TÌM HIỂU VỀ KIẾN TRÚC IoT DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ 5G

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THƠNG
----------

BÁO CÁO
THỰC TẬP CHUN NGÀNH
Đề tài:
TÌM HIỂU VỀ KIẾN TRÚC IoT DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ 5G

Giáo viên hướng dẫn

: Nguyễn Ngọc Ánh

Sinh viên thực hiện

: Trần Văn Tuấn

Lớp

: TDHK17

Thái Nguyên, Ngày 21 Tháng 03Năm 2021

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG
----------

1

BÁO CÁO
THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH
Đề tài:
TÌM HIỂU VỀ KIẾN TRÚC IoT DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ 5G

Giáo viên hướng dẫn

: T.S. PHẠM THÀNH NAM

Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN VĂN TUẤN

Lớp

: HTVT-K16B
Thái Nguyên, Ngày 21 Tháng 03Năm 2021

2


Mục lục
1.2.Tổng quan.........................................................................................................14
1.2.1.Kiến trúc ba cấp.........................................................................................15
1.2.2.Kiến trúc dựa trên SDN............................................................................15
1.2.3. Kiến trúc dựa trên QoS............................................................................15
1.2.4.Kiến trúc dựa trên SoA.............................................................................15
1.2.5. Kiến trúc MobilityFirst............................................................................15
1.2.6. Kiến trúc CloudThings.............................................................................15

1.2.7. Kiến trúc IoT-A.........................................................................................16
1.2.8. Kiến trúc S-IoT.........................................................................................16
1.3.Cơng nghệ mới cho phép IoT..........................................................................16
1.3.1.Nano-chip...................................................................................................16
1.3.2. Sóng milimet (mmWave)..........................................................................16
1.3.3. Mạng không đồng nhất (Het-Net)...........................................................16
1.3.4.Giao tiếp trực tiếp thiết bị với thiết bị (D2D)..........................................17
1.3.5.Hệ thống không dây thế hệ thứ năm (5G)................................................17
1.3.6. Giao tiếp kiểu máy (MTC).......................................................................18
1.3.7. Mạng không dây do phần mềm xác định (WSDN)................................18
1.3.8. Chia sẻ và giao thoa phổ nâng cao...........................................................18
1.3.9. Điện toán cạnh di động (MEC)................................................................18
1.3.10. Ảo hóa chức năng mạng khơng dây (WNFV).......................................19
1.3.11. Điện tốn đám mây di động (MCC)......................................................19
1.3.12. Phân tích dữ liệu và Dữ liệu lớn............................................................20
1.3.13. An ninh và Pháp y...................................................................................20
1.4.Kiến trúc đề xuất.............................................................................................20
1.4.1. Lớp thiết bị vật lý.....................................................................................21
1.4.2Lớp giao tiếp...................................................................................................21
L.3 Lớp Điện toán Cạnh (Sương mù)................................................................21
L.4 Lớp lưu trữ dữ liệu......................................................................................22

3


L.5.Lớp Dịch vụ Quản lý...................................................................................22
L.6 Lớp ứng dụng...............................................................................................22
L.7 Lớp cộng tác và xử lý. Hệ thống IoT..........................................................22
L.8 Lớp bảo mật.................................................................................................23
V.Sự so sánh............................................................................................................ 23

như trong Bảng 1....................................................................................................23
CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC IoT DỰA TRÊN CƠNG NGHỆ 5G........................35
3.1.Giới thiệu về cơng nghệ 5G.............................................................................35
3.2.Sự ra đời của 5G...........................................................................................36
3.3. Mạng 5G là gì?.............................................................................................36
3.3. Ý nghĩa của 5G đới IOT..............................................................................36
3.4.Ưu điểm,nhược điểm mạng 5G....................................................................37
3.5. Hoạt động 5G...............................................................................................38
3.6. Xu hướng phát triển mạng 5G trong tương lai.........................................38

4


LỜI MỞ ĐẦU
Trong quá trình phát triển của con người, những cuộc các mạng về cơng nghệ
đóng một vai trị rất quan trọng, chúng làm thay đổi từng ngày từng giờ cuộc sống của
con người, theo hướng hiện đại hơn. Đi đơi với q trình phát triển của con người,
những thay đổi do chính tác động của con người trong tự nhiên, trong môi trường
sống cũng đang diễn ra, tác động trở lại chúng ta, như ô nhiễm môi trường, khí hậu
thay đổi, v.v... Dân số càng tăng, nhu cầu cũng tăng theo, các dịch vụ, các tiện ích từ
đó cũng được hình thành và phát triển theo. Đặc biệt là áp dụng các công nghệ của các
ngành điện tử, công nghệ thông tin và viễn thông vào trong thực tiễn cuộc sống con
người. Công nghệ cảm biến không dây được tích hợp từ các kỹ thuật điện tử, tin học
và viễn thơng tiên tiến vào trong mục đích nghiên cứu, giải trí, sản xuất, kinh doanh,
v.v..., phạm vi này ngày càng được mở rộng, để tạo ra các ứng dụng đáp ứng cho các
nhu cầu trên các lĩnh vực khác nhau.
Hiện nay, công nghệ 5G chưa được áp dụng một các rộng rãi ở nước ta, do những điều
kiện về kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu sử dụng. Song nó vẫn hứa hẹn là một đích đến tiêu
biểu cho các nhà nghiên cứu, cho những mục đích phát triển đầy tiềm năng. Để áp
dụng công nghệ này vào thực tế trong tương lai, đã có khơng ít các nhà khoa học đã

