Internet of Things – IoT là gì?

IoT – The Internet of Things, là một trong những xu hướng công nghệ đứng đầu thế giới hiện nay. Dự tính cuối năm 2019 sẽ có khoảng 27 tỉ thiết bị kết nối IoT và đến năm 2025, con số này lên tới 64 tỉ thiết bị (Theo BI Intelligence). Vậy thì IoT là gì, tại sao nó lại có sức phát triển mạnh mẽ đến vậy?

Giới thiệu chung về IoT

IoT là gì ?

IoT (The Internet of Things), hay Internet Vạn Vật là thuật ngữ mô tả mạng lưới các sự vật được kết nối Internet, được cung cấp định danh riêng (UIDs) và có khả năng tự động truyền tải dữ liệu qua một mạng mà không cần tương tác giữa con người với con người hoặc con người với máy tính. Một cách ngắn gọn, IoT đơn giản là đem tất cả mọi vật trên thế giới và kết nối chúng với Internet.

“Thing” – sự vật – trong Internet of Things, có thể là một con người với màn hình cấy ghép tim, một động vật trang trại với bộ tiếp sóng chip sinh học, một chiếc xe ô tô tích hợp các cảm biến để cảnh báo lái xe khi lốp quá non – hoặc bất kỳ đồ vật nào do tự nhiên sinh ra hoặc do con người sản xuất ra mà có thể được gán với một địa chỉ IP và được cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu qua mạng lưới.

Sự ra đời của IoT giúp cho cuộc sống con người được cải thiện rất nhiều. Ứng dụng phổ biến nhất của IoT là máy vi tính (PC) và điện thoại thông minh (smartphone). Giờ đây bạn có thể nghe bất kỳ bài hát nào (mặc dù trong máy không có bài hát đó), xem bất kỳ bộ phim nào, giao tiếp với bất kỳ ai trên mạng xã hội,… và vô vàn ứng dụng tuyệt vời khác như máy in kết nối internet, máy ảnh kết nối internet, camera an ninh, v.v…

Với Internet of Things, mọi vật, mọi người “thông minh” đều có thể kết nối với nhau

Nói về lý do IoT ra đời, các chuyên gia chia sẻ “Ngày nay máy tính, và Internet, hầu như hoàn toàn phụ thuộc vào con người mới có thông tin. Gần như tất cả trong số khoảng 50 petabyte (1 petabyte là 1.024 terabyte) dữ liệu trên Internet lần đầu tiên được con người nắm và tạo ra bằng cách đánh máy, nhấn nút ghi âm, chụp ảnh hoặc quét mã vạch.

Vấn đề là, con người rất hạn chế về thời gian, sự chú ý và chính xác – nghĩa là con người không được tốt lắm trong việc lưu giữ dữ liệu về mọi thứ trong thế giới. Nếu chúng ta có những chiếc máy tính biết mọi thứ – sử dụng được dữ liệu chúng thu thập mà không cần sự giúp đỡ của con người – thì chúng ta sẽ có thể theo dõi và đếm mọi thứ, điều này sẽ giúp giảm rất lớn sự lãng phí, thất bại và chi phí. Chúng ta sẽ biết khi nào mọi thứ cần thay thế, sửa chữa hoặc phục hồi và liệu chúng còn có thể còn tiếp tục hoạt động hay hoạt động tốt nhất nữa không”.

IoT giúp chúng ta giải quyết bài toán đó. Bằng cách kết nối mọi vật với internet và cho chúng khả năng tự động thu thập dữ liệu và gửi/nhận dữ liệu thông qua mạng lưới, công việc của con người được cắt giảm đáng kể.

Trong môi trường kinh doanh, IoT giúp cho phần mềm quản lý doanh nghiệp thu thập thêm nhiều dữ liệu, tiếp cận được nhiều khách hàng hơn, tiết kiệm thời gian xử lý hơn. Nhờ các bộ cảm biến gắn ở máy móc và tại điểm bán hàng, IoT trực tiếp thu thập dữ liệu và tự động đưa lên ERP. Doanh nghiệp có thể kiểm soát quy trình hoạt động sản xuất cũng như nhu cầu thị trường, từ đó có thể xác định và giải quyết các vấn đề gây ảnh hưởng và đưa ra quyết định nhanh hơn.

