Áp dụng học tăng cường cho giám sát lưu lượng trong mạng iot dựa trên sdn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN

PHẠM THỊ MỸ SEN

ÁP DỤNG HỌC TĂNG CƯỜNG CHO GIÁM
SÁT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG IOT DỰA
TRÊN SDN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

ĐÀ NẴNG – 2022


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN

PHẠM THỊ MỸ SEN

ÁP DỤNG HỌC TĂNG CƯỜNG CHO GIÁM
SÁT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG IOT DỰA
TRÊN SDN
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 8480101

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Gia Trí

ĐÀ NẴNG – 2022

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện và hoàn thành bài luận văn này, tôi đã nhận được sự hỗ trợ,
quan tâm của của nhiều cán bộ thầy cô giáo Trường Khoa học máy tính, Đại học
Duy Tân và sự giúp đỡ, tạo điều kiện về vật chất và tinh thần từ phía gia đình, bạn
bè và các đồng nghiệp, đặc biệt là sự hướng dẫn, hỗ trợ của thầy TS Nguyễn Gia
Trí. Luận văn cũng được hồn thành dựa trên sự tham khảo, học tập kinh nghiệm từ
các kết quả nghiên cứu liên quan, các sách, báo chuyên ngành của nhiều tác giả ở
các trường Đại học, các tổ chức nghiên cứu, tổ chức chính trị…
Trước hết, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Gia Trí, người
trực tiếp hướng dẫn bài luận văn đã luôn dành nhiều thời gian, công sức hướng dẫn
tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hồn thành bài luận văn này. Tôi xin trân
trọng cám ơn các thầy cô giáo cơng tác trong trường đã tận tình truyền đạt những
kiến thức q báu, giúp đỡ tơi trong q trình học tập và nghiên cứu.
Tuy có nhiều cố gắng, nhưng trong bài luận văn này khơng tránh khỏi những
thiếu sót. Tơi kính mong q thầy cơ, các chun gia, những người quan tâm đến đề
tài, đồng nghiệp, tiếp tục có những ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài được hồn
thiện hơn. Một lần nữa tơi xin chân thành cám ơn!
Đà Nẵng, ngày 5 tháng 9 năm 2022
Tác giả luận văn

PHẠM THỊ MỸ SEN


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và
kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề
tài khác.

Đà Nẵng, ngày 5 tháng 9 năm 2022
Tác giả luận văn

PHẠM THỊ MỸ SEN


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................ii
MỤC LỤC............................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT............................................vi
DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................viii
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
1.Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu...........................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu......................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................2
5. Bố cục của luận văn...........................................................................................2
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS (IoT) VÀ
SOFTWARE DEFINE NETWORKING (SDN)...................................................3
1.1. Tổng quan về Internet of Things.....................................................................3
1.1.1 Khái niệm IoT............................................................................................3
1.1.2 Lịch sử hình thành của IoT........................................................................4
1.1.3 Cơ sở kỹ thuật của IoT...............................................................................5


1.1.4 Các ứng dụng của Internet of Things.........................................................9
1.1.5 Các thách thức trong IoT.........................................................................12
1.2. Software Define Networking (SDN).............................................................13

1.2.1. Khái nhiệm SDN.....................................................................................13
1.2.2. Kiến trúc SDN.........................................................................................16
1.2.3. Nguyên lý hoạt động của SDN................................................................17
1.2.4. Lợi ích của các giải pháp SDN...............................................................18
1.2.5. Đảm bảo an ninh mạng SDN..................................................................20
1.3. Tóm lượt chương 1........................................................................................22
Chương 2. ÁP DỤNG HỌC TĂNG CƯỜNG GIÁM SÁT LƯU LƯỢNG
TRONG MẠNG IOT DỰA TRÊN SDN..............................................................23
2.1. Học tăng cường.............................................................................................23
2.1.1 Ý tưởng chung của phương pháp học tăng cường....................................23
2.1.2 Ưu điểm, nhược điểm của Reinforcement Learning.................................26
2.1.3 Ứng dụng của Reinforcement Learning...................................................27
2.1.4 Phân loại thuật toán học tăng cường.......................................................28
2.2. Thuật toán Q-Learning..................................................................................29
2.2.1 Ý tưởng thuật toán Q-learning.................................................................29
2.2.2 Các biến thể của Q-learning....................................................................31