tập trung nghiên cứu, nắm bắt những thay đổi trong công nghệ này.
Được sự định hướng và chỉ dẫn của cô, em đã chọn đề tài thực tập chun ngành
“TÌM HIỂU VỀ KIẾN TRÚC IoT DỰA TRÊN CƠNG NGHỆ 5G” này. Với mục đích
tìm hiểu về mạng cảm biến không dây, dựa trên công nghệ mạng di động tạm thời,
triển khai nhanh không cần một cơ sở hạ tầng trong lĩnh vực cảm biến thu nhận dữ
liệu. Trong đồ án cịn thực hiện một mơ phỏng cho mạng cảm biến khơng dây với mục
đích tìm hiểu phương pháp mơ hình hố, mơ phỏng mạng và phân tích đánh giá kết
quả từ một chương trình mơ phỏng. Nội dung của đồ án được thể hiện qua 3 chương:
Chương 1:Tổng Quan
Chương 2:Tổng Quan Về IOT
Chương 3:Kiến trúc IOT Dựa trên 5G

5


CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN
1.Giới thiệu chung
1.1.Kiến trúc mạng
Công nghiệp 4.0 đại diện cho Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (4IR) trong tự
động hóa và trao đổi dữ liệu . Nó đề cập đến một số đổi mới công nghệ mới cơ bản
như Hệ thống vật lý mạng (CPS) Internet of Things (IoT) và Phân tích dữ liệu . Cơng
nghiệp 4.0 tổ chức các kết nối đặc biệt giữa các thiết bị vật lý thông tin con người và
các lĩnh vực sinh học để sửa đổi lối sống truyền thống . IoT là một trong những phần
quan trọng nhất của nền cơng nghiệp 4.0 trở nên địi hỏi cao và có thể sẽ thay đổi các
mối quan hệ xã hội . Theo báo cáo của Statista, số các thiết bị được cài đặt cơ sở trên
toàn thế giới vào năm 2025 sẽ được tăng lên hơn 75 tỷ thiết bị. Telefonica ước tính
rằng hơn 90% ơ tơ vào năm 2020 sẽ được kết nối với mạng Internet . Trong tương lai
gần, số lượng các ứng dụng IoT mới và dữ liệu được tạo ra của chúng sẽ cực kỳ tăng
lên. Do đó, lượng dữ liệu và nhu cầu của khách hàng sẽ tăng lên rất nhiều. Tình huống
này sẽ tạo ra một tình huống khó khăn vì các ứng dụng sẽ cần kiến trúc nhanh hơn,

thông minh hơn, đơn giản hơn và đáng tin cậy hơn và có thể mở rộng hơn trước.
Trên thực tế, kiến trúc IoT hiện tại sẽ không đáng tin cậy và đáp ứng cho các
ứng dụng IoT thế hệ tiếp theo và các dịch vụ sắp tới. Do đó, nó sẽ khơng cịn có thể hỗ
trợ các thiết bị IoT do số lượng thiết bị và yêu cầu dịch vụ cực kỳ lớn. Các công nghệ
đã được sử dụng để thiết kế các kiến trúc hiện tại sẽ không cung cấp kết nối thông
suốt cho nhiều thứ do yêu cầu dịch vụ cao và tốc độ trao đổi dữ liệu. Gần đây, phần
giao tiếp của các hệ thống IoT đã được phát triển đáng kể theo cách mà mọi thứ và
thiết bị được kết nối với nhiều giao thức truyền thông khác nhau như ZigBee
Bluetooth Low Energy (BLE) Wi-Fi GSM Lora và Sigfox .
Do đó làm mất cân bằng các giao thức truyền thơng có thể gây ra các vấn đề
nghiêm trọng như nhiễu tần số vơ tuyến (RFI) . Do đó, cần có một kiến trúc mới dựa
trên công nghệ mới để xử lý những thách thức trong tương lai như RFI . Ngoài ra, các
mạng xử lý ứng dụng và kiến trúc quản lý dữ liệu u cầu một mơ hình xử lý và
truyền thơng khác. Do đó, nhiều nhà nghiên cứu đang làm việc theo hướng này .
Bài viết này được thúc đẩy bởi các yêu cầu trong tương lai của kiến trúc
mạng để giải trí hàng tỷ thiết bị IoT. Trong bài báo này, chúng tôi thiết kế kiến trúc
tám lớp được hưởng lợi từ các công nghệ mới như 5G. Số lượng các lớp được chọn
tùy theo thực tế là hầu hết các cơng nghệ này có chức năng riêng biệt và do đó chúng
tơi nhúng chúng vào các lớp riêng lẻ. Kiến trúc được đề xuất này làm cho mô-đun
phân tích và khả năng mở rộng của hệ thống IoT hiệu quả hơn. Mơ hình này đơn giản
hóa việc làm rõ xác định tiêu chuẩn hóa và tổ chức thành phần thiết yếu của các hệ
thống IoT trong tương lai.
Bài viết này được tổ chức như sau. Trong Phần II, chúng tôi xem xét một
số kiến trúc đáng chú ý có sẵn trong tài liệu. Trong Phần III, chúng tơi giới thiệu các
cơng nghệ mới sẽ phát triển phần chính của hệ thống IoT trong tương lai gần. Trong
Phần IV, chúng tôi đề xuất một kiến trúc IoT mới dựa trên 5G-IoT và các công nghệ
thế hệ tiếp theo được minh họa trong Phần III. Trong Phần V, chúng tôi so sánh kiến
trúc được đề xuất của chúng tôi với các kiến trúc được đề cập trong Phần II. Trong
phần này, chúng tôi thiết lập cách đáp ứng các yêu cầu trong tương lai. Cuối cùng,
chúng tôi kết thúc bài báo này trong Phần VI.

