Nghiên cứu, xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho Internet of things (IOT) ở Việt Nam (tt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

Nguyễn Quý Thành Trung

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN KIẾN TRÚC THAM CHIẾU CHO
INTERNET OF THINGS (IoT) Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 8480104

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2018


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hà Hải Nam

Phản biện 1: .................................................................................

Phản biện 2: ..................................................................................

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: ....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm ...............

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Thư viện Trường Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1

MỞ ĐẦU
Những năm trở lại đây, thế giới đã không còn xa lạ với một xu hướng công nghệ được gọi là
Internet of Things (IoT). Có rất nhiều định nghĩa, khái niệm về IoT, tuy nhiên vẫn chưa có một khái
niệm được chấp nhận rộng rãi nào về IoT. Có thể nói một cách đơn giản, IoT là khái niệm để chỉ
các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, kết nối với Internet và tạo nên một mạng lưới các thiết bị
phục vụ cho cuộc sống của con người.
Kể từ khi xuất hiện đến nay, IoT đã được sử dụng trong khá nhiều các sản phẩm, công nghệ
ứng dụng thông minh phục vụ cho cuộc sống của con người hiện tại và trong tương lai, có thể kể
đến như: ngồi nhà thông minh, điện thoại thông minh, phương tiện thông minh, thành phố thông
minh, bệnh viện thông minh…
Tuy nhiên, một vấn đề mà tất cả các nhà phát triển, cung cấp sản phẩm IoT đang gặp phải là
khả năng giao tiếp, tương thích và tích hợp giữa các sản phẩm, thiết bị IoT. Chính bởi vấn đề này
mà việc phát triển IoT hiện nay đang mang tính cục bộ rất cao do các đơn vị phát triển, cung cấp
sản phẩm, dịch vụ đều sử dụng một tiêu chuẩn của riêng mình. Điều này dẫn đến việc mở rộng
phạm vi của các sản phẩm, ứng dụng IoT là rất khó khăn và cũng là yếu tố ngăn cản sự phát triển
của IoT trong tình hình hiện nay.
Đã có rất nhiều những buổi hội thảo, tọa đàm, những diễn đàn đề xuất việc cần thiết phải
đưa ra một tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu thống nhất về IoT trên toàn thế giới. Qua đó nêu bật tầm
quan trọng của việc các thiết bị IoT khác nhau phải có khả năng giao tiếp và cung cấp những thông
tin đáng tin cậy một cách thống nhất và chuẩn mực. Đây là tiền đề và là yếu tố tối cần thiết nếu
muốn phát triển IoT lên những tầm cao mới, những khái niệm mới như: bệnh viện thông minh,
trường học thông minh, thành phố thông minh…
Vì vậy, một tiêu chuẩn chung của IoT là điều mà các tổ chức, nhà sản xuất, cung cấp sản
phẩm IoT trên thế giới rất quan tâm vào lúc này.
Từ những vẫn đề thực tiễn nêu trên, tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, xây dựng tiêu chuẩn
kiến trúc tham chiếu IoT ở Việt Nam”.

Đề tài tập trung nghiên cứu các tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT, đưa ra nguyên lý xây
dựng và khuyến nghị tiêu chuẩn về kiến trúc tham chiếu cho IoT tại Việt Nam.
Nội dung nghiên cứu và bố cục của đề tài:
- Phần Mở Đầu
- Chƣơng 1: Tổng quan về tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT.
Tìm hiểu các định nghĩa, khái niệm về IoT của các tổ chức, đơn vị phát triển công nghệ lớn
trên thế giới. Các đặc điểm đặc trưng của các hệ thống IoT. Nghiên cứu tổng quan về kiến trúc tham
chiếu IoT, những yêu cầu chung, các vấn đề và khía cạnh cần có của một kiến trúc tham chiếu IoT.


2
- Chƣơng 2: Nghiên cứu tình hình xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT hiện
nay.
Nghiên cứu, so sánh, đánh giá kiến trúc tham chiếu IoT của một số tổ chức, đơn vị phát triển
công nghệ trên thế giới: Microsoft Azure IoT RA, WSO2 IoT RA. Nghiên cứu tình hình phát triển
IoT của các tổ chức, đơn vị và doanh nghiệp ICT trong nước, đánh giá hiện trạng và nhu cầu chuẩn
hóa về kiến trúc tham chiếu cho IoT ở Việt Nam.
- Chƣơng 3: Khuyến nghị tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT tại Việt Nam.
Nghiên cứu, phân tích các yêu cầu chung, các khía cạnh của một kiến trúc tham chiếu IoT,
các tiêu chuẩn, quy chuẩn cần có đối với một kiến trúc tham chiếu IoT, từ đó đề xuất nguyên lý xây
dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT. Xây dựng và khuyến nghị tiêu chuẩn kiến trúc tham
chiếu cho IoT tại Việt Nam.
- Kết luận


3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TIÊU CHUẨN KIẾN TRÚC THAM CHIẾU IOT
1.1. Internet of things là gì?
1.1.1. Khái niệm
Các định nghĩa về IoT từ một vài tổ chức tiêu biểu.

