tích hợp và thích ứng với các mô hình kinh doanh;
đưa ra quyết định kinh doanh tốt hơn; và
tạo ra nhiều doanh thu hơn.

IoT khuyến khích các công ty suy nghĩ lại về cách họ tiếp cận doanh nghiệp của họ và cung cấp cho họ các công cụ để cải thiện chiến lược kinh doanh của họ.

Nói chung, IoT có nhiều nhất trong các tổ chức sản xuất, vận tải và tiện ích, sử dụng cảm biến và các thiết bị IoT khác; tuy nhiên, nó cũng đã tìm thấy các trường hợp sử dụng cho các tổ chức trong ngành nông nghiệp, cơ sở hạ tầng và tự động hóa gia đình, dẫn đầu một số tổ chức hướng tới kỹ thuật số chuyển đổi.

IoT có thể hưởng lợi cho nông dân trong nông nghiệp bằng cách làm cho công việc của họ dễ dàng hơn. Cảm biến có thể thu thập dữ liệu về lượng mưa, độ ẩm, nhiệt độ và hàm lượng đất, cũng như các yếu tố khác, sẽ giúp tự động hóa các kỹ thuật canh tác.

Khả năng giám sát các hoạt động xung quanh cơ sở hạ tầng cũng là một yếu tố mà IoT có thể giúp đỡ. Ví dụ, cảm biến có thể được sử dụng để giám sát các sự kiện hoặc thay đổi trong các tòa nhà kết cấu, cầu và cơ sở hạ tầng khác. Điều này mang lại lợi ích với nó, chẳng hạn như tiết kiệm chi phí, tiết kiệm thời gian, thay đổi chất lượng công việc cuộc sống và quy trình làm việc không cần giấy tờ.

Một doanh nghiệp tự động hóa gia đình có thể sử dụng IoT để giám sát và thao tác các hệ thống cơ khí và điện trong một tòa nhà. Trên quy mô rộng hơn, các thành phố thông minh có thể giúp công dân giảm lãng phí và tiêu thụ năng lượng.

IoT chạm vào mọi ngành, bao gồm các doanh nghiệp trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, tài chính, bán lẻ và sản xuất.

Ưu và nhược điểm của IoT

Một số ưu điểm của IoT bao gồm:

khả năng truy cập thông tin từ mọi nơi bất cứ lúc nào trên bất kỳ thiết bị nào;
cải thiện giao tiếp giữa các thiết bị điện tử được kết nối;
chuyển các gói dữ liệu qua mạng được kết nối tiết kiệm thời gian và tiền bạc; và
tự động hóa các nhiệm vụ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ của doanh nghiệp và giảm nhu cầu can thiệp của con người.

Một số nhược điểm của IoT bao gồm:

Khi số lượng thiết bị được kết nối tăng lên và chia sẻ nhiều thông tin hơn giữa các thiết bị, tiềm năng mà hacker có thể đánh cắp thông tin bí mật cũng tăng lên.
Các doanh nghiệp cuối cùng có thể phải đối phó với số lượng lớn – thậm chí có thể hàng triệu thiết bị IoT, và việc thu thập và quản lý dữ liệu từ tất cả các thiết bị đó sẽ gặp khó khăn.
Nếu có lỗi trong hệ thống, có khả năng mọi thiết bị được kết nối sẽ bị hỏng.
Vì không có tiêu chuẩn tương thích quốc tế cho IoT, rất khó cho các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau để giao tiếp với nhau.

Các tiêu chuẩn và framework IoT phổ biến

Có một số tiêu chuẩn IoT mới nổi, bao gồm:

IPv6 qua Mạng khu vực cá nhân không dây công suất thấp (6LoWPAN) là một tiêu chuẩn mở được xác định bởi Lực lượng đặc nhiệm kỹ thuật Internet (IETF). Tiêu chuẩn 6LoWPAN cho phép bất kỳ đài phát thanh công suất thấp nào giao tiếp với internet, bao gồm 804.15.4, Bluetooth Low Energy (BLE) và Z-Wave (để tự động hóa gia đình).
ZigBee là một mạng không dây tốc độ dữ liệu thấp, công suất thấp được sử dụng chủ yếu trong các thiết lập công nghiệp. ZigBee dựa trên tiêu chuẩn 802.15.4 của Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE). Liên minh ZigBee đã tạo ra Dotdot, ngôn ngữ phổ quát cho IoT cho phép các đối tượng thông minh hoạt động an toàn trên bất kỳ mạng nào và hiểu nhau.
LiteOS là một hệ điều hành giống Unix (OS) cho các mạng cảm biến không dây. LiteOS hỗ trợ điện thoại thông minh, thiết bị đeo, ứng dụng sản xuất thông minh, nhà thông minh và mạng kết nối xe (Internet of Vehicles). Hệ điều hành cũng đóng vai trò là một nền tảng phát triển thiết bị thông minh.
OneM2M là một lớp dịch vụ máy với máy có thể được nhúng trong phần mềm và phần cứng để kết nối các thiết bị. Cơ quan tiêu chuẩn hóa toàn cầu, OneM2M, được tạo ra để phát triển các tiêu chuẩn tái sử dụng để cho phép các ứng dụng IoT trên các ngành dọc khác nhau để giao tiếp.
Dịch vụ phân phối dữ liệu (DDS) được phát triển bởi Nhóm quản lý đối tượng (OMG) và là một tiêu chuẩn IoT cho giao tiếp M2M thời gian thực, có thể mở rộng và hiệu suất cao.
Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) là một tiêu chuẩn nguồn mở được xuất bản cho nhắn tin không đồng bộ bằng dây. AMQP cho phép nhắn tin được mã hóa và tương tác giữa các tổ chức và ứng dụng. Giao thức được sử dụng trong nhắn tin máy khách-máy chủ và trong quản lý thiết bị IoT.
Constrained Application Protocol (CoAP) là một giao thức được thiết kế bởi IETF chỉ định cách các thiết bị điện toán, hạn chế điện toán có thể hoạt động trong IoT.
Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) là một giao thức cho WAN được thiết kế để hỗ trợ các mạng khổng lồ, chẳng hạn như các thành phố thông minh, với hàng triệu thiết bị công suất thấp.

Các framework IoT bao gồm:

Amazon Web Services (AWS) IoT là một nền tảng điện toán đám mây dành cho IoT do Amazon phát hành. Framework này được thiết kế để cho phép các thiết bị thông minh dễ dàng kết nối và tương tác an toàn với đám mây AWS và các thiết bị được kết nối khác.
Arm Mbed IoT là một nền tảng để phát triển các ứng dụng cho IoT dựa trên vi điều khiển Arm. Mục tiêu của nền tảng Arm Mbed IoT là cung cấp một môi trường có thể mở rộng, kết nối và an toàn cho các thiết bị IoT bằng cách tích hợp các công cụ và dịch vụ Mbed.
Azure IoT Suite của Microsoft là một nền tảng bao gồm một tập hợp các dịch vụ cho phép người dùng tương tác và nhận dữ liệu từ các thiết bị IoT của họ, cũng như thực hiện các hoạt động khác nhau qua dữ liệu, chẳng hạn như phân tích đa chiều, chuyển đổi và tổng hợp và hình dung các hoạt động đó theo cách thích hợp cho doanh nghiệp.
Brillo/Weave của Google là một nền tảng để triển khai nhanh chóng các ứng dụng IoT. Nền tảng này bao gồm hai xương sống chính: Brillo, một hệ điều hành dựa trên Android để phát triển các thiết bị năng lượng thấp nhúng và Weave, một giao thức truyền thông định hướng IoT đóng vai trò là ngôn ngữ giao tiếp giữa thiết bị và đám mây.
Calvin là một nền tảng IoT mã nguồn mở do Ericsson phát hành được thiết kế để xây dựng và quản lý các ứng dụng phân tán cho phép các thiết bị nói chuyện với nhau. Calvin bao gồm một khung phát triển cho các nhà phát triển ứng dụng, cũng như một môi trường thời gian chạy để xử lý ứng dụng đang chạy.