1.2.Tổng quan
6


Trong phần này, một số kiến trúc IoT hiện có được giải thích. Những kiến trúc
này sẽ được đề cập trong phần tiếp theo, nơi chúng tôi thiết lập kiến trúc mới của
mình.
1.2.1.Kiến trúc ba cấp
Kiến trúc ba cấp là cơ bản cho IoT đã được thiết kế và triển khai trong một số hệ
thống. Một kiến trúc IoT chung bao gồm ba cấp độ cảm biến vận chuyển và ứng
dụng.Một kiến trúc tự cấu hình và có thể mở rộng cho một mạng IoT quy mô lớn đã
được đề xuất. IoT có thể được xác định ở ba cấp độ là cảm biến và thiết bị truyền
động và kiến thức định hướng Internet. Thơng thường nó đã đạt được kết quả là việc
triển khai công nghệ IoT gần với nền văn minh hiện đại, nơi các thiết bị và xã hội
được kết hợp thực tế với hệ thống thông tin thông qua cảm biến không dây 12. Thông
thường, kiến trúc của IoT được phân loại thành ba cấp độ chính 13 1- cấp độ nhận
thức 2- cấp độ mạng và 3- mức độ ứng dụng. Lớp cảm biến còn được gọi là Mức cảm
nhận được thực hiện như lớp dưới cùng trong kiến trúc IoT.

1.2.2.Kiến trúc dựa trên SDN
Một kiến trúc dựa trên SDN cho IoT để cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) cấp
cao cho các nhiệm vụ IoT khác nhau trong môi trường mạng không dây không đồng
nhất được thiết kế bởi Z. Qin và cộng sự.
1.2.3. Kiến trúc dựa trên QoS.
Năm 16 Jin và cộng sự. đề xuất bốn kiến trúc IoT khác nhau cho phép các ứng
dụng thành phố thông minh khác nhau bao gồm các yêu cầu QoS của chúng. Các kiến
trúc mạng được đề xuất là 1- tự trị giúp hỗ trợ các mạng bị ngắt kết nối Internet 2- phổ
biến trong đó Mạng vạn vật thông minh (STN) là một phần của lớp phủ cấp ứng dụng
Internet 3- sử dụng NFV để giảm căng thẳng và tắc nghẽn giữa các nút 4- dịch vụđược định hướng nơi các cổng cụ thể tương tác với sự khơng đồng nhất vốn có của
mơi trường IoT.

1.2.4.Kiến trúc dựa trên SoA
SoA là một mơ hình dựa trên thành phần có thể được thiết kế để kết nối các phần
chức năng khác nhau (còn được gọi là dịch vụ) của một ứng dụng thông qua các giao
thức và giao diện . SoA tập trung vào việc thiết kế quy trình của các dịch vụ phối hợp
và tối ưu hóa các phân đoạn phần mềm và phần cứng nhằm tăng xác suất của SoA để
sử dụng trong thiết kế kiến trúc IoT. Kiến trúc IoT dựa trên SoA bao gồm bốn cấp độ
hợp tác với nhau 1- cấp độ nhận thức 2- cấp độ mạng 3- cấp độ dịch vụ 4- cấp độ ứng
dụng. Trong kiến trúc IoT dựa trên SoA bốn cấp, mức nhận thức được thực hiện như
lớp dưới cùng của kiến trúc và được sử dụng để cảm nhận lưu trữ và phân tích dữ liệu
được liên kết với các thiết bị vật lý.
1.2.5. Kiến trúc MobilityFirst.
Vào năm [20], người ta đã chỉ ra rằng kiến trúc Internet trong tương lai (FIA)
được gọi là MobilityFirst bằng cách sử dụng dựa trên tên có thể giải quyết nhiều thách
thức liên quan đến Điện thoại thông minh khi hoạt động như các cổng thông thường
của WSAN trong các hệ thống IoT.
1.2.6. Kiến trúc CloudThings

7


J. Zhou và cộng sự đã trình bày một kịch bản về nhà thông minh hỗ trợ IoT.[ 21]
để phân tích các u cầu ứng dụng IoT. Vì vậy, kiến trúc CloudThings đó đã được đề
xuất dựa trên nền tảng IoT dựa trên đám mây. Trong [22] Hao et al. đề xuất một kiến
trúc gọi là Đám mây dữ liệu dựa trên mạng lấy thông tin làm trung tâm (ICN) để cải
thiện chỗ ở của các dịch vụ cho thế hệ tiếp theo của Internet.
1.2.7. Kiến trúc IoT-A
Một kiến trúc quan trọng khác là kiến trúc tham chiếu IoT-A European project 19
được trình bày trong Bassi et al. Trong Pohls et al. lấy cảm hứng từ kiến trúc IoT-A để
thiết kế một khuôn khổ cho dự án 16 của Liên minh Châu Âu RERUM FP7 cho phép
các ứng dụng IoT bổ sung các cơ chế quyền riêng tư và bảo mật trong giai đoạn thiết