International Telecommunication Union (ITU-T): IoT là một cơ sở hạ tầng toàn cầu cho xã hội
thông tin, cho phép triển khai các dịch vụ tiên tiến bằng cách kết nối những vật thể (vật lý và ảo)
dựa trên các thông tin hợp tác và công nghệ truyền thông sẵn có cũng như đang được phát triển.
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE): IoT là sự thực hiện việc trao đổi thông tin
giữa một trạm thuê bao với một máy chủ trong mạng lõi (thông qua một trạm cơ sở) mà không có
sự tương tác của con người.
The European Telecommunications Standards Institute (ETSI): IoT là sự truyền thông giữa hai hay
nhiều thực thể mà không nhất thiết cần đến sự can thiệp trực tiếp của con người.
Internet Engineering Task Force (IETF): IoT là một mạng toàn cầu kết nối các đối tượng với các địa
chỉ riêng, dựa trên các giao thức truyền thông tiêu chuẩn.
International Organisation for Standardisation (ISO): IoT là một cơ sở hạ tầng dành cho các vật
thể, con người, hệ thống và các nguồn thông tin được kết nối với nhau, cùng với các dịch vụ thông
minh để cho phép chúng xử lý thông tin cũng như phản ứng về thế giới vật lý và thế giới ảo.
1.1.2. Các đặc tính
IoT có các đặc tính cơ bản sau:
a. Các đặc tính hệ thống, bao gồm: tự cấu hình, phân tán, mạng truyền thông đa dạng, thời gian
thực, tự mô tả.
b. Các đặc tính dịch vụ, bao gồm: nhận diện nội dung, nhận diện bối cảnh, tính kịp thời.
c. Các đặc tính thành phần, bao gồm: kết hợp, tìm kiếm, mô-đun, kết nối mạng, chia sẻ, nhận dạng.
d. Các đặc tính khác, bao gồm: 5 đặc điểm của dữ liệu (dung lượng, tốc độ, tin cậy, biến đổi, đa
dạng), không đồng nhất, mở rộng, tin cậy.
1.2. Kiến trúc tham chiếu IoT
1.1.1. Tổng quan
Kiến trúc tham chiếu IoT (IoT RA) là kiến trúc ở mức hệ thống mang tinh khái quát chung, tổng
quát cho các hệ thống IoT có sử dụng chung các miền.
IoT RA cung cấp một điểm khởi đầu nhất quán để phát triển và triển khai các giải pháp kiến trúc
cho các hệ thống IoT sao cho tất cả các hệ thống được tạo ra đều có các điểm chung như sau:
- Nhất quán về sự tổ hợp thành phần cũng như các mảng thiết kế hệ thống;
- Giảm chi phí bằng cách tận dụng tối đa việc tái sử dụng các dịch vụ, sản phẩm, dữ liệu, các định
nghĩa, vv;

- Giảm thời gian bằng cách bắt đầu với IoT RA hiện tại và có thể điều chỉnh cho kiến trúc của một
hệ thống IoT mục tiêu;
- Giảm nguy cơ bằng cách: Kết hợp các khả năng toàn cầu cần thiết; Tận dụng các bài học kinh
nghiệm và chuyên môn liên quan được nhúng trong IoT RA.
1.1.2. Đối tượng và mục tiêu


4
Tiêu chuẩn về kiến trúc tham chiếu IoT cung cấp mô hình khái niệm (CM), mô hình tham chiếu
(RM) và kiến trúc tham chiếu (RA) từ các góc nhìn kiến trúc khác nhau.
Kiến trúc tham chiếu IoT phục vụ các mục tiêu sau:
- Mô tả các đặc tính của các hệ thống IoT;
- Xác định các miền của hệ thống IoT;
- Mô tả CM, RM của các hệ thống IoT; các góc nhìn kiến trúc IoT;
- Mô tả khả năng tương tác của các thực thể của hệ thống IoT.
IoT RA hỗ trợ các mục tiêu chuẩn hóa quan trọng sau đây:
- Tạo ra một bộ tiêu chuẩn mang tính quốc tế chặt chẽ cho IoT;
- Cung cấp thông tin tham chiếu độc lập về công nghệ để xác định tiêu chuẩn cho IoT;
- Khuyến khích sự cởi mở và minh bạch trong quá trình phát triển kiến trúc hệ thống IoT và trong
việc xây dựng hệ thống IoT.
IoT RA cũng hướng đến các mục đích sau:
- Tạo thuận lợi cho sự hiểu biết về cấu trúc tổng thể của các hệ thống IoT;
- Minh hoạ và cung cấp các kiến thức về IoT RA với các quan điểm kiến trúc khác nhau;
- Cung cấp một tài liệu tham khảo kỹ thuật để cho phép cộng đồng quốc tế hiểu, thảo luận, phân
loại và so sánh các hệ thống IoT;
- Tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích các kịch bản hoạt động/ứng dụng bao gồm cả các
luồng dữ liệu/thông tin cụ thể.
1.3. Xu thế tiêu chuẩn hóa trên thế giới liên quan đến kiến trúc tham chiếu cho IoT
Một số tổ chức đã đưa ra các tài liệu khác nhau có nội dung về kiến trúc tham chiếu IoT. Đó là: bản
nháp về tiêu chuẩn IoT RA của ISO [1], tài liệu về kiến trúc tham chiếu cho internet công nghiệp

(IIRA) [2], mô hình kiến trúc tham chiếu cho công nghiệp 4.0 (RAMI 4.0) [3], và bản nháp về kiến
trúc của web cho vạn vật (WoT Architecture) [4].

CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CHUẨN KIẾN TRÚC THAM
CHIẾU IOT HIỆN NAY
2.1. Nghiên cứu đánh giá, so sánh một số kiến trúc tham chiếu IoT trên thế giới
2.1.1. Kiến trúc tham chiếu IoT của Microsoft Azure
a. Kiến trúc tham chiếu IoT của Microsoft Azure