Ứng dụng IoT tiêu dùng và doanh nghiệp

Có rất nhiều ứng dụng trong thế giới thực của IoT, từ IoT tiêu dùng và IoT doanh nghiệp đến sản xuất và IoT công nghiệp (IIoT). Các ứng dụng IoT trải dài nhiều ngành dọc, bao gồm ô tô, viễn thông và năng lượng.

Ví dụ, trong phân khúc người tiêu dùng, những ngôi nhà thông minh được trang bị bộ điều nhiệt thông minh, thiết bị thông minh và hệ thống sưởi, chiếu sáng và các thiết bị điện tử kết nối có thể được điều khiển từ xa thông qua máy tính và điện thoại thông minh.

Các thiết bị đeo được với cảm biến và phần mềm có thể thu thập và phân tích dữ liệu người dùng, gửi tin nhắn đến các công nghệ khác về người dùng với mục đích làm cho cuộc sống của người dùng dễ dàng và thoải mái hơn. Các thiết bị đeo được cũng được sử dụng để đảm bảo an toàn công cộng – ví dụ, cải thiện thời gian phản hồi của người trả lời đầu tiên trong các trường hợp khẩn cấp bằng cách cung cấp các tuyến đường được tối ưu hóa đến một địa điểm hoặc bằng cách theo dõi các dấu hiệu quan trọng của công nhân xây dựng hoặc lính cứu hỏa tại các địa điểm đe dọa tính mạng.

Trong chăm sóc sức khỏe, IoT mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng theo dõi bệnh nhân chặt chẽ hơn bằng cách sử dụng phân tích dữ liệu được tạo ra. Các bệnh viện thường sử dụng hệ thống IoT để hoàn thành các nhiệm vụ như quản lý hàng tồn kho cho cả dược phẩm và dụng cụ y tế.

Ví dụ, các tòa nhà thông minh có thể giảm chi phí năng lượng bằng cách sử dụng các cảm biến phát hiện có bao nhiêu người cư ngụ trong phòng. Nhiệt độ có thể tự động điều chỉnh – ví dụ, bật điều hòa không khí nếu cảm biến phát hiện phòng hội nghị đầy hoặc giảm nhiệt nếu mọi người trong văn phòng đã về nhà.

Trong nông nghiệp, các hệ thống canh tác thông minh dựa trên IoT có thể giúp giám sát, ví dụ như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và độ ẩm đất của các cánh đồng trồng trọt bằng các cảm biến được kết nối. IoT cũng là công cụ trong việc tự động hóa hệ thống tưới tiêu.

Trong một thành phố thông minh, các cảm biến và triển khai IoT, chẳng hạn như đèn đường thông minh và đồng hồ thông minh, có thể giúp giảm thiểu giao thông, tiết kiệm năng lượng, giám sát và giải quyết các mối quan tâm về môi trường và cải thiện vệ sinh.

Các vấn đề về bảo mật và quyền riêng tư IoT

IoT kết nối hàng tỷ thiết bị với internet và liên quan đến việc sử dụng hàng tỷ điểm dữ liệu, tất cả đều cần được bảo mật. Do bề mặt tấn công mở rộng của nó, bảo mật IoT và quyền riêng tư IoT được trích dẫn là mối quan tâm lớn.

Vào năm 2016, một trong những cuộc tấn công IoT khét tiếng nhất là Mirai, một botnet xâm nhập vào nhà cung cấp máy chủ tên miền Dyn và đã hạ thấp nhiều trang web trong một khoảng thời gian dài trong một trong những cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DDoS) phân tán lớn nhất từng thấy. Những kẻ tấn công có được quyền truy cập vào mạng bằng cách khai thác các thiết bị IoT được bảo mật kém.

Bởi vì các thiết bị IoT được kết nối chặt chẽ, tất cả một hacker phải làm là khai thác một lỗ hổng để thao tác tất cả dữ liệu, khiến nó không sử dụng được. Các nhà sản xuất không cập nhật thiết bị của họ thường xuyên – hoặc hoàn toàn – khiến họ dễ bị tội phạm mạng.