kế ban đầu.
1.2.8. Kiến trúc S-IoT
Atzori và cộng sự. hợp nhất IoT và mạng xã hội và định nghĩa Internet vạn vật
xã hội (S-IoT). Họ mô tả một kiến trúc cho phép tích hợp mọi thứ trong một mạng xã
hội và phân tích các thành phần của cấu trúc mạng được đề xuất bằng cách sử dụng
mô phỏng.
Ngày nay hầu hết các kiến trúc này được thực hiện trong các khu công nghiệp
hoặc thành phố thông minh. Mặc dù những kiến trúc này phù hợp với thời điểm này
nhưng chúng sẽ khơng cịn hứa hẹn nữa về độ tin cậy và hiệu suất do những thách
thức trong tương lai và do đó chúng sẽ yêu cầu được khảo sát lại.
1.3.Công nghệ mới cho phép IoT
Một số công nghệ mới đang tạo ra sự phát triển trong tương lai của các ứng
dụng IoT. Những công nghệ này ban đầu không được thiết kế cho IoT nhưng chúng có
thể tham gia vào các ứng dụng IoT thế hệ tiếp theo như các dịch vụ mới của thành phố
thông minh và xe tự hành. Để giải quyết các yêu cầu sắp tới như vậy, các công nghệ
này phải được nhúng vào kiến trúc đề xuất.
1.3.1.Nano-chip
Trong hai thập kỷ qua, các thiết bị dựa trên Nano-Chip đã được tìm thấy những
ứng dụng chung trong việc phân tích các mẫu sinh học và hóa học. Một con chip nhỏ
đặt dưới da và các tế bào được lập trình lại bằng điện trường có thể là một phát minh ở
dạng chúng ta chữa lành các mơ bị thương hoặc lão hóa. Các nhà nghiên cứu cho biết
Nano-chip có thể chữa lành vết thương hoặc chỉ với một lần chạm các cơ quan sẽ mọc
lại. Tuy nhiên, việc sử dụng các thiết bị dựa trên chip Nano sẽ không bị giới hạn trong
các ứng dụng y tế, chẳng hạn như công nghệ này có thể được sử dụng trong các ứng
dụng quân sự và tự động hóa gia đình, sẽ bao gồm phần lớn các ứng dụng IoT.
1.3.2. Sóng milimet (mmWave)
Trong thập kỷ trước, khả năng tiếp cận của phổ tần số dưới băng tần 6 GHz đã
giảm xuống và yêu cầu về tốc độ dữ liệu cao hơn đang tăng lên. Các tần số cao hơn
như sóng milimet (mmWave) mà dải tần của nó trên 24 GHz đã được khuyến nghị là
ứng cử viên cho các ứng dụng IoT 5G trong tương lai vì băng thơng lớn hơn có thể

được coi là cải thiện khả năng và cho phép người dùng sử dụng tốc độ dữ liệu rất cao.
ứng dụng tầm ngắn 26. Dải tần 24 28 GHz đã được khai thác như một trong những
băng tần được coi là cho các ứng dụng 5G-IoT [27].
1.3.3. Mạng không đồng nhất (Het-Net)
Mạng không đồng nhất (HetNet) đã thiết kế để đáp ứng yêu cầu theo u cầu của
5GIoT chạy dịch vụ. Mơ hình mạng mới này cho phép 5G-IoT cung cấp tốc độ truyền
8


dữ liệu theo yêu cầu theo yêu cầu. Trong năm gần đây, một số giải pháp HetNet 5G đã
thiết kế (Xem trong 10) sẽ triển khai một số lượng lớn các thiết bị được đào tạo tài
nguyên.
1.3.4.Giao tiếp trực tiếp thiết bị với thiết bị (D2D)
Giao tiếp trực tiếp thiết bị với thiết bị (D2D) đã được thiết kế như một cách mới
để truyền dữ liệu tầm ngắn, điều này sẽ mang lại lợi ích cho 5G-IoT với mức tiêu thụ
điện năng thấp hơn, QoS tốt hơn cho người dùng và cân bằng tải. Trạm gốc Macrocell truyền thống (MBS) đã xem xét cung cấp BS công suất thấp Tuy nhiên D2D cho
phép truyền thông tin giữa thiết bị người dùng biên mà không cần BS -oT.
1.3.5.Hệ thống không dây thế hệ thứ năm (5G)
Mạng thế hệ thứ năm (5G) đang trở thành hướng dẫn chính cho sự phát triển của
các ứng dụng IoT. 5G có thể đóng góp quan trọng cho thế hệ tiếp theo của IoT bằng
cách kết nối hàng tỷ thứ thông minh để tạo ra tương lai thực tế và IoT khổng lồ. Hiện
tại, việc xác định khả năng của các thiết bị IoT là rất khó vì miền ứng dụng khơng
đồng nhất nên đáp ứng nhu cầu của ứng dụng. Theo báo cáo của Tập đoàn Dữ liệu
Quốc tế (IDC), các dịch vụ của 5G tồn cầu sẽ hỗ trợ 70 cơng ty chi 1,2 tỷ USD cho
các giải pháp quản lý kết nối. Các hệ thống IoT hiện tại được thiết kế rộng rãi theo
miền ứng dụng cụ thể như BLE ZigBee các công nghệ khác như mạng Wi-Fi LP-WA
(Lora Sixgfox) và truyền thông di động (3GPP LTE), v.v. IoT đang phát triển nhanh
chóng với công nghệ mới, đặc biệt là miền ứng dụng mới. Ngày nay, các hệ thống IoT
đang cải thiện chất lượng của lối sống liên quan đến sự kết nối giữa các thiết bị nhà
thông minh và môi trường thông minh. Công nghiệp IoT (IIoT) đang phát triển nhiều