2.3. Áp dụng Q-learning giám sát lưu lượng trong mạng IoT dựa trên SDN.......32
2.3.1 Mơ hình hệ thống.....................................................................................32
2.3.2 Mơ hình bài tốn......................................................................................35
2.3.3 Áp dụng Q-learning.................................................................................38
2.4. Tóm lượt chương 2........................................................................................40
Chương 3. MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KÉT QUẢ.........................................41
3.1. Thiết lập mơ phỏng.......................................................................................41
3.2. Đánh giá kết quả............................................................................................42
3.2.1 Hiệu quả tránh tràn mặt phẳng dữ liệu....................................................42
3.2.2 Hiệu quả về hiệu năng mạng....................................................................44
KẾT LUẬN............................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Nghĩa tiếng Anh
IoT
Internet of things
RFID
Radio Frequency Identification
EPC
Electronic Product Code
International Telecommunications
ITU
Union
D2D
Device to Device
S2S
Server to Server
D2S
Device to Server
MQTT
Message Queue Telemetry Transport
Extensible Messaging và Presence
XMPP
Protocol
Software-Defined Networking
SDN
API
CP

DP
ASIC
SD-WAN
HSM
RL
DRL
AI
MDP
DoS
DDoS
IDS
TCP/ IP
VLAN
VPN

Nghĩa tiếng Việt
Internet của vạn vật
Định nghĩa tần số vô tuyến
Mã sản phẩm điện tử
Liên minh Viễn thông Quốc tế

Giao thức truyền thông điệp
Giao thức truyền thông điệp
Mạng điều khiển bằng phần

mềm
Application Programming Interface
Giao diện lập trình
Control Plane
Mặt phẳng điều khiển

Data forwarding plane
Mặt phẳng chuyển tiếp dữ liệu
Application Specific Integrated Circuit Mạng tích hợp chuyên dụng
Software Define Wide Area Network Mạng diện rộng phần mềm định
Hardware Security Modules
Reinforcement Learning
Deep Reinforcement Learning
Artificial intelligence
Markov Decision Process
Denial of Service
Distributed Denial of Service

nghĩa
Mô-đun bảo mật phần cứng
Học tăng cường
Học tăng cường sâu
Trí tuệ nhân tạo
Quy trình quyết định Markov
Tấn cơng từ chối dịch vụ
Tấn công từ chối dịch vụ phân

Intrusion Detection Systems
Transmission Control Protocol/

tán
Hệ thống phát hiện xâm nhập
Giao thức điều khiển truyền

Internet Protocol
VLAN Virtual Local Area Network

Virtual Private Network

nhận/ Giao thức liên mạng
Mạng riêng ảo
Mạng riêng ảo


DANH MỤC HÌNH VẼ


1

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Với sự phát triển của Internet, smartphone và đặc biệt là các thiết bị cảm biến,
Internet of Things (IoT) đang trở thành xu hướng mới của thế giới ngày nay. IoT là
một công nghệ mới nhằm kết nối các thiết bị thông minh theo kiểu không đồng
nhất. Những năm gần đây, IoT đã trở thành môi trường kết nối giữa các thiết bị
thông minh với các hệ thống cơng nghiệp. Bằng cách đó, dữ liệu lớn ngày càng
được tạo ra nhiều hơn trong môi trường IoT, trong đó một số loại dữ liệu có thể
được thu thập cho các dịch vụ trong nhiều ứng dụng. Ví dụ như nhà thơng minh,
chăm sóc sức khỏe, thành phố thông minh, và ngành công nghiệp tự động. Ngồi ra,
những tiến bộ gần đây trong cơng nghệ phần cứng, phần mềm, mạng và máy móc
đều góp phần vào sự phát triển của IoT. Tuy nhiên, IoT cũng tồn tại nhiều thách
thức khác nhau trong quản lý và điều khiển mạng như kỹ thuật giám sát lưu lượng
và dò tìm lỗi.
Do đó, một trong những điều đáng lưu tâm là phải có được một cơ chế có thể
tự động cung cấp khả năng giám sát lưu lượng chi tiết, điều này giúp hỗ trợ các ứng
dụng khác nhau yêu cầu thông tin lưu lượng chi tiết từ các mạng IoT. Tuy nhiên, sự
cần thiết cơ bản này còn nhiều thách thức để đạt được do sự đa dạng của các loại

