TRIỂN KHAI IOT VÀ NHỮNG THÁCH THỨC PHẢI GIẢI QUYẾT
Có thể bạn đang nghĩ một ứng dụng app điều khiển đèn, máy bơm, relay hay đọc nhiệt độ hiển thị lên màn hình là 1 hệ IoT. Điều đó không sai, nhưng chưa đủ khi nói về 1 hệ IoT. Sau bài viết này, có lẽ bạn sẽ thay đổi cách mình nhìn nhận thế nào là một hệ IoT rộng lớn.
Việc triển khai IoT đang mở rộng, từ các ứng dụng dựa trên người tiêu dùng như thiết bị nhà thông minh và thiết bị đeo, đến các ứng dụng trong các lĩnh vực an toàn công cộng, ứng phó khẩn cấp, tự động hóa công nghiệp, xe tự hành, y tế,… Nhiều lĩnh vực quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến mạng sống hoặc cả hệ thống kinh doanh- vì vậy điều cần thiết là phải làm đúng ngay từ đầu.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét một số chiến lược và phương pháp tốt nhất để triển khai IoT, đồng thời xem xét những thách thức phải vượt qua trước, trong và sau khi triển khai.
Ba bước để triển khai IoT
Nhiều yếu tố góp phần vào triển khai thành công hệ thống IoT và các thiết bị được kết nối, bao gồm :
- Bảo mật
- Khả năng tương tác dữ liệu
- Sức mạnh hoặc khả năng xử lý
- Khả năng mở rộng
- Tính khả dụng.
Có một chiến lược chung để thực hiện, bao gồm ba giai đoạn:
1. Tham vấn – Khảo sát
Sau khi xác định liệu bạn sẽ mua cơ sở hạ tầng IoT hay tự xây dựng, điều cần thiết trước tiên là tham khảo ý kiến của đơn vị sẽ vận hành hệ thống, họ là nhóm nội bộ hoặc nhóm bên ngoài chịu trách nhiệm điều hành dự án và thiết lập lộ trình triển khai IoT của bạn.
Bạn sẽ cần xem xét các yếu tố như trạng thái sẵn sàng hiện tại và những gì dự án cần để thu hồi lại chi phí phát triển. “Đánh giá mức độ sẵn sàng” của bạn nên bao gồm các tính toán về chi phí, giá trị và ROI (Return On Investment – Lợi tức đầu tư).
Ở giai đoạn này, bạn nên chạy thử nghiệm (pilot testing) một vài chương trình, phần cứng để kiểm tra tính khả thi các ý tưởng và cung cấp cơ sở vững chãi để trình bày với ban giám đốc chấp thuận dự án và lấy những nguồn lực cần thiết cho dự án (vốn, con người, không gian,…).
2. Phát triển
Trong giai đoạn phát triển, bạn nên tối ưu hóa các kế hoạch ban đầu được tạo trong quá trình tư vấn, để có hiệu suất, chi phí và lộ trình nhanh nhất đến thị trường.
Đây cũng là khoảng thời gian mà bạn hoặc các đối tác bên ngoài sẽ xây dựng nền tảng đám mây (Cloud platform) và thiết lập khung phân tích. Các quy trình này thường liên quan đến việc thiết lập cấu hình nền tảng phân tích, dịch vụ nhận diện, trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học (ML) để xử lý các đặc trưng liên quan đến doanh nghiệp của bạn (hình ảnh, dữ liệu số, chữ, âm thanh,…) và phát triển giao diện cho nền tảng web, ứng dụng và trực quan hóa dữ liệu hướng tới người tiêu dùng.
Cũng nên xem xét việc quản lý thiết bị, kết nối và cách các tính năng này sẽ thay đổi trong vòng đời (life-cycle) triển khai IoT của bạn.
3. Triển khai
Giai đoạn tư vấn phải mang lại sự đảm bảo nhóm phát triển của bạn hoặc các đối tác bên ngoài (như Pyroject) có thể cài đặt, hỗ trợ và bảo dưỡng tất cả cơ sở hạ tầng và thiết bị cần thiết trong giai đoạn triển khai quan trọng ban đầu.
Pha triển khai sẽ cần sự quan tâm cao độ của bạn trong kế hoạch và tầm nhìn, thông qua các mảng:
- Bảo mật và quyền riêng tư dữ liệu,
- Thử nghiệm và hỗ trợ khả năng tương tác,
- Dự trữ phần cứng để sao lưu và mở rộng,
- Hỗ trợ khách hàng,
- Hỗ trợ kỹ thuật cho wi-fi hoặc mạng di động,
- Gateway, giao diện web,
- Ứng dụng và nền tảng đám mây của bạn.