5

Hình 1: Kiến trúc tham chiếu cho IoT của Microsoft Azure
Hình 1 là một kiến trúc khái niệm ở mức cao của Microsoft Azure IoT. Kiến trúc này gồm các dịch
vụ nền tảng cốt lõi và các thành phần ở mức ứng dụng, nó cung cấp các giải pháp xử lý cho một hệ
thống IoT điển hình.
Các thành phần kiến trúc gồm các nội dung sau: cách thức kết nối thiết bị, nhận dạng thiết bị, đăng
ký thiết bị, cấp phép cho thiết bị, trạng thái của thiết bị, luồng dữ liệu và xử lý luồng, giải pháp UX,
tích hợp hệ thống nghiệp vụ.
b. Đánh giá
Kiến trúc tham chiếu của Microsoft Azure IoT đưa ra một mô hình kiến trúc cho các giải pháp IoT
dựa trên nền tảng của Microsoft Azure (hệ thống đám mây cung cấp các dịch vụ công nghệ thông
tin của Microsoft). Mục đích của kiến trúc này là cung cấp một tầm nhìn và hướng dẫn cho các
khách hàng, đối tác của Microsoft, những người đang sử dụng cũng như cung cấp các dịch vụ IoT
trên nền tảng của Microsoft Azure.
Do vậy, kiến trúc tham chiếu này chỉ có thể được sử dụng như một tài liệu tham khảo và chưa đủ
các yếu tố để trở thành một tiêu chuẩn chung cho các hệ thống IoT.
2.1.2. Kiến trúc tham chiếu IoT của WSO2
a. Kiến trúc tham chiếu cho IoT của WSO2
WSO2 đưa ra mô hình kiến trúc tham chiếu cho IoT như hình 2:

6

Hình 2: Kiến trúc tham chiếu cho IoT của WSO2
Các thành phần của kiến trúc tham chiếu IoT WSO2 gồm có: lớp thiết bị, lớp truyền thông, lớp tổ
hợp/kênh, lớp xử lý và phân tích sự kiện, lớp truyền thông nội/ngoại, lớp quản lý thiết bị, lớp quản
lý nhận dạng và truy nhập.
b. Đánh giá
Kiến trúc tham chiếu cho IoT của WSO2 được WSO2 khuyến cáo sử dụng trên nền tảng WSO2
(WSO2 Platform), đây là một nền tảng mã nguồn mở dạng mô-đun được phát triển hoàn toàn bởi
WSO2 theo mô hình đám mây. Nền tảng này cung cấp một kiến trúc tổng quan phía máy chủ, bao
gồm cổng kết nối và một số thành phần tham chiếu cho lớp thiết bị.
Kiến trúc tham chiếu cho IoT của WSO2 được mô tả khá đầy đủ, tuy nhiên vẫn còn ở mức tổng
quát và thiếu những quy chuẩn cụ thể để có thể sử dụng làm một tiêu chuẩn về kiến trúc tham chiếu
chung cho các hệ thống IoT.
2.2. Đánh giá hiện trạng và nhu cầu chuẩn hóa về kiến trúc tham chiếu cho IoT ở Việt Nam
2.2.1. Hiện trạng phát triển IoT tại Việt Nam
IoT đã tạo ra cuộc cách mạng công nghệ 4.0 trên thế giới và Việt Nam cũng không nằm ngoài xu
thế đó. Rất nhiều các tổ chức, doanh nghiệp, đơn vị nghiên cứu và phát triển của Việt Nam đã bước
đầu hình thành nên những sản phẩm IoT của mình. Bên cạnh đó, nó còn trở thành xu hướng khởi
nghiệp trong giới trẻ và cộng đồng đam mê công nghệ trong một vài năm trở lại đây.
Trước sự phát triển rất nóng đó, IoT cần có sự quan tâm, hỗ trợ từ phía các cơ quan quản lý nhà
nước về cơ chế, chính sách để có thể tạo ra những bước phát triển đột phá. Bộ Thông tin Truyền
thông đã ban hành thông tư 01/2017/TT-BTTTT về danh mục các sản phẩm công nghệ thông tin
trọng điểm trong đó có các sản phẩm IoT. Đây là một bước đi quan trọng, tạo tiền đề trong việc xây
dựng hành lang pháp lý cũng như môi trường phát triển IoT của Việt Nam trong tương lai.


7

2.2.2. Nhu cầu chuẩn hóa về kiến trúc tham chiếu cho IoT
Hiện nay đang tồn tại rất nhiều tiêu chuẩn mang tính quốc tế, khu vực, và địa phương có liên quan
đến hoặc tương ứng với các hệ thống IoT (ví dụ: các mạng cảm biến, mạng điều khiển, cảm
biến/đầu dò thông minh, RFID, các giao thức, hệ thống thông tin di động, các loại mạng vô tuyến
và hữu tuyến, phần mềm, hệ thống trung gian, v.v.). Tuy nhiên, đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có
các tiêu chuẩn mang tính chuyên dụng và thực tiễn nhằm hướng dẫn việc thiết kế, phát triển và triển
khai các hệ thống IoT.
Nếu thiếu các tiêu chuẩn định hướng cho các hệ thống IoT từ giai đoạn đầu của quá trình phát triển
công nghệ IoT, thì một trong những mục tiêu cơ bản của IoT về việc xây dựng được một kiến trúc
chung/mở cùng khả năng tương tác giữa các loại hệ thống IoT khác nhau sẽ trở nên cực kỳ khó
khăn để có thể đạt được. Đây chính là lý do tại sao phải xây dựng và phát triển một kiến trúc tham
chiếu cho IoT. Kiến trúc tham chiếu này không chỉ cung cấp những hướng dẫn và kiến trúc hệ
thống tổng quát cùng với các yêu cầu chung, mà nó còn phải được các nhà phát triển IoT trên toàn
cầu chấp nhận và hỗ trợ.
2.2.3. Khả năng áp dụng các tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu IoT trên thế giới tại Việt Nam
Hiện nay, đã có một số tổ chức, hiệp hội và các doanh nghiệp lớn trong lĩnh vực ICT đưa ra các tiêu
chuẩn kiến trúc chung về IoT của riêng mình. Tuy nhiên, mỗi tiêu chuẩn được đưa ra đều mang
những tính chất, đặc thù riêng dựa trên các quan điểm, nhận định và nền tảng công nghệ, thiết bị
của tổ chức, đơn vị đó. Chính vì vậy, nếu áp dụng trực tiếp các tiêu chuẩn đó cho các hệ thống IoT
tại Việt Nam sẽ gặp những khó khăn, vướng mắc nhất định do sự khác biệt về hiện trạng và nền
tảng ICT của Việt Nam.