thách thức như các yêu cầu mới đối với sản phẩm và giải pháp cũng như chuyển đổi
mơ hình kinh doanh [28]. Các kỹ thuật truyền thông phổ biến nhất trong kết nối của
IoT là mạng 3GPP và LTE (4G) [29] cung cấp các hệ thống IoT với độ tin cậy bền
vững vượt thời gian của kết nối và với phạm vi bao phủ rộng, chi phí triển khai thấp,
truy cập mức độ bảo mật cao vào phổ tần chuyên dụng và sự đơn giản của quản lý 30
Tuy nhiên, các mạng di động hiện tại chẳng hạn không thể hỗ trợ truyền thơng MTC
nhưng mạng 5G-IoT có thể cung cấp. Ngồi ra, 5G-IoT cung cấp tốc độ dữ liệu mạng
di động nhanh nhất với độ trễ rất thấp và vùng phủ sóng được cải thiện cho giao tiếp
MTC.
Trong những năm gần đây, nhiều cơng trình khác nhau về 5G-IoT đã được thực
hiện. CISCO Intel Verizon, v.v. đã thực hiện các dự án nghiên cứu không dây về 5G
nhằm điều chỉnh chất lượng video phù hợp với yêu cầu của mắt người [19]. 5G-IoT
cung cấp tất cả- trực tuyến theo yêu cầu và trải nghiệm xã hội với các ứng dụng
IoT. Kiến trúc 5G-IoT phải tự động và phải có khả năng phối hợp đầu cuối, hoạt động
thơng minh và nhanh chóng trong mỗi giai đoạn 9.
Các kiến trúc 5G-IoT sẽ cung cấp:
 Các mạng độc lập về mặt logic cho các yêu cầu ứng dụng
 Để xây dựng lại mạng truy cập vô tuyến (RAN), hãy tham gia vào mạng truy
cập vô tuyến dựa trên đám mây (Cloud RAN) để cung cấp các kết nối lớn theo
nhiều tiêu chuẩn và triển khai theo yêu cầu các chức năng RAN theo yêu cầu
của 5G
 Đơn giản hóa kiến trúc của mạng lõi để thiết kế cấu hình các chức năng mạng
theo yêu cầu.
9


1.3.6. Giao tiếp kiểu máy (MTC).
Truyền thông kiểu máy (MTC) hoặc liên lạc máy-tomachine (M2M) đại diện cho
truyền thông dữ liệu tự động giữa cơ sở hạ tầng cơ bản của vận chuyển dữ liệu và thiết
bị. Truyền thông dữ liệu được phát triển ngay giữa hai thiết bị MTC hoặc giữa thiết bị

MTC và cơ sở dữ liệu [31]. MTC thiết lập một loạt các ứng dụng từ việc triển khai lớn
các thiết bị tự trị đến các dịch vụ tới hạn. Các hệ thống di động (đặc biệt là 5G) đã
được coi là một ứng cử viên quan trọng để cung cấp kết nối cho các thiết bị MTC.
Thiết bị MTC ngày càng trở thành một phần thiết yếu trong lối sống của chúng ta. Hỗ
trợ tốc độ dữ liệu cao và các tính năng nổi bật khác của MTC xuất hiện trong tình
huống mà 5G-PlusHetNet coi là giải pháp công nghệ mạnh mẽ trong 5G-IoT trước
nhu cầu truyền dữ liệu ngày càng tăng từ các thiết bị MTC [32].
1.3.7. Mạng không dây do phần mềm xác định (WSDN).
Mạng không dây do phần mềm xác định (WSDN) là cơng nghệ mới tiếp cận với
điện tốn đám mây di động, hỗ trợ quản lý mạng và cho phép cấu hình mạng thay vì
cải thiện hiệu suất mạng hoặc giám sát mạng. Các mạng hiện tại đòi hỏi sự linh hoạt
hơn và xử lý sự cố dễ dàng để đạt được chủ đề này SDN phá vỡ sự đồng hóa theo
chiều dọc của các mạng truyền thống và thông qua điều khiển mạng tập trung cung
cấp sự linh hoạt để lập trình mạng. SDN có thể điều chỉnh các thơng số của mạng một
cách nhanh chóng dựa trên các điều kiện hoạt động của nó [33]. Mạng 5G có thể được
triển khai thơng qua mơ hình WSDN để cung cấp các hệ thống 5G-IoT có thể mở rộng
và nhanh hơn.
1.3.8. Chia sẻ và giao thoa phổ nâng cao
Quản lý (SSIM nâng cao). Tài nguyên phổ có thể sử dụng là hạn chế và đơng
đúc. Có thể mất nhiều năm để xác định lại một dải phổ cho các cách sử dụng khác, ví
dụ như chính quy hóa hoặc tiêu chuẩn hóa dải tần đó khơng dễ dàng. Hiệu quả phổ là
một trong những thước đo hiệu quả quan trọng trong mạng truyền thông 5G. Để nâng
cao hiệu suất phổ tần, các kỹ thuật chia sẻ phổ tần tiên tiến thường được sử dụng. Do
đó, các mạng truyền thơng 5G được kỳ vọng sẽ giải quyết vấn đề bằng các phương
pháp khác nhau .
1.3.9. Điện toán cạnh di động (MEC)
Điện toán Edge (Fog) là một mơ hình điện tốn phân tán, đóng vai trị là lớp
trung gian giữa cơ sở dữ liệu Đám mây và cảm biến thiết bị IoT. Điện tốn cạnh di
động (MEC) đã đề xuất mơ tả việc thực thi các dịch vụ tại ranh giới của mạng nhằm
mục đích cung cấp mơi trường dịch vụ CNTT và khả năng điện toán đám mây ở biên

của mạng di động thứ. Các kiến trúc và khung tham chiếu MEC có các yếu tố chức
năng hỗ trợ các dịch vụ như thơng tin mạng vơ tuyến nhận biết vị trí và thực thi ứng
dụng. Lợi thế của việc mở rộng các dịch vụ đám mây ở rìa các mạng di động như 5G
là có băng thơng cao có độ trễ thấp và khả năng truy cập thông tin mạng vô tuyến và
nhận thức về vị trí. Để có thể tối ưu hóa các dịch vụ cơ sở hạ tầng di động hiện tại
hoặc triển khai các dịch vụ mới. MEC là một yếu tố thiết yếu khác trong 5G-IoT sẽ
tập trung vào hai khía cạnh:
 Cuộc cách mạng phân tích MEC và mạng 5G sẽ là cốt lõi của thế hệ tiếp theo
của IoT.