lưu lượng IoT trong môi trường chung. Gần đây, mạng định nghĩa bởi phần mềm
(SDN) đã được giới thiệu là một công nghệ đột phá trong các ngành viễn thơng với
những ưu điểm vượt trội liên quan đến tính linh hoạt trong điều khiển và quản lý
mạng. Đặc biệt, SDN giới thiệu một cách tiếp cận thiết kế và quản lý mới cho
mạng. Đặc điểm chính của mơ hình này là sự tách biệt của mặt phẳng điều khiển và
mặt phẳng dữ liệu. Bộ điều khiển SDN thực hiện quyết định, trong khi các switch
SDN xử lý chuyển tiếp dữ liệu và giao tiếp giữa hai mặt phẳng được thực hiện
thơng qua các API. Do đó, sự phát triển của SDN đã cho phép áp dụng các tính
năng và khả năng mới cho các mạng IoT để khắc phục những hạn chế hiện tại của
chúng trong việc kiểm soát và giám sát lưu lượng mạng.


2

Việc tối ưu hệ thống giám sát lưu lượng để tối đa hóa và cung cấp sự cân bằng
về khả năng giám sát, tức là mức độ chi tiết của thống kê lưu lượng, cho nhiều
nhóm lưu lượng trong IoT dựa trên SDN là một chủ đề quan trọng cần tiến hành
nghiên cứu. Do vậy tôi đã lựa chọn đề tài: “Áp dụng học tăng cường cho giám sát
lưu lượng trong mạng IoT dựa trên SDN” làm luận văn tốt nghiệp.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Luận văn này gồm có các mục tiêu sau:
- Tìm hiểu lý thuyết tổng quan về IoT, SDN, các kỹ thuật và mơ hình kết hợp
mạng IoT dựa trên SDN.
- Nghiên cứu thuật toán học tăng cường, cụ thể là thuật toán Q-learning để
nâng cao khả năng giám sát lưu lượng trong mạng IoT dựa trên SDN.
- Nghiên cứu và mơ phỏng thuật tốn để thực nghiệm kết quả việc áp dụng
thuật toán học tăng cường cho mơ hình mạng IoT dựa trên SDN.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: mạng IoT, cơng nghệ mạng SDN, thuật tốn Qlearning.
- Phạm vi nghiên cứu: mạng IoT dựa trên SDN.

4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích và tổng hợp: phân tích đối tượng nghiên cứu để xây
dựng mơ hình và tổng hợp các yếu tố cấu thành.
- Phương pháp thực nghiệm: xây dựng mô phỏng để thu thập kết quả đánh giá.
5. Bố cục của luận văn
Với mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu như trên, bố cục luận văn
được xây dựng gồm phần mở đầu, 3 chương nội dung chính, và phần kết luận.
Chương 1: Tổng quan về Internet of Things (IoT) và Software Define
Networking (SDN)


3

Chương 2: Thuật toán học tăng cường giám sát lưu lượng mạng IoT dựa trên
SDN
Chương 3: Mô phỏng và đánh giá kết quả
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ INTERNET OF THINGS (IoT) VÀ
SOFTWARE DEFINE NETWORKING (SDN)
1.1. Tổng quan về Internet of Things
1.1.1 Khái niệm IoT
Internet of Things (IoT) là mạng lưới vạn vật kết nối Internet, khi mà mỗi đồ
vật, con người được cung cấp một mã định danh của riêng mình, tất cả có khả năng
truyền tải, trao đổi thơng tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự
tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính[1]. IoT đã phát
triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. IoT
là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới
bên ngoài để thực hiện một cơng việc nào đó[2].


4

Hình 1.1 Internet of Things

1.1.2 Lịch sử hình thành của IoT
 Hình thái sơ khai
IoT được đưa ra bởi các nhà sáng lập của MIT Auto-ID Center đầu tiên, năm
1999 Kevin Ashton đã đưa ra cụm từ Internet of Things nhằm để chỉ các đối tượng
có thể được nhận biết cũng như sự tồn tại của chúng. Thuật ngữ Auto-ID chỉ tới bất
kỳ một lớp rộng của các kỹ thuật xác minh sử dụng trong cơng nghiệp để tự động
hóa, giảm các lỗi và tăng hiệu năng. Các kỹ thuật đó bao gồm các mã vạch, thẻ
thơng minh, cảm biến, nhận dạng tiếng nói, và sinh trắc học. Từ năm 2003 Kỹ thuật
Auto-ID trong các hoạt động chính là Radio Frequency Identification – RFID[3].
Đỉnh cao của Auto-ID Center là vào tháng 9/2003, khi hội nghị chuyên đề EPC
(Electronic Product Code) tổ chức tại Chicago (Illinois, Mỹ) đánh dấu sự xuất hiện
chính thức của hệ thống mạng EPC - một cơ sở hạ tầng kỹ thuật mở cho phép các