CHƢƠNG 3: KHUYẾN NGHỊ TIÊU CHUẨN KIẾN TRÚC THAM CHIẾU CHO
IOT Ở VIỆT NAM
3.1. Nghiên cứu, đề xuất nguyên lý xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT
3.1.1. Các vấn đề chung
a. Các yêu cầu chung
Các yêu cầu đối với các hệ thống IoT đã được xác định bởi các nhân tố như SDOs, các liên doanh
và các nhà sản xuất khác nhau. Kiến trúc cần mô tả được hệ thống hoặc các hệ thống cho IoT, các
thành phần chính có liên quan, mối quan hệ giữa chúng, cùng các thuộc tính biểu hiện ra bên ngoài

của chúng. Đối với một số ứng dụng, các yêu cầu cụ thể rất quan trọng cho việc triển khai thành
công, như là: tuân thủ quy định, tự chủ, tự cấu hình, khả năng mở rộng, khả năng phát hiện, tính
không đồng nhất, nhận dạng duy nhất, hữu dụng, giao diện chuẩn hóa, xác định thành phần, kết nối
mạng, thời gian thực, vị trí, ngữ cảnh, nội dung, bảo mật, tin cậy, mô-đun, kế thừa, quản trị.
b. Các khía cạnh chính cần có
Tiêu chuẩn về IoT RA cần phải đề cập đến ít nhất là các khía cạnh chính sau đây: khả năng tương
tác của các thực thể IoT, lớp dịch vụ, giao tiếp không giới hạn, cơ sở hạ tầng tài nguyên, các thành
phần thiết bị, phạm vi, khía cạnh phi kỹ thuật, các khía cạnh về kiến trúc, các khía cạnh về nghiệp
vụ, các khía cạnh về truyền thông, các khía cạnh về vật thể, các khía cạnh mạng và một số khía
cạnh khác…
c. Các đặc tính cơ bản cần có


8
Kiến trúc tham chiếu IoT cần có các đặc tính sau: kiến trúc rộng , bao hàm tất cả; thích ứng về kỹ
thuật với các hệ thống; xác định thực thể và các giao diện; các quy trình được trình bày rõ ràng và
phương pháp luận tốt; phương pháp tiếp cận từ trên xuống, mô hình tham chiếu hai cấp; bảo mật và
hỗ trợ các đặc tính liên quan đến sẵn sàng và toàn vẹn; tính mô đun, khả năng mở rộng và hợp tác;
sử dụng phương pháp tiếp cận có tinh trung lập; linh hoạt và có thể cải tiến; bao trùm các hệ thống
IoT, truyền thông và hướng tới khả năng áp dụng trên toàn cầu.
Một nhà thiết kế sẽ sử dụng IoT RA để phát triển kiến trúc hệ thống cho các dịch vụ và ứng dụng cụ
thể, bắt đầu bằng cách tích hợp các thành phần sau: các hệ thống IoT hiện tại và tương lai, truyền
thông và kiến trúc thông tin; các lược đồ cho người dùng/ứng dụng gồm các luồng dữ liệu/thông
tin; các tham số giao tiếp như các yêu cầu về hiệu suất và chức năng, tính bảo mật, chất lượng dịch
vụ (QoS)…
3.1.2. Nguyên lý xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu cho IoT
a. Mô hình khái niệm
Mô hình khái niệm là một sản phẩm mang tính trừu tượng cao, nó cung cấp một hình ảnh trực quan
về khái niệm của các miền IoT để các nhà đầu tư và các nhà phát triển biết và hiểu được về góc
nhìn ở mức cao đối với các thành phần kiến trúc của hệ thống IoT.

Mô hình khái niệm IoT là điểm khởi đầu cho quá trình thiết kế và phát triển kiến trúc tham chiếu
IoT. Mô hình khái niệm IoT bao gồm: miền người dùng; miền vật thể; miền cảm biến và truyền
động; miền cung cấp dịch vụ; miền vận hành và quản trị; miền trao đổi tài nguyên.
b. Phương pháp mô tả và phát triển kiến trúc tham chiếu IoT
Hình 3 minh họa một phương pháp mô tả kiến trúc tham chiếu IoT để xây dựng một tiêu chuẩn về
nó.

Hình 3: Mô tả kiến trúc tham chiếu đƣợc sử dụng trong tiêu chuẩn IoT RA
Các thực thể được hiển thị ở cấp hệ thống có thể được coi là các thực thể cấp miền, và được kết nối
bằng các giao diện được ký hiệu từ E1 đến E4. Các thực thể nằm trong các mức hệ thống con là các
thực thể cùng miền với nhau, và được kết nối bởi giao diện liên miền, ký hiệu từ B1 đến B6. Tất cả


9
các thực thể và các giao diện, cả ở cấp hệ thống cũng như cấp hệ thống con, sẽ được mô tả đầy đủ
cho IoT RA.
Sự phát triển về mặt hệ thống của kiến trúc tham chiếu cùng với việc phát triển kiến trúc hệ thống
tương ứng cho các ứng dụng cụ thể (kiến trúc mục tiêu) được minh họa trong hình dưới đây.