10


 MEC trong 5G-IoT sẽ làm tăng đáng kể các ứng dụng liên quan đến tính tốn
u cầu xử lý lớn như Thực tế ảo (VR) hoặc thực tế tăng cường (AR).
 Việc triển khai được đề cập trước đó sẽ giảm chi phí và cung cấp cơ sở hạ tầng
quản lý chung cho tất cả các dịch vụ ảo hóa.
1.3.10. Ảo hóa chức năng mạng khơng dây (WNFV)
Ảo hóa chức năng mạng không dây (WNFV) đề cập đến các dịch vụ và chức
năng mạng để xem không dây các tài nguyên mạng như liên kết cơ sở dữ liệu bộ định
tuyến và dữ liệu theo cách tách biệt với cơ sở hạ tầng vật lý chung và sử dụng các tài
nguyên này như các yêu cầu dịch vụ khi nó cần. WNFV tách một mạng vật lý thành
các mạng ảo khác nhau, do đó các thiết bị có thể được cấu hình lại để tổ chức các
mạng khác nhau theo yêu cầu của các ứng dụng. WNFV như một phần bổ sung cho
mạng 5G sẽ cho phép ảo hóa toàn bộ các chức năng của mạng để đơn giản hóa việc
triển khai 5G-IoT. WNFV cung cấp mạng có thể mở rộng và linh hoạt cho các ứng
dụng 5G-IoT, điều này sẽ cho phép một mạng tùy chỉnh để tạo ra các mạng có thể lập
trình cho các ứng dụng 5G-IoT.
Trên thực tế, WNFV sẽ cung cấp khả năng xử lý trực tuyến các ứng dụng 5GIoT bằng cách tối ưu hóa khả năng tốc độ và phạm vi phủ sóng trong mạng để phù
hợp với nhu cầu của các ứng dụng. Ngoài ra, WNFV sẽ cải thiện đáng kể tính khả

dụng của mạng truy nhập vơ tuyến (RAN). Trong HetNet 5G-IoT, tính năng nén mạng
có thể tổng hợp các cơ sở hạ tầng 5G với kết nối đa RAT để phù hợp với các yêu cầu
của các dịch vụ ứng dụng [36].
1.3.11. Điện toán đám mây di động (MCC)
Điện tốn đám mây là một mơ hình điện tốn khuyến khích trong giới học thuật
và cơng nghiệp, đề cập đến việc tận dụng các cơng nghệ ảo hóa cung cấp nhiều mơ
hình triển khai và mơ hình dịch vụ từ đám mây công cộng đến đám mây riêng và từ
Cơ sở hạ tầng như một mơ hình Dịch vụ đến Phần mềm.
Ngồi ra, điện tốn đám mây cung cấp các tài nguyên điện toán như bộ xử lý lưu
trữ và mạng như một dịch vụ. Những lợi ích như khả năng hiệu quả khả năng truy cập
tự phục vụ theo yêu cầu và khả năng mở rộng làm cho điện tốn đám mây trở thành cơ
hội tài ngun máy tính cho các thiết bị di động. Do khoảng cách vật lý, các dịch vụ
đám mây không thể truy cập trực tiếp vào thơng tin hồn cảnh cục bộ như vị trí chính
xác của người dùng, hồn cảnh mạng cục bộ hoặc tình hình của người dùng, là hành
vi cho các ứng dụng nhạy cảm với độ trễ như VR và AR, các yêu cầu này (chẳng hạn
như hỗ trợ di động có độ trễ thấp và nhận biết ngữ cảnh) được mong đợi. Điện toán
đám mây di động (MCC) về cơ bản tập trung vào khái niệm ủy quyền di động vì tài
ngun có sẵn của thiết bị di động bị hạn chế, việc lưu trữ dữ liệu hàng loạt và việc
thực hiện các tác vụ tính tốn chun sâu nên được giao cho các thực thể ở xa. MCC
đề cập đến một mơ hình tận dụng tài ngun của Điện toán đám mây để cải thiện hiệu
suất của các tài nguyên hạn chế.
Hiện tại, nhiều dịch vụ được triển khai trên một đám mây tập trung hoặc trong
chính các thiết bị di động. Có một số ứng dụng (chẳng hạn như ứng dụng AR và giao
diện tăng cường (AI)) trong đó sự hiện diện của nền tảng hiệu suất đặt tại mơi trường
của thiết bị di động có thể mang lại một số lợi thế (chẳng hạn như độ trễ thấp hơn và
khả năng truy cập thông tin ngữ cảnh). Hơn nữa, vì các thiết bị di động được trang bị
các bộ phận thiết thực (chẳng hạn như cảm biến và máy ảnh độ phân giải cao), nên có