Lịch sử hình thành và Quá trình phát triển của IoT

Cụm từ The Internet of Things – IoT được đưa ra lần đầu bởi Kevin Ashton (người đồng sáng lập Trung tâm Auto-ID tại MIT) năm 1999. Tuy nhiên ý tưởng về IoT đã được nhen nhóm từ lâu, hãy cùng điểm lại một số mốc thời gian phát triển của IoT: 

• Năm 1982, ý tưởng đầu tiên về một mạng lưới các thiết bị thông minh được đưa ra thảo luận rộng rãi, chiếc máy bán nước Cocacola ở Đại học Carnegie Mellon trở thành thiết bị đầu tiên được kết nối Internet, có khả năng báo cáo kiểm kho và báo cáo độ lạnh của những chai nước mới đưa vào máy. 
• Năm 1999, Kevin Ashton lần đầu tiên đề cập đến Internet of Things tại buổi thuyết trình công ty Procter & Gamble.
• Năm 2000-2013, IoT được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi vào các lĩnh vực đời sống như đồ gia dụng, thiết bị chăm sóc sức khỏe. Một số sản phẩm tiêu biểu như : Fibit – đồng hồ theo dõi sức khỏe, Máy tạo nhịp tim không dây, dịch vụ vận chuyển hàng không,…
• Năm 2014, số lượng thiết bị di động và máy móc kết nối với internet vượt dân số thế giới.
• Năm 2015, các mô hình robot IoT, trang trại IoT được công bố và đưa vào ứng dụng.

Sự gia tăng mạnh mẽ của IPv6 trong không gian địa chỉ là một yếu tố quan trọng trong phát triển Internet of Things. Theo Steve Leibson, người tự nhận là “hướng dẫn viên của Bảo tàng Lịch sử Máy tính”, mở rộng không gian địa chỉ nghĩa là chúng ta có thể “gán một địa chỉ IPv6 đến mỗi một nguyên tử trên trái đất, và vẫn có đủ địa chỉ cho thêm hơn 100 trái đất nữa”.

Nói cách khác, con người có thể dễ dàng gán một địa chỉ IP vào một một “vật” trên hành tinh này. Tuy nhiên, sự gia tăng của số lượng các nút thông minh, cũng như số lượng dữ liệu mà các nút tạo ra, khiến người ta lo ngại về các vấn đề riêng tư, an ninh và chủ quyền dữ liệu.

Cấu trúc IoT

Về cơ bản, IoT được đại diện bởi 4 phần : Thiết bị (Things), Trạm  kết nối (Gateways), Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud), Bộ phân tích và xử lý dữ liệu (Services-creation and Solution Layers).

Các thiết bị sẽ được gắn chip cảm biến để phát hiện và chuyển đổi các đối tượng trong tự nhiên thành dữ liệu trong môi trường internet, từ đó xử lý và tiến hành điều hướng và thực hiên các lệnh theo cách mà người dùng mong muốn. 

Đối công nghệ IoT thì việc lựa chọn nền tảng IoT rất quan trọng. Nền tảng IoT có thể hiểu là môi trường phát triển tích hợp (IDE) cung cấp bộ công cụ, giải pháp hoàn chỉnh để phát triển, triển khai và quản lý các ứng dụng IoT. Càng ngày nền tảng IoT càng phức tạp, nhưng về cơ bản nó hoạt động theo công thức B-B-C (Doanh nghiệp-Doanh nghiệp- Người tiêu dùng). Bạn có thể tham khảo một số các nền tảng IoT hàng đầu như : AWS của Amazon, Google Cloud IoT,Bosch IoT,…