Hình 4: Tiếp cận về mặt ngữ nghĩa đối với kiến trúc tham chiếu và kiến trúc mục tiêu
IoT RA cần phải là một kiến trúc tham chiếu động và có tính phát triển để nó trở nên hữu ích và
hiệu quả cho các nhà phát triển và triển khai hệ thống IoT. Quá trình phát triển IoT RA nên tính đến
các hệ thống kế thừa cùng các ứng dụng và dịch vụ của chúng, các công nghệ mới xuất hiện và có
thể áp dụng cho các hệ thống IoT, việc sử dụng lặp lại và tinh chỉnh RA dựa trên các trường hợp cụ
thể về ứng dụng IoT khác nhau để đánh giá RA, và sự lặp lại và tinh chỉnh RA thông qua việc
tương thích với các hệ thống IoT hiện có cũng như đang được xây dựng cùng các ứng dụng và dịch
vụ của chúng để đảm bảo việc đánh giá và xác thực RA.
c. Khung kiến trúc tham chiếu của IoT
Mục đích của việc xây dựng khung IoT RA: Biểu diễn IoT RA theo một cách mô tả quen thuộc đối
với các kiến trúc tham chiếu liên quan khác; Khởi đầu cho kiến trúc tham chiếu hệ thống IoT (IoT

SRA) và kiến trúc tham chiếu truyền thông IoT (IoT CRA); Hiển thị các thành phần chính của IoT
trong một cấu trúc lớp kết hợp các phần vật lý, ảo, chức năng, logic với nhau; Xác định các lĩnh vực
tiêu chuẩn cần thiết trong các hệ thống IoT bằng cách hiển thị các khoảng cách về các dạng chuẩn
hoặc liệt kê các chuẩn còn thiếu các tiêu chuẩn cùng các yêu cầu; Liên kết các tiêu chuẩn có liên
quan với mỗi thực thể nằm trong khung IoT RA.
Chuẩn hóa các lĩnh vực được xác định từ khung IoT RA: Quy chuẩn – kiến trúc tham chiếu IoT
(IoT RA); Quy chuẩn – sự hợp tác của các nguồn tài nguyên và thành phần kết nối; Các chức năng
tổng quát; Lớp hỗ trợ ứng dụng (ASL); Lớp thiết bị điểm cuối; Các quy chuẩn khác.


10
3.1.3. Các kiến trúc tham chiếu IoT
IoT RA được mô tả bằng ba kiến trúc tham chiếu IoT gồm (1) kiến trúc tham chiếu hệ thống IoT
tổng quát (SRA), hỗ trợ cho các ứng dụng và dịch vụ dự kiến; (2) kiến trúc tham chiếu công nghệ
truyền thông (CRA), được sử dụng bởi hệ thống IoT nhằm liên kết các miền khác nhau để truyền và
nhận dữ liệu/thông tin; và (3) kiến trúc tham chiếu công nghệ thông tin (IRA), được triển khai cho
hệ thống IoT và cung cấp các dữ liệu/thông tin cần thiết cho nhiều người tiêu dùng dữ liệu/thông tin
khác nhau, sử dụng các liên kết truyền thông/dữ liệu được mô tả bởi công nghệ truyền thông. Các
kiến trúc tham chiếu IoT trở thành một kiến trúc hệ thống chuyên về dịch vụ hoặc ứng dụng, hoặc
một kiến trúc hệ thống mục tiêu (ví dụ hệ thống nông nghiệp, hệ thống môi trường, hệ thống lưới
điện thông minh, nhà thông minh, thành phố thông minh, vv.) khi mà RA được thiết kế riêng cho
một tập các yêu cầu cụ thể nào đó.
3.2. Khuyến nghị tiêu chuẩn về kiến trúc tham chiếu cho IoT ở Việt Nam
3.2.1. Mô hình khái niệm
a. Mục tiêu
CM cung cấp một cấu trúc chung cùng các định nghĩa nhằm mô tả các khái niệm và các mối quan
hệ giữa các thực thể trong các hệ thống IoT. Nó phải mang tính khái quát, ngắn gọn và đơn giản. Để
đạt được mục tiêu này thi điều quan trọng là làm rõ các nền tảng cơ bản của các hệ thống IoT bằng
việc trả lời các câu hỏi sau: Mô hình tổng thể của các thực thể IoT và mối quan hệ giữa chúng là gì?
Những khái niệm cơ bản thường có trong một hệ thống IoT là gì? Mối quan hệ giữa các thực thể là

gì, đặc biệt là giữa các thực thể số và các thực thể vật lý? Đâu là nhân tố chính? Làm thế nào để các
thực thể và các dịch vụ cộng tác với nhau qua mạng?
b. Mô hình tổng quát


11
Hình 5: Mô hình tổng quát của các khái niệm IoT trong CM
Hình 5 biểu diễn mô hình tổng thể về tất cả các thực thể chủ chốt của IoT được định nghĩa trong
CM, cùng các mối quan hệ và các tương tác giữa chúng.
c. Các khái niệm
Các thực thể và miền IoT
Mọi thứ trong một hệ thống IoT đều là các thực thể. Để có một khái niệm đơn giản về các thực thể
IoT cùng các mối quan hệ của chúng, chúng ta định nghĩa bốn thực thể cơ bản như sau: vật thể
(thực thể vật lý), người dùng (người dùng IoT), các hệ thống số (thực thể số), và các mạng truyền
thông (mạng).
Thực thể là bất cứ thứ gì (cả vật chất và phi vật chất) mà tồn tại độc lập và riêng biệt. Mỗi thực thể
có thông tin nhận dạng duy nhất.
Miền là nhóm các thực thể có chung các đặc điểm hoặc công việc. Một miền bao gồm một hoặc
nhiều thực thể. Một miền có thể chứa các miền con. Một miền có thể tương tác với nhiều miền
khác.
Thực thể số là một phần tử tính toán hoặc dữ liệu của một hệ thống IoT. Các phần tử này có thể bao
gồm các ứng dụng, dịch vụ, thực thể ảo, kho dữ liệu, thiết bị IoT và cổng IoT. Một thực thể số là
một dạng đặc biệt của thực thể. Một thực thể số có thể chứa các thực thể số khác.
Thực thể vật lý là một vật thể có thực được điều khiển bởi bộ truyền động và/hoặc được giám sát
bởi một cảm biến. Một thực thể vật lý là một dạng đặc biệt của thực thể. Một thực thể vật lý có thể
chứa các thực thể vật lý khác.
Người dùng IoT là một người sử dụng của một hệ thống IoT, có thể là con người hoặc không phải
con người. Một người dùng IoT là một dạng đặc biệt của thực thể đại diện cho con người hoặc
người dùng số.
Mạng là cơ sở hạ tầng kết nối các thực thể số với nhau, và cho phép truyền thông dữ liệu giữa các