11

thể tạo ra các ứng dụng cảm biến tập thể hoặc nguồn cung cấp cộng đồng mới để đạt
được thông tin vị trí.
1.3.12. Phân tích dữ liệu và Dữ liệu lớn
Một trong những khía cạnh quan trọng của một ứng dụng IoT thành cơng là Phân
tích dữ liệu. Các cơng ty quan tâm đến những phần thông tin mang lại giá trị từ dữ
liệu khổng lồ. Khái niệm Dữ liệu lớn là một khái niệm trừu tượng, thường xuyên phụ
thuộc vào cấu hình của hệ thống (chẳng hạn như dung lượng RAM HDD, v.v.) Gần
đây giá trị của Dữ liệu lớn đã được cơng nhận, có nhiều ý kiến khác nhau về định
nghĩa Dữ liệu lớn.
Trên thực tế, Dữ liệu lớn đề cập đến các tập dữ liệu không thể được công nhận
một cách hiệu quả được quản lý và xử lý bởi các công cụ phần mềm và CNTT thông
thường hoặc các thiết bị phần cứng. Các công nghệ như Dữ liệu lớn và Phân tích dữ
liệu đang thay đổi cách chúng ta sống và tạo ra nhiều cơ hội mới. Nhà máy thông
minh là một trong những cơ hội có thể chứa hàng trăm cảm biến tạo ra một lượng lớn
dữ liệu Big Data.
1.3.13. An ninh và Pháp y
Với sự tích hợp của 5G và các mối quan tâm về Bảo mật IoT như kiểm soát quyền
riêng tư, giao tiếp an toàn và lưu trữ dữ liệu an toàn đang trở thành những thách thức
quan trọng trong Ứng dụng IoT.
Hơn nữa, mọi thiết bị đã được xây dựng và mọi dữ liệu đã được đồng bộ hóa
bởi một ứng dụng IoT đều đang được điều tra. Sự phân phối quy mơ lớn của các thiết
bị IoT và tính chất riêng tư của dữ liệu đã được tích lũy và chuyển giao bởi các nút
IoT khiến bảo mật trở thành một thách thức chính. Sẽ khơng mất nhiều thời gian để
thấy mọi người kiện nhau vì đã sử dụng thiết bị thông minh của họ đối với những
phương tiện có khả năng gây tai nạn và những tên tội phạm đặt các cảm biến thông
minh cá nhân vào nguy cơ. IoT đã phát triển một đống cỏ khô bao gồm rất nhiều hiện
vật pháp y hữu ích trong khi việc bảo quản thu thập nhận dạng và báo cáo các mảnh
bằng chứng như một cuộc tấn công sẽ là một thách thức trong bối cảnh này .
IoT sẽ sớm lan rộng khắp mọi khía cạnh cuộc sống của chúng ta từ quản lý nhiệt độ

trong nhà đến xe hơi và quản lý thành phố thông minh và các công nghệ mới hỗ trợ
quá trình này. Các nhà nghiên cứu cần có một ngơn ngữ chung để sử dụng các cơng
nghệ này một cách thích hợp. Cho đến nay, tất cả các cơng nghệ này đều khơng tương
thích với kiến trúc IoT hiện tại.
Do đó cần phải thiết kế một kiến trúc mới dựa trên những công nghệ này. Trong
phần tiếp theo, chúng tơi sẽ trình bày cách các cơng nghệ này đóng góp vào kiến trúc
IoT được đề xuất.
1.4.Kiến trúc đề xuất
Kiến trúc mới được phát triển dựa trên các cơng nghệ được giải thích trong
phần cuối để cung cấp một hệ sinh thái IoT di động và có thể mở rộng bền vững hơn
so với các kiến trúc IoT hiện có. Chúng tơi đề xuất một kiến trúc dựa trên 5G, được
gọi là 5G-IoT với các tính năng sau đây, có thể mở rộng linh hoạt hiệu quả theo môđun, đơn giản và đáp ứng nhu cầu cao.
Kiến trúc bao gồm tám lớp liên kết với nhau với khả năng trao đổi dữ liệu hai
chiều. Lớp thứ hai và lớp thứ năm lần lượt bao gồm hai và ba lớp con và lớp bảo mật
bao gồm tất cả các lớp khác. Các lớp này được chọn để cung cấp hiệu suất tốt nhất và
12


duy trì đồng thời tính mơ đun của kiến trúc. Các cơng nghệ mới được trình bày trong
Phần III được nhúng vào thiết kế của kiến trúc mới này để giải quyết những thách
thức trong tương lai được đề cập trong Phần I. Các công nghệ với các chức năng hoàn
toàn riêng biệt được nhúng trong các lớp khác nhau để dễ phân tích khả năng mở rộng
và mơ đun.
1.4.1. Lớp thiết bị vật lý
Lớp này bao gồm các bộ truyền động và bộ điều khiển cảm biến không dây thực
sự là "những thứ" của IoT. Các thiết bị vật lý là một lớp chung trong tất cả các kiến
trúc. Trong lớp này, các thiết bị kích thước nhỏ như Nano-Chip sẽ được sử dụng để
tăng sức mạnh xử lý tính tốn và giảm tiêu thụ điện năng. NanoChips có thể tạo ra
một lượng lớn dữ liệu được xử lý ban đầu, phù hợp với Dữ liệu lớn ở lớp phân tích dữ
liệu (7 lớp).

