Trong kỷ nguyên số, khi mọi thiết bị xung quanh chúng ta có thể tự động kết nối, trao đổi dữ liệu và hoạt động thông minh hơn, Internet of Things (IoT) đã trở thành một trong những công nghệ đột phá nhất. Từ những ngôi nhà thông minh, hệ thống giám sát sản xuất cho đến thành phố số hóa, IoT không chỉ giúp tối ưu hóa vận hành mà còn mở ra cơ hội phát triển đột phá cho doanh nghiệp.

Định nghĩa

Thuật ngữ IoT hay Internet vạn vật đề cập đến mạng lưới tập hợp các thiết bị thông minh và công nghệ tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động giao tiếp giữa thiết bị và đám mây cũng như giữa các thiết bị với nhau. Nhờ sự ra đời của chip máy tính giá rẻ và công nghệ viễn thông băng thông cao, ngày nay, chúng ta có hàng tỷ thiết bị được kết nối với internet. Điều này có nghĩa là các thiết bị hàng ngày như bàn chải đánh răng, máy hút bụi, ô tô và máy móc có thể sử dụng cảm biến để thu thập dữ liệu và phản hồi lại người dùng một cách thông minh.  

Internet vạn vật tích hợp “vạn vật” với Internet mỗi ngày. Các kỹ sư máy tính đã và đang thêm các cảm biến và bộ xử lý vào các vật dụng hàng ngày kể từ những năm 90. Tuy nhiên, tiến độ ban đầu rất chậm vì các con chip còn to và cồng kềnh. Loại chip máy tính công suất thấp gọi là thẻ tag RFID, lần đầu tiên được sử dụng để theo dõi các thiết bị đắt đỏ. Khi kích cỡ của các thiết bị điện toán dần nhỏ lại, những con chip này cũng trở nên nhỏ hơn, nhanh hơn và thông minh hơn theo thời gian.

Chi phí tích hợp công suất điện toán vào trong các vật dụng nhỏ bé hiện nay đã giảm đáng kể. Ví dụ: bạn có thể thêm khả năng kết nối với các tính năng của dịch vụ giọng thoại Alexa vào các MCU tích hợp sẵn RAM chưa đến 1 MB, chẳng hạn như cho công tắc đèn. Một ngành công nghiệp mới đã xuất hiện với trọng tâm xoay quanh việc trang bị các thiết bị IoT khắp mọi ngóc ngách căn nhà, doanh nghiệp và văn phòng của chúng ta. Những vật dụng thông minh này có thể tự động truyền và nhận dữ liệu qua Internet. Tất cả những “thiết bị điện toán vô hình” này và công nghệ liên quan được gọi chung là Internet vạn vật.

Mô hình IoT

Chúng ta cùng quay trở lại hình ảnh tưởng tượng IoT là một thành phố số khổng lồ. Mô hình IoT chính là cách bố trí các “công trình” trong thành phố này sao cho mọi thứ đều ăn khớp và vận hành mượt mà, tùy theo mục đích sử dụng của người tạo lập ra thành phố này. Các “công trình” này được phân loại thành 2 nhánh: theo mô hình xử lý dữ liệu và theo cấu trúc hệ thống.

Các hệ thống IoT sử dụng Cloud trong việc thu thập và xử lý dữ liệu sẽ có 4 mô hình xử lý dữ liệu chính:

• Mô hình Fog Computing (Tầng sương mù): Cứ như bạn ở trong một thành phố, các nhiệm vụ quan trọng không cần đi xa mà có thể xử lý ngay tại chỗ. Tầng “sương mù” là nơi các thiết bị gần nhau xử lý công việc trước khi đưa thông tin lên các trung tâm lớn hơn. Giống như bạn giải quyết mọi chuyện đơn giản ở văn phòng gần nhà thay vì phải lên tận trung tâm thành phố.
• Mô hình Edge Computing (Tầng biên): Đối với những nhiệm vụ cần phản ứng ngay lập tức, dữ liệu sẽ được xử lý “ngay tại chỗ” ở cạnh biên, không qua bất kỳ điểm trung gian nào. Như những quầy dịch vụ tự động trong siêu thị, Edge Computing cho phép xử lý tức thì ngay tại thiết bị, không cần “hỏi ý kiến” trung tâm. Tưởng tượng bạn có thể tự giải quyết công việc mà không cần hỏi ý kiến ai, giúp tiết kiệm thời gian và tăng hiệu quả.
• Mô hình Hybrid (Kết hợp): Đây là sự kết hợp của Cloud, Fog, và Edge, linh hoạt xử lý dữ liệu cả ở các “văn phòng” gần nhà, “biên” thiết bị lẫn “trung tâm lớn”. Hệ thống này giúp tối ưu hóa cả tốc độ lẫn sức mạnh phân tích dữ liệu.
• Mô hình IoT theo cấu trúc: 