5

máy tính tự động xác định các vật thể nhân tạo và theo dõi chúng khi chúng đi từ
nhà máy tới trung tâm phân phối để lưu trữ trên các giá[5]. Hội nghị được hỗ trợ bởi
nhiều công ty lớn trên thế giới như đại diện cho thực phẩm, hàng hóa tiêu dùng,
cơng nghiệp bán lẻ, vận tải và dược phẩm, trong số nhiều đại diện khác, sự nổi bật
của RFID cho thấy nó sẽ trở thành chìa khóa cho phép các kỹ thuật để phát triển
kinh tế trong 55 năm tới. Xem xét hội nghị trong các giai đoạn lịch sử, Kevin
Ashton đã dự đoán sự thay đổi từ máy tính xử lý thơng tin sang máy tính có cảm
nhận.
Mục đích của phịng Lab Auto-ID là phát triển một mạng lưới kết nối các
máy tính với các vật thể, không chỉ phần cứng hay phần mềm để vận hành mạng,
mà là mọi thứ cần thiết để tạo ra Internet of Things, bao gồm phần cứng phù hợp,

phần mềm mạng, các giao thức, và các ngôn ngữ mô tả các đối tượng theo các cách
máy tính có thể hiểu được.
Khái niệm Internet of Things trở nên rõ ràng vào năm 2005 khi International
Telecommunications Union - ITU công bố bản báo cáo đầu tiên về chủ đề này. IoT
sẽ kết nối các vật thể theo cả 2 cách thông minh và có cảm nhận thơng qua sự phát
triển kỹ thuật liên kết trong nhận biết thông tin (theo các vật thể), các cảm biến và
mạng cảm biến không dây (cảm nhận vật thể), các hệ thống nhúng (suy nghĩ về vật
thể) và công nghệ nano (thu nhỏ vật thể). Trong báo cáo ITU cũng xác định các thử
thách quan trọng cần giải quyết để khai thác hết tiềm năng của IoT như tiêu chuẩn
hóa và sự kết hợp, bảo mật và các vấn đề đạo đức, xã hội.
1.1.3 Cơ sở kỹ thuật của IoT
1.1.3.1 Giao thức chính
Trong IoT, các thiết bị phải giao tiếp được với nhau (D2D), dữ liệu sau đó
phải được thu thập và gửi tới máy chủ (D2S). Máy chủ cũng có để chia sẻ dữ liệu
với nhau (S2S), có thể cung cấp lại cho các thiết bị, để phân tích các chương trình
hoặc cho người dùng[6]. Các giao thức truyền dữ liệu trong IoT được sử dụng để


6

kết nối các thiết bị IoT công suất thấp. Chúng cung cấp giao tiếp với phần cứng ở
phía người dùng mà không cần bất kỳ kết nối internet nào[7].
Đây là 6 giao thức truyền dữ liệu IoT phổ biến nhất:
- MQTT (Vận chuyển từ xa xếp hàng đợi tin nhắn): Viết tắt của Message
Queue Telemetry Transport, là một giao thức dữ liệu IoT nhẹ. MQTT có kiến trúc
cơ bản nhỏ nhẹ, do đó có thể cung cấp mức tiêu thụ điện năng thấp cho các thiết bị.
MQTT hoạt động dựa trên giao thức TCP/IP.
Các giao thức dữ liệu IoT được thiết kế để giải quyết các mạng truyền thông
không đáng tin cậy. Điều này đã trở thành một nhu cầu trong thế giới IoT do ngày
càng có nhiều đối tượng nhỏ, rẻ và công suất thấp hơn xuất hiện trong mạng trong