Ứng Dụng của IoT

IoT với Xã hội

Hệ sinh thái IoT được quan tâm nhất hiện nay chính là mô hình Smart Cities – Thành phố thông minh. Một số ứng dụng IoT đang được phổ biến rộng rãi để nâng cao chất lượng cuộc sống cũng như cải thiện chất lượng quản lý của chính quyền:

• Camera giao thông: giám sát phương tiện và kiểm soát giao thông.
• Bãi đỗ xe thông minh: giám sát không gian đỗ xe của thành phố, kiểm soát và thông báo các vị trí đỗ còn trống.
• Hệ thống nước thông minh: giám sát nhu cầu dùng, kịp thời phát hiện rò rỉ, thất thoát nước trong thành phố/khu phố/hộ gia đình.
• Hệ thống năng lượng thông minh: giám sát và quản lý tình hình tiêu thụ năng lượng
• Nông nghiệp thông minh: tự động tưới nước, cho ăn, kiểm soát nhiệt độ,.., giám sát, quản lý từ xa
• Báo động thông minh: theo dõi các mức bức xạ, khí nguy hiểm, cháy nổ để kịp thời cập nhập và kiểm soát tình hình.

IoT với Lợi ích doanh nghiệp

Theo IDC, mức đầu tư toàn cầu dành cho IoT tăng từ 772.5 tỷ USD trong năm 2018 và dự đoán vượt qua 1000 tỷ USD năm 2020. Trong đó, lĩnh vực được dự đoán đầu tư nhiều nhất bao gồm: sản xuất (189 tỷ USD), giao thông ($85 tỷ USD) và tiện ích ($73 tỷ USD). Có thể thấy công nghiệp IoT đang phát triển mạnh mẽ hơn bao giờ hết và dần bước đến bao phủ toàn cầu. 

IoT giúp các doanh nghiệp dễ dàng tiếp cận và thu thập dữ liệu về người tiêu dùng, có thể khắc phục một số nhược điểm của các giải pháp thông thường. 

Một số ứng dụng IoT khá hữu ích và thông dụng trong Hệ thống bán lẻ – Retail :

• Điều khiển băng chuyền: giám sát các điều kiện lưu trữ trong các dây chuyền và theo dõi sản phẩm cho mục đích giám sát.
• Quản lý sản phẩm thông minh: kiểm soát các quá trình tiêu thụ, nhập xuất,…

IoT còn được sử dụng để tối ưu chi phí và tăng tính an toàn trong vận hành hệ thống công nghiệp: 

• Các ứng dụng M2M (Machine-to-machine): kiểm soát tài sản và các máy tự chẩn đoán.
• Hệ thống kiểm soát nhiệt độ, không khí: theo dõi, kiểm soát nồng độ không khí, nhiệt độ trong môi trường làm việc, môi trường lưu trữ, kho bảo quản,…
• Kiểm soát các phần mềm quản lý nhân sự, quản lý dữ liệu: tự động cập nhập, thống kê, giúp giảm thiểu thời gian xử lý dữ liệu, tăng khả năng điều chỉnh phù hợp với sản xuất và kinh doanh.
• Định vị trong nhà: vị trí các tài sản trong nhà bằng cách sử dụng các thẻ tích cự (ZigBee) và bị động (RFID/NFC).
• Các phương tiện tự chẩn đoán: thu thập thông tin từ CanBus để gửi các cảnh báo thời gian thực để nhanh chóng đưa lời khuyên cho lái xe.

IoT với Lợi ích người tiêu dùng

Các thiết bị y tế, tiện ích, … ứng dụng IoT đã dần trở nên quen thuộc với đời sống người tiêu dùng: 

• Chăm sóc sức khỏe: thiết bị theo dõi tình hình các đối tượng đặc biệt (người già, trẻ nhỏ, người bệnh,..), tủ thuốc thông minh kiểm soát đơn thuốc, nhắc nhở sử dụng thuốc, hệ thống giám sát và kiểm soát bệnh nhân từ xa,…