Mô hình IoT 4 lớp đại diện cho cách thức hoạt động toàn diện

• Lớp cảm biến: Ở lớp này các công nhân chăm chỉ là những cảm biến, luôn ghi chép thông tin từ môi trường xung quanh để “trình báo” lên cấp trên.
• Lớp mạng: Ở lớp mạng, chúng ta có một đội ngũ những “nhân viên giao nhận” siêu thông minh. Họ không chỉ là cầu nối mà còn tổ chức giao thông dữ liệu, xác định lộ trình nhanh nhất và an toàn nhất để chuyển thông tin từ các cảm biến đến các kỹ sư. Mạng lưới này tự động mã hóa dữ liệu để bảo vệ và tối ưu hóa lưu lượng, giống như một quản lý sắp xếp mọi thứ nhịp nhàng. Khi có tắc nghẽn, họ nhanh chóng tìm lối đi thay thế, đảm bảo thông tin luôn được chuyển giao hiệu quả.
• Lớp trung gian: Lớp trung gian là nơi mà các nhóm kỹ sư tài ba hoạt động. Sau khi tiếp nhận thông tin từ lớp mạng, họ sử dụng các thuật toán phức tạp để phân tích và xử lý dữ liệu một cách sâu sắc hơn. Không chỉ đơn giản là phân tích, họ kiểm tra mọi thông tin một cách cẩn thận và chuẩn bị chúng để chuyển đến lớp tiếp theo, giống như các nhà nghiên cứu đang phát triển những ý tưởng mới từ dữ liệu.
• Lớp ứng dụng: Lớp ứng dụng giống như một bảng điều khiển công nghệ hiện đại. Tại đây, người quản lý có thể theo dõi tình trạng máy móc, nhận thông báo khi có sự cố, và nhận những khuyến nghị dựa trên dữ liệu phân tích từ lớp trung gian. Không chỉ cung cấp thông tin, lớp này cho phép người dùng tương tác, tạo ra báo cáo tùy chỉnh và đưa ra quyết định thông minh dựa trên các mô hình dự đoán.

Quy trình hoạt động

Thiết bị IoT đóng vai trò như “mắt” và “tai” của chúng ta với khả năng tự động thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh mà không cần chúng ta can thiệp. Dữ liệu này sau đó được phân tích để tự động hóa các quyết định hoặc gửi thông báo đến người dùng. Cụ thể, quy trình này diễn ra qua 4 giai đoạn:

– Giai đoạn 1: Thu thập dữ liệu: Các thiết bị IoT sử dụng cảm biến để ghi nhận thông tin từ môi trường, từ những yếu tố đơn giản như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng cho đến dữ liệu phức tạp như video giám sát thời gian thực.

– Giai đoạn 2: Truyền dữ liệu: Dữ liệu thu thập sẽ được gửi đi qua mạng, có thể đến nền tảng đám mây công cộng hoặc riêng tư (thiết bị – hệ thống – thiết bị), hoặc trực tiếp đến một thiết bị khác trong mạng IoT (thiết bị – thiết bị). Trong một số trường hợp, dữ liệu có thể được xử lý ngay tại biên (Edge Computing) thay vì truyền đi xa.

– Giai đoạn 3: Xử lý dữ liệu: Tại đây, phần mềm của hệ thống sẽ phân tích dữ liệu và thực hiện các tác vụ theo lập trình. Ví dụ, nếu camera giám sát phát hiện có người lạ xâm nhập, hệ thống có thể ngay lập tức gửi cảnh báo đến ứng dụng (app) trên điện thoại của người dùng hoặc kích hoạt còi báo động.

– Giai đoạn 4: Ra quyết định và hành động: Tất cả dữ liệu của hệ thống IoT sẽ được tổng hợp và phân tích, giúp người dùng có thông tin toàn diện để đưa ra quyết định phù hợp. Một số hệ thống IoT còn có khả năng tự động phản hồi theo thuật toán, chẳng hạn như điều chỉnh nhiệt độ điều hòa khi phát hiện có người trong phòng.

Ưu và nhược điểm

- Ưu điểm

• Truy cập thông tin từ mọi lúc, mọi nơi trên mọi thiết bị.
• Cải thiện việc giao tiếp giữa các thiết bị điện tử được kết nối.
• Chuyển dữ liệu qua mạng Internet giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc.
• Tự động hóa các nhiệm vụ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ của doanh nghiệp.

- Nhược điểm‍

• Khi nhiều thiết bị được kết nối và nhiều thông tin được chia sẻ giữa các thiết bị, thì nguy cơ hacker lấy cắp thông tin bí mật cũng tăng lên.
• Các doanh nghiệp có thể phải đối phó với số lượng lớn thiết bị IoT và việc thu thập và quản lý dữ liệu từ các thiết bị đó sẽ là một thách thức.
• Nếu có lỗi trong hệ thống, có khả năng mọi thiết bị được kết nối sẽ bị hỏng.
• Vì không có tiêu chuẩn quốc tế về khả năng tương thích cho IoT, rất khó để các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau giao tiếp với nhau.

Một số ứng dụng

Ứng dụng xây dựng ngôi nhà thông minh

Ứng dụng IoT trong việc xây dựng nhà thông minh đảm nhận nhiều chức năng, bao gồm việc kích hoạt và kiểm soát môi trường, đảm bảo không gian sống đáp ứng tính tiện ích cao cho các gia đình.

Ứng dụng IoT trong y tế

Thiết bị đeo công nghệ IoT không chỉ cho phép bệnh viện và chuyên gia theo dõi sức khỏe của bệnh nhân tại nhà mà còn giúp tích hợp cảm biến IoT vào các thiết bị chính, làm giảm tình trạng hỏng hóc và tăng độ tin cậy trong quá trình chăm sóc, điều trị bệnh.

Ứng dụng IoT trong các ngành bán lẻ

Nhiều câu hỏi được đặt ra: Tại sao IoT lại có thể phổ biến trong lĩnh vực bán lẻ? Thực tế hiện nay, mua sắm trực tuyến đã làm giảm nhu cầu đối với các hình thức bán lẻ truyền thống. Tuy nhiên, ứng dụng IoT trong bán lẻ sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích lưu lượng truy cập của trung tâm mua sắm.