[Lĩnh vực Sản xuất] 7 xu hướng IoT đáng chú ý trong năm 2023 (Phần 2)

Hãy cùng bắt đầu hành trình khám phá 7 xu hướng IoT quan trọng trong năm 2023 và những ảnh hưởng của chúng đối với cuộc sống và xã hội!

Xử lý biên trong IoT

Khái niệm và ý nghĩa của xử lý biên trong việc quản lý dữ liệu IoT

Xử lý biên là gì?

Xử lý biên (Edge computing) trong IoT là một phương pháp xử lý dữ liệu và tính toán ngay tại nguồn thu thập dữ liệu, gần với các thiết bị kết nối Internet (IoT devices) thay vì truyền dữ liệu lên đám mây (cloud) hay các trung tâm dữ liệu (data centers) xa. Ý tưởng chính của xử lý biên là tận dụng sức mạnh tính toán cục bộ để xử lý các dữ liệu và yêu cầu ngay tại chỗ, giúp giảm thiểu độ trễ thời gian và giải quyết các vấn đề về lưu lượng mạng, đồng thời cải thiện hiệu suất và bảo mật của hệ thống IoT.

Lợi ích và ứng dụng của xử lý biên trong các lĩnh vực khác nhau

• Giao thông thông minh: Xử lý biên trong xu hướng IoT cho phép các hệ thống giao thông thông minh nhanh chóng phản ứng và điều chỉnh dựa trên dữ liệu thời gian thực từ các cảm biến trên đường, giúp giảm thiểu ùn tắc giao thông và tăng cường an toàn.
• Y tế và chăm sóc sức khỏe: Trong lĩnh vực y tế, xử lý biên cho phép các thiết bị y tế thông minh theo dõi sức khỏe của bệnh nhân và đưa ra cảnh báo sớm về các vấn đề sức khỏe tiềm ẩn, giúp cải thiện chất lượng chăm sóc và giảm thiểu chi phí y tế.
• Công nghiệp và sản xuất: Việc xử lý biên giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và quản lý dây chuyền công nghệ, giảm thiểu sự cố và tăng cường hiệu suất sản xuất.
• Năng lượng và môi trường: Bên cạnh đó quá trình này còn giúp giám sát và quản lý năng lượng và tài nguyên môi trường một cách hiệu quả hơn, từ đó giảm thiểu lãng phí và tối ưu hóa sử dụng tài nguyên.

Các công nghệ và phương pháp xử lý biên được áp dụng trong thực tế

Edge devices

Các thiết bị xử lý biên như gateway, router, cảm biến thông minh và camera, được triển khai tại các điểm nguồn dữ liệu, giúp xử lý và lọc dữ liệu ngay tại chỗ trước khi truyền lên đám mây.

Edge devices là gì?

Edge devices (thiết bị biên) là những thiết bị điện tử thông minh hoặc cảm biến được đặt gần cạnh của mạng hoặc hệ thống, nơi dữ liệu được thu thập và xử lý trực tiếp tại nguồn, gần với nguồn dữ liệu và người dùng. Các thiết bị biên này thường có khả năng xử lý dữ liệu và thực hiện các tính toán một cách độc lập và nhanh chóng, giúp giảm thiểu việc truyền dữ liệu lên các trung tâm dữ liệu tập trung hoặc các máy chủ xa.

Edge devices đóng vai trò quan trọng trong kiến trúc mạng IoT và các ứng dụng thông minh. Thay vì gửi toàn bộ dữ liệu từ các thiết bị IoT lên máy chủ trung tâm hoặc đám mây để xử lý, chúng giúp tiền xử lý dữ liệu tại chỗ, xác định thông tin quan trọng và chỉ gửi dữ liệu cần thiết hoặc kết quả xử lý lên các hệ thống tập trung.

Một số ví dụ về edge devices trong IoT bao gồm:

• Các camera giám sát thông minh: Các camera có tích hợp công nghệ AI có thể phát hiện và xử lý các sự kiện như phát hiện chuyển động hoặc nhận diện khuôn mặt trực tiếp trên thiết bị, giúp giảm tải cho hệ thống lưu trữ và mạng trung tâm.
• Các cảm biến thông minh: Các cảm biến đo lường như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, chất lượng không khí,…có thể thực hiện việc đo lường và xử lý dữ liệu ngay tại vị trí cảm biến, giúp đáp ứng nhanh chóng và chính xác các yêu cầu giám sát môi trường.
• Thiết bị y tế thông minh: Các thiết bị y tế như nhịp tim thông minh, đồng hồ đo đường huyết,…có khả năng xử lý dữ liệu sức khỏe và thông báo kết quả tức thì tới người dùng, giúp quản lý sức khỏe cá nhân một cách hiệu quả.