• Nhà thông minh: Giám sát các mức tiêu thụ điện nước, điều khiển các thiết bị gia dụng từ xa, hệ thống phát hiện xâm nhập, mua sắm thông minh,…
• Đồng hồ/Vòng đeo tay thông minh theo dõi sức khỏe, định vị,…
• Ô tô thông minh
• Robot giúp việc
• Ổ khóa thông minh
• Tủ lạnh thông minh

Một số vấn đề của IoT

Chưa có nền tảng và ngôn ngữ chung

Mỗi thiết bị IoT lại được lập trình bằng ngôn ngữ riêng. Khi trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị khác nhau, chúng cần đến các giao thức (protocols). Tuy nhiên các giao thức lại chưa hoàn toàn đồng nhất nên dẫn đến tình trạng thông tin không được xử lý hoặc xử lý sai.

Không chỉ vậy, nền tảng của các thiết bị cũng không đồng nhất, do vậy nên khá phức tạp khi thực hiện tùy chỉnh hoặc liên kết các thiết bị.

Hàng rào subnetwork

Các thiết bị IoT chủ yếu kết nối đến máy chủ trung tâm quản lý. Tuy nhiên mỗi hệ thống IoT lại có một subnetwork (mạng con) riêng, và các thiết bị giữa các subnetwork khác nhau chưa hoàn toàn có thể giao tiếp với nhau. Và bài toán đặt ra là làm thế nào để có thể tích hợp và trao đổi thông tin giữa chúng khi cần thiết.

Chi phí cao

Thiết kế, độ bền, bản quyền dữ liệu,…. đòi hỏi chi phí khá cao khi sản xuất các thiết bị IoT, điều này làm giảm độ phủ sóng của công nghệ hiện đại này, chỉ một bộ phận người dùng có thể tiếp cận và thường xuyên sử dụng chúng. 

Bên cạnh đó, phần cứng và phần mềm của thiết bị thường đi chung với nhau, người dùng chưa thể tự do kết hợp thiết bị của mình với công ty khác hoặc phần mềm khác đã được cải tiến. Các thiết bị thường được đồng bộ nên khi thay chi tiết lẻ rất phức tạp.

Tác động đến Xã hội

Theo một nghiên cứu khác, phần lớn các thiết bị IoT sử dụng các kim loại nặng và kim loại đất hiếm, các hóa chất có độc tính cao. Linh kiện điện tử thường chôn ở những bãi rác thông thường. Chính vì vậy nhu cầu khai thác kim loại đất hiếm tăng, chi phí cho con người và môi trường cũng không hề nhỏ.

IoT và Quản lý dữ liệu 

Với một lượng thiết bị khổng lồ như vậy, thì IoT sẽ chứa các dữ liệu ở đâu và việc dọn dẹp, xử lý sẽ như thế nào? Cần phải tách biệt việc lưu trữ thô và nhu cầu lưu trữ lâu dài với nhu cầu truy cập nhanh vào thông tin về dữ liệu. Theo nhà phân tích của IDC Natalya Yezhkova, 87 exabyte dung lượng lưu trữ sẽ được chuyển đến các hệ thống xử lý (workload) IoT vào năm 2021. Các trung tâm dữ liệu sẽ phải được thiết lập để xử lý tất cả những dữ liệu này. 

Vấn đề về bảo mật và tính riêng tư

Những cảm biến thu thập các nguồn dữ liệu nhạy cảm và vô cùng quan trọng đối với các doanh nghiệp cũng như cá nhân như thông tin cá nhân, số liệu tính toán, hoạch định tài chính, hàng hóa,… Tuy vậy, bảo mật lại đang là vấn đề lớn nhất hiện nay của IoT.Những thách thức bảo mật lớn trong môi trường IoT

• Xác thực không an toàn
• Giao diện còn nhiều lỗ hổng
• Dịch vụ mạng dễ bị tấn công
• Thiếu mã hóa
• Bảo mật vật lý yếu
• Ủy quyền và kiểm soát truy cập 
• Tính riêng tư trong môi trường IoT

>> Báo cáo nửa đầu năm 2019: Malware mã hóa và Malware IoT vượt mức 2018

>> Cảnh báo người dùng có thể gặp nguy hiểm do thiết bị IoT bị tấn công

Tại Việt Nam hiên nay, theo thống kê của Cục An toàn thông tin, trong 316000 camera giám sát được kết nối và công khai trên mạng Internet thì có hơn 147.000 thiết bị có lỗ hổng, chiếm 65%; thiết bị Router Việt Nam có khoảng 28.000 địa chỉ đã bị tấn công bằng mã độc Mirai và các biến thể Mirai. 