thực thể này. Mạng là một dạng đặc biệt của thực thể.
Nhận dạng
Hầu hết các thực thể trong IoT đặc biệt là thực thể vật lý ("vật") đều có thông tin nhận diện. Giá trị
định danh là một thuộc tính hoặc tên được dùng để xác định các thực thể và được công khai rộng
rãi. Thông thường, định danh chỉ có ý nghĩa trong một ngữ cảnh cụ thể nào đó. Một thực thể có thể
có nhiều định danh, tuy nhiên nó phải có ít nhất một định danh duy nhất trong mỗi bối cảnh nhận
dạng cụ thể mà nhờ đó nó có thể được biết đến.
Dịch vụ, mạng, thiết bị và cổng IoT
Dịch vụ là một khái niệm trừu tượng. Một dịch vụ được thực hiện bởi một hoặc nhiều thành phần
của hệ thống. Một dịch vụ có thể có nhiều cách triển khai khác nhau. Các thực thể có thể tương tác
qua mạng nhờ việc hiển thị đến một hoặc nhiều điểm cuối trên mạng. Mạng kết nối các điểm cuối
với nhau. Một dịch vụ sẽ không hiển thị đến các điểm cuối, hoặc sẽ hiển thị đến nhiều điểm cuối mà
từ đó nó được thể hiện trên mạng. Một điểm cuối có một hoặc nhiều giao diện mạng. Các dịch vụ
nằm cách xa về mặt địa lý có thể được với tới bởi các điểm cuối thông qua các giao diện mạng trên
mạng truyền thông.
Người dùng IoT


12
Người dùng IoT có thể là con người (người dùng thật) hoặc là thành phần kỹ thuật số (người dùng
số). Người dùng số bao gồm các dịch vụ tự động hóa vận hành giống như người dùng thật. Một
người dùng số tương tác với một hoặc nhiều dịch vụ một cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua
điểm cuối của nó. Một người dùng thật tương tác thông qua một hoặc nhiều ứng dụng. Một ứng
dụng là một dạng chuyên biệt của dịch vụ và có thể tương tác với các dịch vụ khác.
Thực thể ảo, thực thể vật lý và thiết bị IoT
Bộ truyền động và cảm biến là các thiết bị IoT có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với thực thể vật lý.
Bộ truyền động hoạt động dựa trên thông tin số thu nhận được để tác động (thay đổi) lên một số
thuộc tính của một thực thể vật lý. Bộ cảm biến nhận diện một số đặc tính của một thực thể vật lý
và chuyển đổi chúng thành thông tin dạng số có thể truyền đạt đi. Một thực thể vật lý có thể được
gắn một hoặc nhiều thẻ, và bộ cảm biến có thể theo dõi các thẻ đó thay vì giám sát thực thể vật lý.

Các bộ truyền động và cảm biến là những loại khác nhau của thiết bị IoT, chúng chuyển đổi các
rung động/chuyển động về mặt vật lý thành các chuyển động thuộc dạng khác.
3.2.2. Mô hình tham chiếu (RM) và kiến trúc tham chiếu (RA) của IoT
a. Mối quan hệ giữa CM, RM và RA
Hình 6 mô tả sự liên tục về mặt kiến trúc bắt đầu từ CM đến RM dựa trên thực thể và RM dựa trên
miền, tới những quan điểm khác nhau về RA. Sự liên tục về mặt kiến trúc một cách nhất quán phải
được duy trì không chỉ trong mô hình phân cấp này (ví dụ, CM → RM → RA) mà còn cả ở trong
các bản cập nhật tiến hóa theo thời gian; các mô tả kiến trúc cần được ghi lại một cách rõ ràng.

Hình 6: Mối quan hệ giữa CM, RM và RA của IoT
b. Các mô hình tham chiếu của IoT (IoT RMs)
RM dựa trên thực thể
RM dựa trên thực thể của các hệ thống IoT được biểu diễn trong Hình 7. Hình này minh họa sự
tương tác giữa các thực thể chính bằng việc sử dụng các đường mũi tên. Quá trình mô tả của RM
dựa trên thực thể IoT được bắt đầu từ các thực thể ở dưới cùng của lược đồ:
- Các thực thể vật lý là những vật có thật trên thực tế và là phần thiết yếu của một hệ thống IoT
- Các loại thẻ khác nhau được gắn cho các thực thể vật lý để hỗ trợ việc theo dõi và nhận dạng
những thực thể này
- Các thiết bị IoT kết nối các thực thể vật lý với hệ thống IoT. Các thiết bị IoT bao gồm: Cảm
biến, dùng để theo dõi hoặc quét các thực thể vật lý nhằm lấy ra các thông tin về chúng; Thiết bị


13
truyền động, dùng để tác động hoặc thay đổi một số thuộc tính của các thực thể vật lý dựa trên
các thông tin số.