vài năm qua.
Mặc dù MQTT có khả năng thích ứng rộng rãi, đáng chú ý nhất là tiêu chuẩn
IoT với các ứng dụng cơng nghiệp, nhưng nó khơng hỗ trợ chế độ cấu trúc quản lý
thiết bị và biểu diễn dữ liệu xác định. Do đó, việc triển khai các khả năng quản lý
dữ liệu và thiết bị là hoàn toàn dựa trên nền tảng hoặc nhà cung cấp cụ thể.
- CoAP (Giao thức ứng dụng bị ràng buộc), viết tắt của Constrained
Application Protocol. CoAp là một giao thức lớp ứng dụng. Nó được thiết kế để giải
quyết nhu cầu của các hệ thống IoT dựa trên HTTP.
Mặc dù cấu trúc hiện tại của Internet có sẵn miễn phí và có thể sử dụng được
bởi bất kỳ thiết bị IoT nào, nhưng nó thường quá nặng và tiêu tốn nhiều điện năng
đối với hầu hết các ứng dụng IoT. Điều này đã khiến nhiều người trong cộng đồng
IoT loại bỏ HTTP như một giao thức không phù hợp với IoT.
Tuy nhiên, CoAp đã giải quyết hạn chế này bằng cách chuyển mơ hình
HTTP thành việc sử dụng trong các thiết bị và mơi trường mạng hạn chế. Nó có chi
phí cực kỳ thấp, dễ sử dụng và có khả năng cho phép hỗ trợ đa hướng.
Do đó, nó rất lý tưởng để sử dụng trong các thiết bị có giới hạn về tài
nguyên, chẳng hạn như bộ vi điều khiển IoT hoặc các nút WSN. Nó được sử dụng
trong các ứng dụng liên quan đến năng lượng thông minh và tự động hóa tịa nhà.


7

- AMQP (Giao thức xếp hàng tin nhắn nâng cao), viết tắt của Advanced
Message Queuing Protocol, là một giao thức lớp ứng dụng tiêu chuẩn mở được sử
dụng cho các tin nhắn giao dịch giữa các máy chủ.
Các chức năng chính của giao thức IoT này như sau:
 Nhận và đặt tin nhắn trong hàng đợi
 Lưu trữ tin nhắn
 Thiết lập mối quan hệ giữa các thành phần này
Với mức độ bảo mật và độ tin cậy, nó được sử dụng phổ biến nhất trong các

cài đặt yêu cầu mơi trường phân tích dựa trên máy chủ, chẳng hạn như ngành ngân
hàng. Tuy nhiên, nó khơng được sử dụng rộng rãi ở những nơi khác. Do tính nặng
của nó, nó khơng phù hợp với các thiết bị cảm biến IoT có bộ nhớ hạn chế. Do đó,
việc sử dụng nó vẫn cịn khá hạn chế trong thế giới IoT.
- DDS (Dịch vụ phân phối dữ liệu), viết tắt của Data Distribution Service, là
một giao thức IoT có thể mở rộng khác cho phép truyền thông chất lượng cao trong
IoT. Tương tự như MQTT, DDS cũng hoạt động với mô hình nhà xuất bản - người
đăng ký.
Nó có thể được triển khai trong nhiều cài đặt, từ đám mây đến các thiết bị rất
nhỏ. Điều này làm cho nó trở nên hoàn hảo cho các hệ thống nhúng và thời gian
thực. Hơn nữa, không giống như MQTT, giao thức DDS cho phép trao đổi dữ liệu
có thể tương tác, độc lập với phần cứng và nền tảng phần mềm.
- HTTP (Giao thức truyền siêu văn bản), viết tắt của Hypertext Transfer
Protocol. Giao thức HTTP khơng được ưa thích làm tiêu chuẩn IoT vì chi phí, tuổi
thọ pin, tiêu thụ điện năng lớn và các vấn đề về trọng lượng. Tuy nhiên nó vẫn được
sử dụng trong một số ngành cơng nghiệp. Ví dụ: sản xuất và in 3-D dựa vào giao
thức HTTP do lượng lớn dữ liệu mà nó có thể xuất bản. Nó cho phép kết nối PC với
máy in 3-D trong mạng và in các vật thể ba chiều.
- WebSocket: WebSocket ban đầu được phát triển vào năm 2011 như một
phần của HTML5. Thông qua một kết nối TCP duy nhất, các thơng báo có thể được
gửi giữa máy khách và máy chủ. Giống như CoAp, giao thức kết nối tiêu chuẩn của


8

WebSocket giúp đơn giản hóa nhiều sự phức tạp và khó khăn liên quan đến việc
quản lý các kết nối và giao tiếp hai chiều trên internet. Nó có thể được áp dụng cho
mạng IoT nơi dữ liệu được truyền thơng liên tục trên nhiều thiết bị. Do đó, bạn sẽ
thấy nó được sử dụng phổ biến nhất ở những nơi hoạt động như máy khách hoặc
máy chủ như môi trường thời gian chạy hoặc thư viện.