Việc sử dụng edge devices trong mạng IoT giúp giảm thiểu độ trễ trong truyền tải dữ liệu, giảm tải cho mạng và hệ thống lưu trữ, đồng thời nâng cao tính ổn định và bảo mật của các hệ thống IoT.

Fog computing (Điện toán sương mù)

Fog computing là một dạng tiến hóa của xử lý biên, nơi tính toán và lưu trữ dữ liệu được thực hiện tại các node mạng gần với nguồn dữ liệu, giúp giảm đáng kể độ trễ và tăng cường bảo mật.

Fog computing là gì?

Fog computing, hay còn được gọi là điện toán sương mù, là một mô hình tính toán phân tán trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Mô hình này giải quyết một số hạn chế của truyền thống điện toán đám mây (cloud computing) bằng cách đưa quy trình xử lý dữ liệu và tính toán gần hơn nguồn dữ liệu và người dùng, thường được triển khai gần các thiết bị thông minh hoặc cảm biến, chẳng hạn như edge devices trong mạng IoT.

Trong mô hình fog computing, các nút fog (fog nodes) được triển khai tại các điểm gần nguồn dữ liệu hoặc người dùng, ví dụ như cơ sở hạ tầng mạng, trạm base station trong mạng di động, hoặc các thiết bị IoT. Những nút fog này có khả năng xử lý dữ liệu và tính toán một cách nhanh chóng và đáng tin cậy, giúp giảm độ trễ trong việc truyền dữ liệu lên đám mây trung tâm và đáp ứng tức thì các yêu cầu xử lý dữ liệu.

• Ví dụ: 

Giả sử bạn đang ở một thành phố thông minh (smart city) với hệ thống chiếu sáng công cộng được trang bị các cảm biến thông minh để phát hiện chuyển động và điều chỉnh đèn chiếu sáng tự động. Trong ví dụ này, fog computing được sử dụng để tăng cường tính năng của hệ thống cảm biến và đảm bảo hiệu suất cao.

Khi có người hoặc phương tiện di chuyển qua khu vực có đèn chiếu sáng, cảm biến thông minh ghi nhận thông tin về chuyển động và truyền dữ liệu tới các fog node (nút fog) được đặt gần các trạm đèn chiếu sáng. Tại các fog node này, dữ liệu từ cảm biến được xử lý nhanh chóng và đánh giá để xác định liệu có cần thay đổi cường độ chiếu sáng hay không.

Thay vì gửi tất cả dữ liệu lên đám mây trung tâm để xử lý, fog computing giúp tiền xử lý dữ liệu tại chỗ. Các fog node đánh giá dữ liệu và chỉ gửi thông tin quan trọng như cần thay đổi đèn chiếu sáng, mức độ cường độ cần thay đổi và thời gian cần thực hiện, lên hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng tại cùng khu vực.

Điều này giúp giảm độ trễ trong việc điều chỉnh đèn chiếu sáng và đảm bảo đáp ứng tức thì khi có chuyển động. Ngoài ra, fog computing giúp giảm tải cho mạng và hệ thống lưu trữ bằng cách chỉ truyền dữ liệu cần thiết lên đám mây trung tâm để lưu trữ hoặc phân tích dài hơn.

Trí tuệ nhân tạo (AI)

Sử dụng trí tuệ nhân tạo trong xử lý biên giúp các thiết bị IoT tự động học hỏi và thích nghi với môi trường, từ đó cải thiện hiệu suất và chính xác của hệ thống.

Trí tuệ nhân tạo (AI) là gì?

Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence – AI) là một lĩnh vực trong khoa học máy tính và công nghệ thông tin, tập trung nghiên cứu và phát triển các hệ thống có khả năng thực hiện các nhiệm vụ thông minh mà trước đây chỉ có con người có thể thực hiện. Mục tiêu của trí tuệ nhân tạo là xây dựng các máy móc, chương trình máy tính và hệ thống thông minh có khả năng học hỏi, tư duy, giải quyết vấn đề và thực hiện các tác vụ tự động một cách độc lập.

Các phương pháp và kỹ thuật trong trí tuệ nhân tạo rất đa dạng và bao gồm:

• Học máy (Machine Learning): Là quá trình giúp máy tính học từ dữ liệu mà không cần lập trình cụ thể. Máy học từ dữ liệu và tạo ra mô hình để dự đoán, phân loại hoặc nhận diện.
• Thị giác máy tính (Computer Vision): Lĩnh vực tập trung vào việc máy tính có khả năng nhận diện, hiểu và xử lý hình ảnh và video.
• Xử lý ngôn ngữ tự nhiên (Natural Language Processing – NLP): Giúp máy tính hiểu và tương tác với ngôn ngữ con người, cho phép dịch thuật, xử lý văn bản tự động, chatbot và hỗ trợ ngôn ngữ tự động.
• Robot học (Robotics): Liên quan đến việc tạo ra các robot và máy tự động có khả năng thực hiện các nhiệm vụ trong thế giới vật lý.
• Trí tuệ nhân tạo mạnh (Strong AI) và trí tuệ nhân tạo yếu (Weak AI): Strong AI là trạng thái mà máy tính có khả năng tư duy như con người, trong khi Weak AI chỉ giới hạn ở việc giải quyết các nhiệm vụ cụ thể.