Theo một nghiên cứu khác, 80% các ứng dụng IoT không được kiểm tra/test các lỗ hổng bảo mật, tức là họ cũng để lại số điểm cuối (endpoint) đáng kể để khiến mình bị tấn công. Phần lớn các bộ điều khiển hoạt động trong hầu hết các môi trường công nghiệp đều thiếu cơ chế bảo vệ cơ bản như xác thực và mã hóa. Các hacker chỉ cần truy cập vào bộ điều khiển để thay đổi cấu hình, logic và trạng thái thì đã có thể khởi động một cuộc tấn công.

Như vậy việc áp dụng nhanh chóng và rộng rãi các cách thức bảo mật IoT tốt nhất chính là cơ sở quan trọng của cả một nền kinh tế toàn cầu đang ngày càng trở nên dễ bị tấn công.  

Một số cách tăng cường bảo mật cho IoT như: 

• Xác định chi phí của việc bảo mật “nhúng”
• Kiểm tra các lỗ hổng bảo mật thường xuyên
• Chủ động quản lý vận hành bảo mật IoT từ xa
• Mã hóa các dữ liệu
• Tham gia khối Blockchain

>> Ứng dụng của blockchain trong bảo mật IoT

Hướng phát triển 

Với những tiện ích mang lại, IoT được kì vọng sẽ trở thành thị trường thiết bị lớn nhất thế giới và phủ sóng rộng khắp toàn cầu. Các thiết bị IoT đang dần được phát triển phù hợp và thông dụng với con người. Một số xu hướng phát triển hiện nay của IoT :

• Mô hình kết nối thiết bị không dây: các hình thức và giao thức kết nối đa dạng sẽ giúp chi phí sản xuất thiết bị IoT giảm. Các công nghệ mới như SIgfox, LoraWAN, 3GPP xuất hiện bên cạnh Wimax, Bluetooth, Wifi, LTE,… được sử dụng để liên kết các phần khác nhau của IoT
• Smart home: Hiện nay các thiết bị Smart home đang có giá thành khá cao so với mức thu nhập bình quân. Thay thế các linh kiện hiếm và đắt đang là mục tiêu của các công ty công nghệ IoT để phủ nhanh IoT ra khắp thị trường.
• Smart City: Mô hình thành phố được áp dụng công nghệ thông tin – điện tử viễn thông – tự động hóa nhằm nâng cao năng lực quản lý chính quyền, nâng cao chất lượng cuộc sống. Điều này đòi hỏi mạng lưới thiết bị đồng nhất, không chỉ trách nhiệm của một mà còn nhiều công ty công nghệ cùng nghiên cứu và thiết lập.
• Y tế: Chăm sóc sức khỏe là đối tượng tiềm năng của IoT. Những thiết bị thông minh hỗ trợ cho hoạt động khám chữa và điều trị tại bệnh viện, phòng khám, có thể điều chỉnh theo chuyển động và kích thước bệnh nhân mà không cần can thiêp từ con người. Bên cạnh đó các thiết bị giám sát, theo dõi, kiểm tra sức khỏe từ xa luôn là sản phẩm mà người dùng mong đợi. 
• Bảo mật: Để có thể triển khai mô hình IoT tới những nơi quan trọng, các doanh nghiệp cần tăng cường hệ thống bảo mật cho các thiết bị. Lượng lớn dữ liệu quan trọng, nếu bị mất đi sẽ gây ra các hậu quả không lường.

>> Bảo mật thiết bị IoT hiệu quả