Trong thời đại công nghệ số bùng nổ, hệ thống IoT (Internet of Things) đã trở thành công nghệ quan trọng, giúp kết nối và quản lý hàng triệu thiết bị từ xa. Một hệ thống IoT không chỉ là một tập hợp các thiết bị mà là một mạng lưới sống động, hoạt động nhịp nhàng để thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu, từ đó tối ưu hóa hoạt động và đưa ra những quyết định sắc bén.

Nhưng bạn có bao giờ tự hỏi: Hệ thống IoT là gì? Hệ thống IoT gồm những gì? Và các mô hình IoT được triển khai ra sao để đạt được hiệu quả cao nhất? Trong bài viết này, VTI Solutions sẽ giải đáp những câu hỏi đó và trình bày những ứng dụng thực tiễn đang làm nên kỳ tích trong thế giới công nghệ hiện đại.

Hệ thống IoT là gì?

Hệ thống IoT là mạng lưới các thiết bị, cảm biến (hay gọi chung là phần cứng) và phần mềm được kết nối với nhau thông qua Internet để thu thập, phân tích và chia sẻ dữ liệu. Với sự phát triển của IoT, các thiết bị thông minh từ điện thoại, ô tô đến các máy móc trong nhà máy sản xuất đều có khả năng kết nối với nhau, tạo thành một hệ thống IoT hoàn chỉnh. Nhờ vậy, việc quản lý và vận hành các quy trình trở nên hiệu quả, tối ưu và tự động hơn.

Hệ thống IoT gồm những gì?

Thiết bị phần cứng

Các thiết bị cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập thông tin từ môi trường. Chúng có thể đo lường nhiều thông số khác nhau như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng hay chuyển động. Bên cạnh đó, các thiết bị truyền thông như module WiFi, Bluetooth hay LoRa giúp đảm bảo kết nối và truyền tải dữ liệu. Các bo mạch điều khiển như Arduino hay Raspberry Pi thường được sử dụng để xử lý dữ liệu sơ bộ và điều khiển các thiết bị khác trong hệ thống.

Phần mềm và ứng dụng

Phần mềm trong hệ thống IoT bao gồm các ứng dụng quản lý thiết bị, phân tích dữ liệu và giao diện người dùng. Các nền tảng điện toán đám mây cung cấp khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu lớn. Phần mềm bảo mật đảm bảo an toàn cho hệ thống và dữ liệu người dùng. Các ứng dụng di động và web giúp người dùng dễ dàng theo dõi và điều khiển thiết bị từ xa.

Kết nối và hạ tầng mạng

Hệ thống IoT cần có hạ tầng mạng ổn định để đảm bảo kết nối liên tục giữa các thiết bị. Router và gateway đóng vai trò cầu nối giữa các thiết bị và internet. Các giao thức truyền thông như MQTT hay HTTP giúp tối ưu hóa việc trao đổi dữ liệu. Hệ thống còn cần các máy chủ để lưu trữ và xử lý thông tin.

Cấu trúc hệ thống IoT

Các cấu trúc hệ thống IoT hay mô hình IoT được phát triển nhằm phục vụ các nhu cầu xử lý và quản lý dữ liệu khác nhau. Trong đó, phân loại mô hình IoT thường dựa trên kiến trúc xử lý dữ liệu hoặc cấu trúc hệ thống IoT.

Phân loại theo kiến trúc xử lý dữ liệu

Các hệ thống IoT sử dụng Cloud trong việc thu thập và xử lý dữ liệu sẽ có 3 mô hình xử lý dữ liệu chính:

Mô hình Fog Computing: Hỗ trợ xử lý dữ liệu ngay tại các thiết bị gần nguồn dữ liệu trước khi chuyển tiếp lên đám mây, giúp giảm độ trễ và băng thông mạng.

Mô hình Edge Computing: Xử lý dữ liệu tại các thiết bị gần nguồn dữ liệu (cạnh của mạng) thay vì truyền toàn bộ dữ liệu đến đám mây, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ xử lý nhanh.

Mô hình Hybrid: Sự kết hợp của các mô hình Cloud, Fog, và Edge, cho phép xử lý một phần dữ liệu tại đám mây và một phần tại các điểm cục bộ.

Phân loại theo cấu trúc hệ thống IoT

Mô hình 3 lớp: Bao gồm ba lớp chính là lớp cảm biến, lớp mạng và lớp ứng dụng. Do đơn giản, mô hình này chỉ đáp ứng được các hệ thống IoT nhỏ.