Hệ thống phân tán

Xử lý biên trong xu hướng IoT sử dụng hệ thống phân tán giúp tối ưu hóa việc phân tán dữ liệu và tính toán, đảm bảo khả năng chịu lỗi và đáp ứng nhu cầu của mạng lưới rộng lớn.

Hệ thống phân tán là gì?

Hệ thống phân tán (distributed system) là một loại hệ thống máy tính được hình thành từ nhiều thành phần riêng lẻ độc lập, được kết nối với nhau thông qua mạng máy tính và hoạt động như một thực thể duy nhất. Các thành phần trong hệ thống phân tán có thể đặt ở các vị trí vật lý khác nhau và hoạt động đồng thời để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.

• Ví dụ: 

Giả sử bạn đang sử dụng một ứng dụng tương tác trực tuyến như mạng xã hội. Trong hệ thống này, có hàng triệu người dùng và hàng tỷ bài đăng, hình ảnh, và dữ liệu khác được tạo và chia sẻ hàng ngày. Để hỗ trợ một lượng lớn người dùng và quản lý dữ liệu đồng thời, hệ thống này được xây dựng dưới dạng một hệ thống phân tán.

Cụ thể, hệ thống phân tán trong trường hợp này có thể bao gồm:

• Máy chủ chính (Central Server): Đây là máy chủ trung tâm, nơi dữ liệu và thông tin người dùng chính được lưu trữ. Máy chủ chính quản lý cơ sở dữ liệu toàn bộ mạng xã hội và xử lý yêu cầu đăng nhập, đăng ký, và các hoạt động cơ bản khác của người dùng.
• Các máy chủ phụ (Sub-servers): Để giảm tải cho máy chủ chính và đáp ứng lượng truy cập lớn, hệ thống phân tán sử dụng các máy chủ phụ. Các máy chủ phụ có thể nằm ở nhiều vị trí vật lý khác nhau và chịu trách nhiệm xử lý một phần dữ liệu và yêu cầu từ người dùng trong khu vực đó.
• Cơ sở dữ liệu phân tán (Distributed Database): Dữ liệu của người dùng và bài đăng được lưu trữ trên nhiều cơ sở dữ liệu phân tán. Các cơ sở dữ liệu này có thể nằm trên các máy chủ phụ hoặc cơ sở dữ liệu đám mây (cloud database). Việc phân tán dữ liệu giúp cải thiện hiệu suất và đáp ứng của hệ thống.
• Các dịch vụ cân bằng tải (Load Balancers): Các dịch vụ cân bằng tải được triển khai để phân phối công việc và lưu lượng truy cập đồng đều giữa các máy chủ phụ, giúp tránh tình trạng quá tải tại một máy chủ duy nhất.

Hệ thống phân tán cho phép ứng dụng mạng xã hội có thể đáp ứng hàng triệu yêu cầu từ người dùng cùng một lúc, đồng thời cải thiện hiệu suất và tính sẵn sàng của hệ thống. Việc sử dụng hệ thống phân tán cũng giúp tăng cường tính bảo mật và ổn định của dữ liệu và thông tin người dùng.

Sự tích hợp của xử lý biên trong IoT đem lại những lợi ích rõ ràng, từ việc giảm thiểu đáng kể độ trễ và lưu lượng mạng cho đến cải thiện hiệu suất và bảo mật. Trong tương lai, xử lý biên dự kiến sẽ tiếp tục phát triển và trở thành một trong những yếu tố chủ chốt trong việc định hình sự phát triển của công nghệ IoT.

Phát triển vệ tinh IoT

Tầm quan trọng của việc sử dụng vệ tinh trong kết nối và truyền dữ liệu của IoT

Vệ tinh IoT là gì?

Vệ tinh IoT (Internet of Things) là một loại vệ tinh nhân tạo được triển khai trong hệ thống IoT, có nhiệm vụ thu thập dữ liệu và chuyển tải thông tin giữa các thiết bị kết nối IoT trên mặt đất. IoT là một mạng lưới các thiết bị và cảm biến có khả năng giao tiếp và trao đổi thông tin với nhau qua internet mà không cần sự can thiệp của con người.