-

-

-

-

-

Hình 7: Mô hình tham chiếu IoT dựa trên thực thể
Các thiết bị IoT truyền thông với nhau qua mạng. Thông thường, các thiết bị IoT truyền thông
cho nhau bằng một mạng liền kề chuyên dụng có phạm vi tương đối ngắn do các hạn chế về
nguồn năng lượng cũng như việc xử lý thông tin. Tuy nhiên, một số thiết bị có thể giao tiếp ở
quy mô mạng internet bằng cách sử dụng một vài loại mạng truy cập nào đó.
Cổng IoT thường được sử dụng trong các hệ thống IoT. Chúng tạo thành đường kết nối giữa
(các) mạng liền kề cục bộ với mạng truy cập diện rộng. Cổng IoT có thể chứa các thực thể khác
và cung cấp rất nhiều tính năng khác nhau. Cổng IoT thường bao gồm một bộ phận quản lý, cho
phép cung cấp chức năng quản lý từ xa.
Trong hầu hết các hệ thống IoT đều tồn tại nhiều loại ứng dụng và dịch vụ khác nhau, cùng với
các kho dữ liệu cho từng loại. Thông thường sẽ có một kho dữ liệu thiết bị, nơi chứa dữ liệu thu
được từ các thiết bị IoT. Hệ thống cũng có thể có một kho dữ liệu phân tích để chứa các kết quả
từ các dịch vụ phân tích dữ liệu thiết bị cũng như dữ liệu từ các nguồn khác.
Các ứng dụng, dịch vụ và kho dữ liệu khác được dành cho việc vận hành và quản lý hệ thống
IoT. Chúng bao gồm cả kho lưu trữ dữ liệu đăng ký thiết bị cùng với dịch vụ nhận diện thiết bị đi
liền với nó, dịch vụ này cung cấp tính năng tra cứu dành cho các ứng dụng và dịch vụ. Hệ thống
cũng có một ứng dụng quản lý thiết bị cho phép cung cấp năng lực giám sát và quản lý dành cho
các thiết bị IoT trong hệ thống.
Việc truy cập đến các tính năng của hệ thống IoT đối với người dùng được thực hiện bởi các
thực thể chuyên về truy cập và trao đổi. Các thực thể này cung cấp các giao diện có kiểm soát
dành cho các tính năng dịch vụ, cho các chức năng quản trị và cho các chức năng kinh doanh.


14

- Người dùng trong hệ thống IoT có thể bao gồm cả người dùng thật lẫn người dùng số. Người
dùng thật thường tương tác với hệ thống IoT bằng một số loại thiết bị nào đó. Thiết bị mà người
dùng thật sử dụng có thể dưới nhiều hình thức như điện thoại thông minh, máy tính cá nhân, máy
tính bảng hoặc các thiết bị chuyên dụng hơn.
- Các hệ thống số cũng có thể sử dụng các hệ thống IoT – cung cấp các ứng dụng tự động trong hệ
thống. Cả thiết bị người dùng lẫn người dùng số đều giao tiếp với phần còn lại của hệ thống IoT
thông qua mạng, có thể là internet hoặc có thể là các loại mạng chuyên dụng khác.
- Các hệ thống ngang hàng, có thể là các hệ thống IoT khác hoặc có thể không phải các hệ IoT, có
thể là những người dùng của hệ thống IoT và/hoặc có thể cung cấp các dịch vụ cho hệ thống IoT.
RM dựa trên miền
Hình 8 biểu diễn về miền của mô hình tham chiếu IoT.Mô hình tham chiếu dựa trên miền bao gồm
miền người dùng (UD), miền vận hành và quản lý (OMD), miền dịch vụ ứng dụng (ASD), miền tài
nguyên và trao đổi (RID), miền cảm ứng và điều khiển (SCD), và miền thực thể vật lý (PED). Mỗi
miền nói trên đều là độc lập với các miền khác.

Hình 8: Mô hình tham chiếu dựa trên miền của IoT
Mối quan hệ giữa RM dựa trên thực thể và RM dựa trên miền
Hình 9 biểu diễn mối quan hệ giữa các thực thể với các miền của chúng. Người dùng IoT thuộc về
miền người dùng. Các hệ thống dịch vụ ứng dụng, các hệ thống vận hành và quản lý cùng các hệ
thống tài nguyên và trao đổi đều lần lượt hoạt động trong miền dịch vụ ứng dụng, miền vận hành và
quản lý, và miền tài nguyên và trao đổi. Các thiết bị IoT và cổng IoT là các thực thể trong miền cảm
biến và điều khiển. Thực thể vật lý tồn tại trong miền thực thể vật lý.


15

Hình 9: Mối quan hệ giữa RM dựa trên thực thể và RM dựa trên miền
c. Các góc nhìn về kiến trúc tham chiếu của IoT
Góc nhìn chức năng
Góc nhìn chức năng là một góc nhìn không có tính công nghệ của các chức năng cần thiết để tạo

thành một hệ thống IoT. Góc nhìn này mô tả sự phân bố và sự phụ thuộc giữa các chức năng nhằm
hỗ trợ các hoạt động được mô tả dưới góc nhìn của người dùng, và biểu diễn khái niệm: các chức
năng nội miền và các chức năng liên miền.
Hình 10 biểu diễn quá trình chia nhỏ của các thành phần chức năng của IoT RA. Trong hình này,
hai phần chính là: các chức năng nội miền và các chức năng liên miền. Những thành phần chức
năng không cần thiết đối với một số ứng dụng cụ thể thì có thể sẽ không tồn tại trong hệ thống IoT
tương ứng.


16

Hình 10: Góc nhìn chức năng của IoT RA – phân chia các thành phần chức năng của IoT RA
Góc nhìn hệ thống
Góc nhìn hệ thống mô tả các thành phần tổng quát bao gồm các thiết bị, các hệ thống con, và các
mạng mà chúng tạo thành một hệ thống IoT. Trong khi góc nhìn chức năng mô tả một hệ thống IoT
thông qua các thành phần chức năng của nó, thì góc nhìn hệ thống mô tả hệ thống đó thông qua các
thành phần vật lý của nó. Góc nhìn hệ thống mô tả các khía cạnh sau: Các thành phần vật lý chính
(ví dụ: các hệ thống con, thiết bị, mạng) của một hệ thống IoT; Kiến trúc tổng thể của một hệ thống
IoT, bao gồm cấu trúc của một hệ thống IoT, sự phân bố các thành phần, và cấu trúc không gian của
tính đa liên kết của các thành phần; Bản mô tả kỹ thuật các thành phần của hệ thống, bao gồm các
hành vi cùng các thuộc tính khác.
Trong hình 11, góc nhìn hệ thống IoT RA được biểu diễn cùng với tất cả các thực thể liên quan đến
mỗi miền cùng các kết nối giữa chúng. Các thực thể trong mỗi miền mang tính chất rất tổng quát và
tùy chọn, tùy thuộc vào các ứng dụng cụ thể. Có bốn loại mạng khác nhau để kết nối các thành phần
vật lý trong sáu miền của một hệ thống IoT: mạng gần, mạng truy cập, mạng dịch vụ, và mạng
người dùng.