Mô hình 4 lớp: Mô hình 4 lớp: Đây là mô hình được ứng dụng nhiều nhất cho các hệ thống IoT phức tạp, nhờ có thêm lớp xử lý dữ liệu – sử dụng những công nghệ mới để dữ liệu được phân tích và xử lý một cách hiệu quả.

Lớp Cảm biến (Sensing Layer)

Lớp cảm biến đóng vai trò nền tảng trong hệ thống IoT, nơi diễn ra quá trình thu thập dữ liệu từ môi trường vật lý. Độ chính xác của cảm biến và tần suất thu thập dữ liệu là những yếu tố quyết định chất lượng thông tin đầu vào. Các cảm biến hiện đại được thiết kế với khả năng hoạt động trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, đồng thời đảm bảo hiệu quả năng lượng và tuổi thọ pin cao. Công nghệ tự hiệu chuẩn và bảo trì đã giúp giảm thiểu chi phí vận hành và tăng độ tin cậy của hệ thống.

Lớp Mạng (Network Layer)

Lớp mạng đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo truyền tải dữ liệu an toàn và hiệu quả. Băng thông và độ trễ truyền tải là những thông số quan trọng cần được tối ưu hóa để đảm bảo tính thời gian thực của hệ thống. Các công nghệ chống nhiễu tiên tiến giúp đảm bảo chất lượng tín hiệu trong mọi điều kiện. Tiêu chuẩn bảo mật và mã hóa được áp dụng nghiêm ngặt để bảo vệ dữ liệu trong quá trình truyền tải.

Lớp Xử lý (Processing Layer)

Tại lớp xử lý, dữ liệu thô được chuyển hóa thành thông tin có giá trị thông qua các thuật toán tinh vi. Công nghệ xử lý thời gian thực cho phép hệ thống IoT phản ứng nhanh chóng với các thay đổi trong môi trường. Quá trình lọc và làm sạch dữ liệu được thực hiện tự động để đảm bảo chất lượng thông tin đầu ra. Sự tích hợp của AI và Machine Learning đã nâng cao khả năng phân tích và dự đoán của hệ thống.

Lớp Ứng dụng (Application Layer)

Lớp ứng dụng là nơi người dùng tương tác trực tiếp với hệ thống IoT thông qua các giao diện trực quan và thân thiện. Khả năng tùy chỉnh cao cho phép đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng. Các API chuẩn và khả năng mở rộng giúp tích hợp dễ dàng với các hệ thống khác. Hệ thống bảo mật đa lớp và quản lý quyền truy cập chặt chẽ đảm bảo an toàn cho người dùng.

Ứng dụng của hệ thống IoT

Ứng dụng của hệ thống IoT trong logistics

Hãy tưởng tượng một nhà kho khổng lồ từng được vận hành bởi hàng trăm nhân công, giờ đây lại vận hành gần như hoàn toàn tự động và thông minh nhờ mô hình 5 lớp IoT. Từ khâu nhập kho đến quản lý dữ liệu tồn kho, mọi quy trình đều được giám sát và điều khiển một cách chính xác, liền mạch. Mỗi lớp trong hệ thống là một “mắt xích” kết nối, tạo nên một chuỗi quản lý logistics hiệu quả, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa và nâng cao năng lực quản lý kho một cách ngoạn mục.

Lớp 1 – Cảm biến: Các thiết bị IoT như máy quét, drone, và AGV hoạt động liên tục, giám sát toàn bộ kho như “đôi mắt” sắc bén, thu thập thông tin chi tiết về hàng hóa. Lớp này đảm bảo dữ liệu luôn chính xác, kịp thời để hỗ trợ các quyết định tiếp theo.

Lớp 2 – Kết nối: Dữ liệu từ cảm biến được truyền đi qua mạng kết nối như mạch máu, giúp toàn bộ thiết bị IoT trong kho tương tác liên tục và đồng bộ. Lớp này đảm bảo dữ liệu không bị gián đoạn, duy trì sự liền mạch trong toàn bộ kho.

Lớp 3 – Đám mây IoT: Dữ liệu từ kho được lưu trữ và phân tích trong đám mây IoT, nơi tập trung và xử lý lượng dữ liệu lớn. Đám mây cung cấp cái nhìn toàn diện về tồn kho, xu hướng luân chuyển và tình trạng hàng hóa.