Ngoài ra, các thiết bị được kết nối thường yêu cầu người dùng nhập thông tin cá nhân của họ, bao gồm tên, tuổi, địa chỉ, số điện thoại và thậm chí cả tài khoản truyền thông xã hội – thông tin vô giá đối với tin tặc.

Tin tặc không phải là mối đe dọa duy nhất đối với IoT; quyền riêng tư là một mối quan tâm lớn khác đối với người dùng IoT. Ví dụ: các công ty sản xuất và phân phối các thiết bị IoT tiêu dùng có thể sử dụng các thiết bị đó để lấy và bán dữ liệu cá nhân của người dùng.

Ngoài rò rỉ dữ liệu cá nhân, IoT đặt ra rủi ro cho cơ sở hạ tầng quan trọng, bao gồm điện, giao thông vận tải và các dịch vụ tài chính.

Lịch sử phát triển của IoT

Kevin Ashton, đồng sáng lập Trung tâm Auto-ID tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), lần đầu tiên đề cập đến IoT trong một bài thuyết trình mà ông thực hiện cho Procter &Gamble (P&G) vào năm 1999. Muốn mang ID tần số vô tuyến (RFID) đến sự chú ý của quản lý cấp cao của P&G, Ashton gọi bài thuyết trình của mình là “Internet of Things” để kết hợp xu hướng mới mát mẻ của năm 1999: internet. Cuốn sách của giáo sư MIT Neil Gershenfeld, When Things Start to Think, cũng xuất hiện vào năm 1999. Nó không sử dụng thuật ngữ chính xác nhưng cung cấp một tầm nhìn rõ ràng về nơi IoT đang đứng đầu.

IoT đã phát triển từ sự hội tụ của các công nghệ không dây, hệ thống cơ điện vi mô (MEMSes), microservices và internet. Sự hội tụ đã giúp phá vỡ các silo giữa công nghệ hoạt động (OT) và công nghệ thông tin (CNTT), cho phép phân tích dữ liệu do máy tạo ra không cấu trúc để hiểu biết sâu sắc để thúc đẩy cải tiến.

Mặc dù Ashton là lần đầu tiên đề cập đến IoT, ý tưởng về các thiết bị được kết nối đã xuất hiện từ những năm 1970, dưới những người monikers nhúng internet và điện toán phổ biến.

Ví dụ, thiết bị internet đầu tiên là một cỗ máy Coke tại Đại học Carnegie Mellon vào đầu những năm 1980. Sử dụng web, lập trình viên có thể kiểm tra trạng thái của máy và xác định xem sẽ có thức uống lạnh đang chờ họ hay không, họ nên quyết định thực hiện chuyến đi đến máy.

IoT phát triển từ giao tiếp M2M, tức là các máy kết nối với nhau thông qua một mạng mà không có sự tương tác của con người. M2M đề cập đến việc kết nối một thiết bị với đám mây, quản lý nó và thu thập dữ liệu.

Đưa M2M lên một tầm cao mới, IoT là một mạng lưới cảm biến gồm hàng tỷ thiết bị thông minh kết nối con người, hệ thống và các ứng dụng khác để thu thập và chia sẻ dữ liệu. Là nền tảng của nó, M2M cung cấp kết nối cho phép IoT.

IoT cũng là một phần mở rộng tự nhiên của kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA), một thể loại chương trình ứng dụng phần mềm để kiểm soát quá trình, thu thập dữ liệu trong thời gian thực từ các vị trí từ xa đến điều khiển thiết bị và điều kiện. Các hệ thống SCADA bao gồm các thành phần phần cứng và phần mềm. Phần cứng tập hợp và cung cấp dữ liệu vào một máy tính đã cài đặt phần mềm SCADA, nơi sau đó nó được xử lý và trình bày một cách kịp thời. Sự phát triển của SCADA là như vậy mà các hệ thống SCADA thế hệ cuối được phát triển thành các hệ thống IoT thế hệ đầu tiên.

Tuy nhiên, khái niệm về hệ sinh thái IoT đã không thực sự đi vào giữa năm 2010, một phần, chính phủ Trung Quốc cho biết sẽ khiến IoT trở thành ưu tiên chiến lược trong kế hoạch năm năm của mình.