17

Hình 11: Góc nhìn hệ thống của kiến trúc tham chiếu IoT
Góc nhìn truyền thông
Trong Hình 12, miền người dùng được biểu diễn bao gồm cả mạng người dùng và mạng truy cập.
Điều này mô tả những trường hợp khi thiết bị người dùng cùng các ứng dụng của chúng kết nối trực
tiếp với SCD, chẳng hạn như khi thiết bị người dùng là một điện thoại thông minh có chứa các bộ
phận cảm biến.

Hình 12: Góc nhìn truyền thông của RA IoT
Góc nhìn thông tin


18
Thông tin được tạo ra bằng cách sử dụng, theo dõi, điều khiển và phân tích các thực thể được kết
nối. Một số thông tin có dạng tĩnh như định danh của một thực thể, trong khi các thông tin khác có
thể thay đổi như vị trí của một thực thể. Một số thông tin tĩnh cũng là khóa để kết nối các thông tin
biến đổi vào một thực thể. Một số thông tin cũng có thể là tĩnh dưới dạng thông tin nhưng mang
tính chất biến đổi trong cách thức sử dụng của nó. Hình 13 minh hoạ một số ví dụ về dữ liệu được
lưu trữ trong các miền tương ứng.

Hình 13: Các loại thông tin liên quan đến các miền
Góc nhìn thông tin về IoT RA xác định nên cấu trúc (ví dụ: các quan hệ, thuộc tính, dịch vụ) của
thông tin cho các thực thể ở mức khái niệm. Dữ liệu được định nghĩa là chỉ mang các giá trị thuần
túy mà không liên quan đến các vấn đề về các mối liên quan hoặc việc sử dụng chúng. Thông tin
dùng để bổ sung ngữ cảnh đúng vào dữ liệu và cung cấp câu trả lời cho những câu hỏi điển hình
như tại sao, ai, cái gì, ở đâu và khi nào.
Góc nhìn sử dụng
Trong khi góc nhìn chức năng biểu diễn các chức năng cần thiết và những ràng buộc của hệ thống
IoT, góc nhìn sử dụng tập trung vào việc làm thế nào để các hệ thống IoT được xây dựng, thử
nghiệm, vận hành và sử dụng từ quan điểm của một người sử dụng. Góc nhìn này đề cập đến các
khái niệm sau: Hoạt động; Vai trò và vai trò phụ; Dịch vụ và các vấn đề đan xen.

Tất cả các hoạt động liên quan đến IoT đều có thể được phân thành 3 nhóm người dùng như sau:
Nhà cung cấp dịch vụ IoT; Nhà phát triển dịch vụ IoT; Người dùng IoT.
Nhà cung cấp dịch vụ IoT đóng vai trò quản lý và vận hành các dịch vụ IoT, gồm các lĩnh vực:
Quản trị kinh doanh; Quản trị phân phối dịch vụ; Vận hành hệ thống; Phân tích an ninh; Phân tích
vận hành; Phân tích dữ liệu.
Nhà phát triển dịch vụ IoT, gồm các lĩnh vực: Xây dựng giải pháp; Quản trị phát triển và vận hành;
Phát triển ứng dụng; Phát triển thiết bị; Tích hợp hệ thống.


19
Người dùng IoT là người dùng cuối của các dịch vụ IoT và có thể được phân loại thành người dùng
thật và người dùng số: Người dùng thật là những con người sử dụng các dịch vụ IoT; Người dùng
số là người dùng không phải con người trong hệ thống IoT.
Mỗi liên hệ giữa người dùng, các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà phát triển dịch vụ IoT được thể
hiện như hình 14.

Hình 14: Mối liên hệ giữa ngƣời dùng, các nhà cung cấp dịch vụ và
các nhà phát triển dịch vụ IoT
Hình 15 biểu diễn các vai trò và các hoạt động liên quan khi các hệ thống hiện tại tạo ra, phát triển,
vận hành và cuối cùng là chấm dứt hoạt động các dịch vụ IoT.

Hình 15: Vai trò và các hoạt động trong suốt vòng đời của một sản phẩm IoT


23

KẾT LUẬN
Luận văn đã nghiên cứu các định nghĩa, khái niệm, các thành phần, đặc tính, nguyên lý hoạt
động của các hệ thống internet of things (IoT). Tìm hiểu, đánh giá tình hình phát triển IoT của các
tổ chức, doanh nghiệp ICT tại Việt Nam. Từ đó xây dựng, đề xuất tiêu chuẩn kiến trúc tham chiếu

cho các hệ thống IoT (IoT RA) tại Việt Nam.
IoT là một khái niệm rất rộng, nó bao trùm và có ảnh hưởng tới mọi lĩnh vực trong tự nhiên
cũng như đời sống xã hội trên thế giới. Việc nghiên cứu, xây dựng một tiêu chuẩn kiến trúc tham
chiếu cho IoT (IoT RA) đòi hỏi người thực hiện cần có những kiến thức chuyên sâu về nhiều lĩnh
vực và đó là một khối lượng công việc rất lớn. Tuy nhiên, do những hạn chế về mặt thời gian thực
hiện nên kết quả đạt được của luận văn còn ở mức khái quát nhất định, chưa đi sâu và chi tiết vào
từng tiêu chí cụ thể. Trong thời gian tới, đề tài sẽ tiếp tục được hoàn thiện, đi sâu vào phân tích từng
khía cạnh của hệ thống IoT và đưa ra các tiêu chuẩn cụ thể cho từng nội dung, tiêu chí. Khi đó, tiêu
chuẩn này sẽ thực sự phát huy được hiệu quả và trở thành công cụ nền tảng cho sự phát triển của
cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 tại Việt Nam.