Triển khai IoT ở quy mô lớn
Dù cho các thành phố thông minh, các doanh nghiệp kết nối toàn cầu, hệ thống giao thông thông minh và hệ sinh thái của các thiết bị đeo đang ở trước mắt, việc triển khai IoT quy mô lớn cũng cần phải được chú ý kỹ.
Có 5 yếu tố chính phải xem xét khi muốn làm IoT quy mô lớn:
1. Thiết bị
Đối với việc triển khai IoT quy mô lớn hơn, phải sẵn sàng cho hỗn hợp các thiết bị cũ, mới sử dụng các công nghệ khác nhau và phục vụ nhiều mục đích cùng kết nối vào hệ IoT của bạn. Sự đa dạng này làm cho khả năng tương tác thông tin trở thành một yêu cầu quan trọng.
Nên tránh việc triển khai một hệ thống IoT chỉ hoạt động với một nhà cung cấp, một nền tảng hoặc một công nghệ. Điều này sẽ bảo vệ bạn khỏi các vấn đề không tương thích thiết bị và chống độc quyền.
2. Tính Kết nối
Chuẩn kết nối của bạn phải hỗ trợ mạng lưới các thiết bị có nhu cầu kết nối (Điển hình như MQTT hay HTTPs). Mặc dù nhiều nơi triển khai mặc định là Wi-Fi, nhưng một dự án có thể có nhu cầu cụ thể khác hoặc yêu cầu kết nối ở những khu vực không có Wi-Fi. Trong những trường hợp như vậy, kết nối di động (GSM/3G/4G/5G) có thể là một lựa chọn ưu tiên tốt, vì nó cung cấp mức tiêu thụ điện năng thấp, tuổi thọ pin lâu hơn cho các thiết bị IoT cũng như khả năng truy cập mạng cũng dễ dàng.
3. Quản lý thiết bị
Với việc triển khai IoT liên quan đến hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu thiết bị được kết nối, cùng thực hiện các hoạt động cơ bản, ngay cả như cấu hình, cập nhật bản vá bảo mật và bảo trì, có thể gặp vấn đề – đặc biệt nếu khả năng truy cập vật lý vào các thiết bị bị hạn chế (Ví dụ thiết bị được lắp ở vùng hẻo lánh, xa xôi hay đang chạy trong 1 kho đông lạnh,…).
Tính kết nối, tiêu chuẩn ngành và các giao thức là các yếu tố rất thiết yếu trong việc quản lý thiết bị ở quy mô lớn. Chọn các tiêu chuẩn mở được quản lý chặt (như COAP hay HTTPs hay MQTT) và được phát triển cho ngành IoT là cách an toàn nhất.
Các giao thức mạnh mẽ, linh hoạt và đáng tin cậy sẽ cho phép giải pháp quản lý thiết bị của bạn đối phó với bất kì phạm vi triển khai nào và bất kỳ thay đổi nào có thể ảnh hưởng đến nó trong tương lai (điển hình giao thức TCP/IP đã và sẽ thống trị nhiều thập kỷ).
4. Xử lý dữ liệu
Mặc dù người ta thường phân chia dữ liệu thu được ở quy mô lớn thành các hệ nhỏ hơn để có thể quản lý, nhưng điều này có thể dẫn đến việc tạo ra các khối dữ liệu không có kết nối gì với nhau. Giống như việc có 6 cái nhà máy, nhưng dữ liệu ở đâu thì lưu ở đó.
Thay vào đó, tất cả dữ liệu phải được tổng hợp và có thể truy cập thông qua một nền tảng tập trung. Giúp cho người quản trị có một cái nhìn “toàn cảnh” về hệ thống đang triển khai. Thay vì lưu cục bộ, 6 nhà máy có thể nối chung vào 1 database, từ đó học hỏi, chia sẻ dữ liệu qua lại với nhau.
5. Nền tảng quản lý linh hoạt
Vô số thiết bị tích hợp cảm biến, thiết bị truyền động, gateway, PLC,… đang thu thập hàng đống dữ liệu mỗi giây, mỗi ngày, chúng đòi hỏi một nền tảng đa năng để quản lý tất cả. Nền tảng này phải đủ linh hoạt để đáp ứng các giải pháp khác nhau và có thể thích ứng với những thay đổi trong tương lai.