Lớp 4 – ERP tích hợp với hybrid computing: Hệ thống ERP tích hợp ngay sau đám mây IoT, sử dụng hybrid computing – kết hợp fog computing để xử lý nhanh tại hiện trường và cloud computing cho lưu trữ dài hạn. Nhờ vậy, doanh nghiệp có thể ra quyết định tức thì mà vẫn đảm bảo khả năng mở rộng và lưu trữ lâu dài.

Ứng dụng của hệ thống IoT trong sản xuất 

Trong logistics đã tự động hóa tuyệt vời đến vậy, hệ thống IoT trong sản xuất còn đáng kinh ngạc hơn. Khung cảnh một nhà máy với hàng trăm nghìn nhân công sẽ dần trở nên hiếm hoi trong thập kỉ tiếp theo. Hãy tìm hiểu xem hệ thống IoT đang thay thế con người trong quy trình sản xuất như thế nào với ví dụ trực quan dưới đây:

Lớp 1 – Cảm biến và hành động: Tại lớp này, các thiết bị cảm biến đóng vai trò là “mắt” và “tai” của hệ thống, giúp thu thập thông tin từ môi trường thực. Trong hình, robot vận chuyển và băng chuyền tự động đều được trang bị cảm biến để nhận diện vị trí và trạng thái hàng hóa. Cảm biến này cung cấp dữ liệu quan trọng về vị trí, khối lượng, và điều kiện của sản phẩm, tạo nền tảng cho việc phân tích ở các lớp sau.

Lớp 2 – Kết nối: Lớp này là “xương sống” của hệ thống IoT, đảm bảo tất cả các thiết bị và cảm biến có thể giao tiếp với nhau. Kết nối không dây đóng vai trò truyền tải dữ liệu từ máy quét, băng chuyền và các robot đến hệ thống trung tâm. Mạng không dây này giúp các thiết bị trao đổi thông tin theo thời gian thực, đảm bảo hệ thống hoạt động liền mạch và liên tục.

Lớp 3 – Xử lý dữ liệu: Đây là lớp mà “não bộ” của hệ thống IoT hoạt động, với sự hỗ trợ của công nghệ Big Data và AI. Tại lớp này, dữ liệu từ lớp cảm biến được thu thập và phân tích. Công nghệ AI giúp nhận diện sản phẩm lỗi và phát hiện sự cố, từ đó gửi cảnh báo kịp thời về trung tâm điều khiển. Điều này cho phép hệ thống nhận diện các xu hướng và bất thường, hỗ trợ việc ra quyết định một cách chính xác và hiệu quả.

Lớp 4 – Ứng dụng: Tiếp đến ở lớp 4, các giải pháp như kiểm tra chất lượng sản phẩm và điều khiển từ xa được thực hiện Kỹ thuật viên có thể giám sát các hoạt động trên và kiểm tra robot thông qua giao diện điều khiển, đồng thời trao đổi với hệ thống ERP để đưa dữ liệu lên và nhận lệnh của tầng quản trị.

Tìm hiểu thêm về các ứng dụng thú vị của hệ thống IoT trong sản xuất tại đây.

Kết luận

Bài viết đã trả lời câu hỏi Hệ thống IoT là gì, Hệ thống IoT gồm những gì với hai ví dụ trực quan cụ thể. Nhìn chung, hệ thống IoT mang đến lợi ích vượt trội cho nhà máy với khả năng tự động hóa, giám sát chính xác, và tối ưu hóa quy trình, giúp tiết kiệm chi phí, tăng năng suất, giảm sai sót và nâng cao chất lượng sản phẩm. Các nhà máy từ đó chuyển đổi từ sản xuất truyền thống sang sản xuất “thông minh”, nơi dữ liệu và tự động hóa dẫn dắt mọi quyết định.

Tuy nhiên, không có cấu trúc IoT chuẩn cho mọi doanh nghiệp. Mỗi hệ thống cần được tùy chỉnh linh hoạt dựa trên nhu cầu cụ thể và có thể cần tư vấn chuyên gia để tối ưu hiệu quả. VTI Solutions tự hào đồng hành cùng doanh nghiệp từ khâu đánh giá, thiết kế đến triển khai IoT, đảm bảo giải pháp phù hợp và hiệu quả cao nhất. Với đội ngũ chuyên gia dày dạn kinh nghiệm, chúng tôi cam kết đem đến giải pháp IoT “may đo” cho từng doanh nghiệp.

Liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn chi tiết và nhanh chóng!

5432100/5 - (0 bình chọn)