Các vệ tinh IoT được phát triển để giải quyết những hạn chế của việc kết nối IoT truyền thống dựa trên hạ tầng đất liền. Có hai loại hệ thống vệ tinh IoT phổ biến:

• Vệ tinh IoT cùng cực: Đây là các vệ tinh được đặt ở quỹ đạo cùng cực (polar orbit) xung quanh Trái Đất. Do quỹ đạo này, chúng có thể cung cấp khả năng phủ sóng toàn cầu và chuyển tải dữ liệu từ các thiết bị IoT trên khắp Trái Đất. Một số dự án vệ tinh IoT sử dụng quỹ đạo cùng cực đã được triển khai nhằm giúp theo dõi và thu thập dữ liệu từ các khu vực xa xôi hoặc không tiếp cận được bằng cơ sở hạ tầng đất liền.

• Vệ tinh IoT cùng cực hình elip (elliptical orbit): Loại vệ tinh này được đặt trên quỹ đạo hình elip, cho phép chúng cung cấp sự che phủ liên tục và đáng tin cậy cho các khu vực cụ thể trên Trái Đất, như các vùng biên giới, địa hình khó khăn hay các vùng biển xa.

Vệ tinh IoT (Internet of Things) là một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng trong ngành công nghệ. Tầm quan trọng của việc sử dụng vệ tinh trong kết nối và truyền dữ liệu của IoT nằm ở khả năng cung cấp sự kết nối liên tục và toàn cầu. Trong khi các mạng di động truyền thống có thể đáp ứng nhu cầu kết nối trong các khu vực đông dân cư, thì việc triển khai các thiết bị IoT ở những khu vực xa xôi, hẻo lánh hoặc biển rộng trở nên khó khăn.

Vệ tinh IoT có khả năng cung cấp kết nối ở mọi nơi trên Trái Đất, bao gồm cả những vùng sâu, núi cao hay các khu vực không có mạng di động hoặc đường truyền đáng tin cậy. Điều này làm cho vệ tinh IoT trở thành một lựa chọn hấp dẫn trong các ứng dụng cần sự kết nối đáng tin cậy và liên tục như theo dõi vận chuyển hàng hóa, nông nghiệp thông minh, giám sát môi trường và thăm dò không gian.

Sự phát triển và ứng dụng của vệ tinh IoT trong các lĩnh vực khác nhau

• Giao thông và vận chuyển: Vệ tinh IoT được sử dụng để theo dõi và quản lý các phương tiện vận chuyển hàng hóa và hành khách trên toàn cầu. Điều này giúp tối ưu hóa lộ trình, giảm thiểu thời gian đợi và tiết kiệm năng lượng.
• Nông nghiệp thông minh: Các vệ tinh hỗ trợ việc giám sát và quản lý các hoạt động nông nghiệp, từ việc tưới tiêu và kiểm soát sâu bệnh đến theo dõi đàn gia súc và trang trại trên diện rộng.
• Giám sát môi trường: Vệ tinh IoT cho phép theo dõi môi trường tự nhiên và các hiện tượng thiên nhiên như biến đổi khí hậu, lượng mưa, động đất và tình trạng sông suối, giúp nâng cao hiểu biết về tình trạng môi trường và đưa ra các biện pháp bảo vệ.
• Thăm dò không gian: Bên cạnh đó, các vệ tinh còn có tiềm năng sử dụng trong các ứng dụng thăm dò không gian, từ việc giám sát hành tinh đến theo dõi các vệ tinh nhân tạo và việc gửi dữ liệu từ không gian về Trái Đất.

Tầm quan trọng và triển vọng của vệ tinh IoT trong tương lai

Có thể nói, lĩnh vực vệ tinh IoT đang phát triển mạnh mẽ và có triển vọng lớn trong tương lai. Sự kết hợp giữa IoT và vệ tinh mở ra nhiều cơ hội mới trong việc cung cấp kết nối toàn cầu và giải quyết các vấn đề toàn cầu, từ thâm hụt thông tin đến sự biến đổi khí hậu và tình trạng môi trường.

Triển vọng của vệ tinh IoT nằm ở việc tiếp tục phát triển các công nghệ vệ tinh mới, giảm chi phí triển khai và hoạt động vệ tinh, cũng như cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của việc truyền dữ liệu giữa vệ tinh và thiết bị IoT. Với sự phát triển này, các vệ tinh có thể trở thành một công nghệ quan trọng trong việc xây dựng một môi trường số thông minh, liên kết và bền vững trên toàn cầu.

Mời độc giả đón đọc phần 1: [Lĩnh vực Sản xuất] 7 xu hướng IoT đáng chú ý trong năm 2023 (Phần 1)