1.1.3.2 Năng lực truyền thông của IoT (Communication Capabilities)
Địa chỉ IP được coi là yếu tố quan trọng trong IoT, khi mà mỗi thiết bị được
gán một địa chỉ IP riêng biệt. Do đó khả năng cấp phát địa chỉ IP sẽ quyết định đến
tương lai của IoT. Hệ thống địa chỉ IPv4 được tạo ra mới mục đích đánh cho mỗi
máy tính kết nối vào mạng internet một con số riêng biệt, giúp cho thơng tin có thể
tìm tới đúng nơi cần đến ngay khi nó được chuyển đi từ bất cứ địa điểm nào trên
thế giới. Theo thiết kế, Ipv4 có thể cung cấp 2^32 (tương ứng với khoảng 4,2 tỉ)
địa chỉ IP, một con số lớn không tưởng cách đây 30 năm. Tuy nhiên, sự bùng nổ
mạnh mẽ của Internet đã khiến cho số lượng địa chỉ IP tự do càng ngày càng khan
hiếm. Mới đây, RIPE NCC - Hiệp hội các tổ chức quản lý mạng Internet khu vực
châu Âu phải đưa ra tuyên bố rằng họ đã sử dụng đến gói địa chỉ IP chưa cấp phát
cuối cùng (khoảng 1,8 triệu địa chỉ) .Và sự ra đời của IPv6 như là một giải pháp cứu
sống kịp thời cho sự cạn kiệt của IPv4. Độ dài bit của là 128. Sự gia tăng mạnh mẽ
của IPv6 trong không gian địa chỉ là một yếu tố quan trọng trong phát triển Internet
of Things.
Cơng suất thiết bị: Các tiêu chí hình thức chính của thiết bị khi triển khai
một ứng dụng IoT là phải giá thành thấp, mỏng, nhẹ…và như vậy phần năng lượng
nuôi thiết bị cũng sẽ trở nên nhỏ gọn lại, năng lượng tích trữ cũng sẽ trở nên ít đi.
Do đó địi hỏi thiết bị phải tiêu tốn một cơng suất cực nhỏ để sử dụng nguồn năng
lượng có hạn đó.
1.1.3.3 Cơng nghệ cảm biến (Sensor Technology)
Trong Internet of Things, cảm biến đóng vai trị then chốt, nó đo đạt cảm
nhận giá trị từ môi trường xung quanh rồi gửi đến bộ vi xử lý sau đó được gửi lên


9

mạng. Chúng ta có thể bắt gặp một số loại cảm biến về cảnh báo cháy rừng, cảnh
báo động đất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm,.. Để giúp cho thiết bị kéo dài
được thời gian sống hơn thì đòi hỏi cảm biến cũng phải tiêu hao một lượng năng

lượng cực kỳ thấp. Bên cạnh đó độ chính xác và thời gian đáp ứng của cảm biến
cũng phải nhanh. Để giá thành của thiết bị thấp thì địi hỏi giá cảm biến cũng phải
thấp .
1.1.3.4 Thời gian đáp ứng

Hình 1.2 Thời gian đáp ứng trong IoT
Thời gian đáp ứng phải đảm bảo tính thời gian thực, sao cho hàng ngàn các
node mạng có thể truy cập vào hệ thống mà không xảy ra hiện tượng nghẽn mạng.
Với các ứng dụng D2D, thời gian đáp ứng trong khoảng 10us đến 10ms, trong khi
ứng dụng D2S, thời gian này là 10ms đến 1s. Với các ứng dụng S2S, khơng có u
cầu khắt khe về thời gian đáp ứng, tuy nhiên thông thường yêu cầu từ 3 đến 5s.