Thách thức khi triển khai IoT
Các thách thức triển khai IoT chính thường được tóm tắt là “5C của IoT”, như sau:
Khả năng Kết nối - Connectivity
Duy trì các luồng thông tin liên tục đến và đi từ các thiết bị, cơ sở hạ tầng, ứng dụng và đám mây là yếu tố quan trọng để triển khai IoT thành công – đặc biệt là khi các hoạt động quan trọng liên quan y tế hay vận hành của nhà máy. Sự phức tạp của kết nối không dây (như Bluetooth, Zigbee, LoRA,…) trong khi những bộ tiêu chuẩn vẫn đang phát triển, có thể làm phức tạp thêm vấn đề quản lý hàng loạt thiết bị.
Điển hình như trong ứng dụng nhà thông minh (smart home). Bạn có thể dùng gateway zigbee để giao tiếp với nút nhấn, bóng đèn, rèm cửa và truyền dữ liệu đến cloud. Như vậy tiết kiệm được băng thông internet cho router. Nhưng có nhiều thiết bị (như của Tuya hay Lumi) lại kết nối trực tiếp vào mạng wifi của gia đình, tuy có tiện và rẻ hơn nhưng gây áp lực lên hệ thống internet gia đình.
Do vậy, nên thiết kế sản phẩm, giải pháp có kết nối linh hoạt hơn và thử nghiệm trước loại sóng hay dây nào phù hợp để đáp ứng thách thức này. Các giải pháp phải đơn giản, chi phí thấp và có khả năng ứng dụng trong cả giai đoạn R&D và sản xuất.
Ví dụ công nghệ LoRA phù hợp cho ứng dụng truyền xa, tần số dữ liệu thấp, Zigbee phù hợp cho nông nghiệp hoặc smart-home hay kết nối dây Ethernet / RS485 kết hợp gateway sẽ phù hợp trong nhà máy hơn kết nối không dây.
Sự liên tục - Continuity
Phần này chủ yếu liên quan đến tuổi thọ pin và các phương pháp kéo dài thời gian hoạt động cho các thiết bị IoT, đảm bảo nguồn dữ liệu liên tục. Thời lượng pin dài là một thuộc tính đáng mong muốn đối với người mua các thiết bị IoT. Trong công nghiệp, tuổi thọ pin kỳ vọng thường là năm hoặc mười năm. Và đối với các thiết bị IoT y tế như máy điều hòa nhịp tim, lỗi pin là có lỗi với gia đình bệnh nhân.
Để kéo dài tuổi thọ pin và đảm bảo tính liên tục, các nhà thiết kế mạch tích hợp (IC) cần thiết kế các mạch có chế độ ngủ sâu (deep sleep) tiêu thụ dòng điện tối thiểu, giảm tốc độ xung nhịp và tập lệnh thực thi. Ngoài ra, thiết kế hệ thống hoạt động trên điện áp pin thấp sẽ tốt hơn vì kích thước pin sẽ nhỏ, thời gian lâu hơn (như pin Li-Po hoặc Li-ion thường có điện áp 3.7V hoặc 1.2V)
Hơn hết, đây là thách thức rất lớn nếu các thiết bị IoT hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, xa xôi hay dữ liệu đánh giá năng suất hoặc thậm chí là mạng sống (như phẫu thuật từ xa qua camera). Đảm bảo tính liên tục giúp dữ liệu có dòng chảy và ý nghĩa hơn.
Tính tuân thủ - Compliance
Làm một sản phẩm chạy được cho bản thân sử dụng dễ hơn gấp nhiều lần một sản phẩm cho hàng ngàn người dùng. Các thiết bị, phần mềm IoT được thiết kế hướng đến lượng người dùng cao nên cần tuân theo các tiêu chuẩn để giảm thiểu rủi ro.
Có các tiêu chuẩn vô tuyến (radio) và các quy định toàn cầu mà các thiết bị IoT phải tuân thủ (như dải tần radio phải đăng kí trước khi sử dụng, mạng di động (cellular) phải được đăng ký chính chủ).
Các thiết bị, hệ thống khi đưa vào sử dụng phải được kiểm tra tính tuân thủ (có thể liên hệ cơ quan quản lý trong khu vực hoặc cơ sở kiểm định như Quatest 2, Quatest 3,…) bao gồm các bài kiểm tra tiêu chuẩn vô tuyến và các bài kiểm tra tuân thủ quy định RF, EMC và SAR.