10

1.1.4 Các ứng dụng của Internet of Things
Với những hiệu quả thông minh rất thiết thực mà IoT đem đến cho con
người, IoT đã và đang được tích hợp trên khắp mọi thứ, mọi nơi xung quanh thế
giới mà con người đang sống. Từ chiếc vòng đeo tay, những đồ gia dụng trong nhà,
những mãnh vườn đang ươm hạt giống, cho đến những sinh vật sống như động vật
hay con người…đều có sử dụng giải pháp IoT[5].
Thành phố thơng minh - smart cities
 Công viên thông minh: giám sát không gian đỗ xe của thành phố.
 Kiểm tra xây dựng: giám sát các rung động và các điều kiện vật chất trong
các tịa nhà, cầu và cơng trình lịch sử.
 Bản đồ tiếng ồn thành phố: giám sát âm thanh trong các phạm vi quán bar
và các khu trung tâm theo thời gian thực.
 Tắc nghẽn giao thông: giám sát các phương tiện và mức độ người đi bộ để
tối ưu việc lái xe và đi lại.
 Chiếu sáng thông minh: chiếu sáng thông minh và tương ứng với thời tiết

trong hệ thống đèn đường.
 Quản lý chất thải: phát hiện mức độ rác thải trong các container để tối ưu
đường đi thu gom rác.
 Hệ thống vận tải thông minh: các tuyến đường và cao tốc thông minh với
các thông điệp cảnh báo và các điều chỉnh theo điều kiện thời tiết và các sự kiện
không mong muốn như tai nạn, tắc đường.
Môi trường thông minh - Smart Environment.
 Phát hiện cháy rừng: giám sát khí gas đốt cháy và các điều kiện cảnh báo
cháy rừng để đưa ra vùng cảnh báo.
 Ơ nhiễm khơng khí: điều khiển khí CO2 thải ra từ các nhà máy, các khí gây
ơ nhiễm từ phương tiện và khí độc trong các nơng trại.
 Phòng ngừa lũ quét và lở đất: giám sát độ ẩm đất, các rung chấn và mật độ
đất để phát hiện các mối nguy hiểm theo điều kiện đất.
 Phát hiện sớm động đất: phân bố giám sát ở các vùng đặc biệt có rung chấn.


11

Nước thông minh - Smart Water.
 Chất lượng nước: nghiên cứu về sự thích hợp của nước trên các sơng, vùng
biển đối với hệ động vật và tiêu chuẩn nước để sử dụng.
 Rò rỉ nước: phát hiện chất lỏng bên ngoài các két và các biến động áp suất
bên trong các đường ống.
 Lũ trên các con sông: giám sát biến động mực nước trên các sông, đập và
nguồn nước.
Đo lường thông minh - Smart Metering.
 Mạng lưới thông minh: giám sát và quản lý tình hình tiêu thụ năng lượng.
 Tính hình các bể chứa: giám sát mức nước, dầu, khí ga trong các két và bể
chứ.
 Cài đặt hệ thống quan điện: giám sát và tối ưu hiệu quả của các thiết bị

năng lượng mặt trời.
 Lưu lượng nước: đo lường áp suất nước trong các hệ thống dẫn nước.
 Tính tốn trữ lượng hàng: đo lượng mức độ cịn và khối lượng hàng hóa.
Bảo mật và tình trạng khẩn cấp - Security and Emergencies.
 Kiểm sốt vùng hạn chế truy nhập: điều khiển truy nhập tới các vùng hạn
chế và phát hiện người không phận sự.
 Sự có mặt của chất lỏng: phát hiện chất lỏng trong các trung tâm dữ liệu,
kho dữ liệu và vị trí xây dựng nhạy cảm để chống sự hỏng hóc và ăn mòn.
 Mức bức xạ: phân phối đo lường phạm vi bức xạ xung quanh các khu năng
lượng hạt nhân để cảnh báo rị rỉ kịp thời.
 Các khí nguy hiểm và nổ khí: phát hiện mức độ khí gas và rị rỉ trong các
mơi trường cơng nghiệp, xung quanh các nhà máy hóa chất và trong các mỏ.
Hệ Thống bán lẻ - Retail
 Thanh tốn NFC: q trình chi trả dựa trên vị trí hoặc khoảng thời gian hoạt
động để chuyên chở công cộng, thể thao, các công viên chủ đề…
 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.