Việc tuân thủ chuẩn có thể phức tạp và tốn nhiều thời gian, thường đòi hỏi các nhà thiết kế và nhà sản xuất phải tìm kiếm các giải pháp kiểm tra nội bộ trước khi mang đi kiểm định để đáp ứng lịch trình phát hành sản phẩm.
Tuy khó nhưng các quy chuẩn giúp bảo vệ người vận hành, sở hữu các rủi ro kỹ thuật, rủi ro pháp lý, đồng thời tăng uy tín cho sản phẩm. Đôi khi, phát triển sản phẩm theo chuẩn nào đó sẽ tiết kiệm chi phí nghiên cứu hơn.
Cùng tồn tại - Coexistence
Sự tắc nghẽn không dây hoặc quá tải của các kênh vô tuyến là hệ quả hiển nhiên của hàng nghìn thiết bị IoT, thiết bị dân dụng (điện thoại, laptop,…) khi cạnh tranh băng thông (thường gặp ở hệ IoT smart-home sử dụng kênh truyền wifi, Bluetooth).
Cơ quan quản lý tiêu chuẩn đã phát triển các phương pháp thử nghiệm để đánh giá hoạt động của thiết bị khi có các tín hiệu khác.
Ngay cả sử dụng mạng có dây cũng có thể tắc nghẽn ở khả năng xử lý của router hay switch. Khi lượng dữ liệu đổ về quá nhiều, có quá nhiều yêu cầu đọc/lưu SQL, yêu cầu đọc/ghi Modbus, với tần suất cao (ví dụ 1 ms 1 lần), khả năng treo mạng nội bộ hoặc nghẽn cục bộ rất dễ xảy ra (điển hình ở nhà máy).
Đối với việc triển khai IoT, kiểm tra khả năng cùng tồn tại là rất quan trọng, phải đo lường và đánh giá cách một thiết bị sẽ hoạt động trong môi trường đông đúc, tín hiệu hỗn hợp và đánh giá nguy cơ tiềm ẩn đối với việc duy trì hiệu suất không dây khi có các tín hiệu không mong muốn (ví dụ như nhiễu – có thể từ động cơ, máy móc hoặc môi trường).
An ninh mạng - Cybersecurity
Cho đến nay, có rất ít nghiên cứu, hoạt động được thực hiện để giải quyết các lỗ hổng khi nạp firmware qua mạng (over-the-air), hay còn gọi OTA, gây ra cho các thiết bị IoT. OTA và các lỗ hổng điểm cuối (endpoint) tiềm ẩn cần được xác định bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu được cập nhật thường xuyên về các mối đe dọa hoặc cuộc tấn công đã biết và các thiết bị phải được kiểm tra trên cơ sở các tiêu chí tương tự để phát hiện phản ứng và bất thường.
Bảo mật có thể thực hiện ngay trên phần cứng, firmware (sử dụng tài khoản, mật khẩu để cấu hình thiết bị), trên đường truyền (mã hóa TLS/SSL), trên server,… Tuy tốn kém ban đầu để phát triển nhưng về sau bạn sẽ bớt rủi ro đi rất nhiều. Đừng để “mất bò mới lo làm chuồng”
Kết luận
Tóm lại, để triển khai cho khách hàng bất kỳ hệ IoT nào có nhiều hơn bản thân bạn sử dụng thì cần:
- Đi qua 3 bước thực hiện (Tham vấn – Phát triển – Triển khai),
- Tiếp tục cân nhắc 5 yếu tố chính (Thiết bị – Tính kết nối – Quản lý thiết bị – Xử lý dữ liệu – Nền tảng linh hoạt) để định hình chất lượng hệ IoT.
- Liên tục xem xét thách thức 5C (Khả năng kết nối – Tính liên tục – Tính tuân thủ – Cùng tồn tại – Bảo mật)
(Bài viết được dịch và bổ sung từ IoT Deployment and its Challenges – Brought To You By ITChronicles – Vì chúng tôi đã đăng ký bản quyền nội dung cho website nên nếu copy hay re-post ở website khác, bạn hãy ghi nguồn từ pyroject.com nhé )
Pyriot M2C sẽ cung cấp và hỗ trợ cho bạn 4 yếu tố: Thiết bị – Kết nối – Quản lý thiết bị – Xử lý dữ liệu. Vì vậy đừng ngại liên hệ chúng tôi để được tham vấn nhé!