1.4.2Lớp giao tiếp
Lớp này bao gồm hai lớp con. Các lớp Giao tiếp và Kết nối D2D.
 Trực tiếp thiết bị đến thiết bị (D2D) Lớp con giao tiếp. Do sức mạnh xử lý và
trí thơng minh ngày càng tăng của các thiết bị vật lý (nút), chúng chứa danh
tính và cá tính riêng của chúng và tạo ra dữ liệu của riêng chúng. Để tăng hiệu
quả và khả năng của hệ thống IoT, các thiết bị này nên tạo thành một HetNet để
giao tiếp với nhau. Các giao thức truyền thông cập nhật của mạng cảm biến
không dây (WSN) được khai thác trong lớp con này. Các nút có thể thực hiện
phân cụm hoặc thậm chí chọn một nhà lãnh đạo (người đứng đầu cụm) cho một
mạng thích hợp. Một trong những cơng nghệ quan trọng nhất giúp cải thiện lớp
con này là mmWave. Ngoài ra ở lớp con 5G này là một công nghệ tùy chọn
khác có thể tăng cường giao tiếp D2D. 5G đã được coi là một ứng cử viên quan
trọng để cung cấp kết nối cho các thiết bị MTC. Hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao và
các tính năng nổi bật khác của MTC khiến 5G-Plus-HetNet được coi là giải
pháp công nghệ mạnh mẽ trong kiến trúc 5G-IoT được đề xuất.
 Lớp con kết nối. Trong lớp con này, các thiết bị được kết nối với các trung tâm
truyền thông như BS. Ngồi ra, họ gửi và phân tích dữ liệu của họ thông qua
các trung tâm bằng kết nối Intranet với thiết bị lưu trữ. Hiện tại, lớp con này
của IoT có một số vấn đề cụ thể, chỉ có thể xử lý số lượng kết nối thiết bị hạn
chế trong các ứng dụng như trao đổi dữ liệu xe tự hành cho nhiều loại dữ liệu
không thể áp dụng được, dữ liệu khối lượng lớn khó có thể được xử lý trong
thực tế- thời gian do độ trễ giao tiếp lớn. Trong tương lai gần, việc triển khai
5G sẽ tạo ra một bước tiến lớn ở lớp con này về hiệu suất độ tin cậy và sự
nhanh nhẹn.
Một công nghệ khác của lớp con này là Advanced SSIM như đã giải thích trong phần
trước. Bằng cơng nghệ này, các thiết bị IoT đạt được khả năng lựa chọn phổ tần (dải
tần) phù hợp với mức nhiễu đủ thấp. Trên thực tế, các kỹ thuật SSIM cũng có lợi khi
tận dụng các cơ hội của việc chia sẻ phổ tần dựa trên radio nhận thức.
L.3 Lớp Điện toán Cạnh (Sương mù)
Tại lớp này, dữ liệu được xử lý bởi các nút hoặc các nhà lãnh đạo của chúng để đưa ra

quyết định ở cấp Edge. Với sự ra đời của công nghệ 5G và sự gia tăng của các thiết bị

13


di động (chẳng hạn như điện thoại thông minh), công nghệ MEC sẽ mạnh mẽ hơn để
vượt qua những thách thức và sẽ đóng góp đáng kể ở lớp này.
L.4 Lớp lưu trữ dữ liệu
Lớp này chứa các đơn vị lưu trữ dữ liệu, trong đó thơng tin thu được từ quá trình xử
lý biên của các thiết bị vật lý được lưu trữ cũng như dữ liệu thô. Lớp này yêu cầu sự
bảo vệ đặc biệt về mặt bảo mật và cũng phải đáp ứng với khối lượng dữ liệu khổng lồ
và lưu lượng của các ứng dụng trong tương lai.
L.5.Lớp Dịch vụ Quản lý.
Lớp này bao gồm ba lớp con như sau:
 Lớp con quản lý mạng. Quản lý mạng liên quan đến việc thay đổi kiểu giao tiếp
giữa các thiết bị và trung tâm dữ liệu. Công nghệ quan trọng nhất liên quan đến
lớp con này là WNFV. WNFV có thể cập nhật cấu trúc liên kết của mạng và
loại giao thức truyền thông như 5G-IoT hoặc ZigBee đồng thời để cải thiện
chất lượng của cấu trúc IoT. Một cơng nghệ hữu ích khác ở lớp con này là
WSDN. WSDN quản lý mạng IoT và cho phép cấu hình lại mạng thay vì giám
sát mạng truyền thống để nâng cao hiệu suất.
 Lớp phụ Điện toán đám mây. Trong lớp con này, dữ liệu và thông tin từ điện
toán biên được xử lý (lại) trong đám mây để có thể thu được thơng tin được xử
lý cuối cùng. Bằng cách triển khai công nghệ 5G, các thiết bị di động có khả
năng thực hiện loại máy tính này được gọi là MCC trong thời gian thực. Do đó,
các hoạt động xử lý sẽ được phân phối song song giữa các thiết bị di động để
làm cho hệ thống IoT hiệu quả hơn, có khả năng mở rộng bền vững và nhanh
hơn.
 Lớp phụ Phân tích dữ liệu. Trong lớp con này, các phương pháp phân tích dữ
liệu mới 4 được sử dụng để tạo ra giá trị (thơng tin có thể thao tác được) từ dữ

liệu thơ. Bất kỳ cải tiến nào trong thuật toán Dữ liệu lớn sẽ nâng cao việc xử lý
dữ liệu ở lớp con này. Trên thực tế, vai trò của lớp con này đang chiếm ưu thế
trong tương lai gần khi lượng thơng tin thu thập được tăng lên do sự tích hợp
của 5G và IoT.
L.6 Lớp ứng dụng
Trong lớp này Phần mềm tương tác với các lớp trước và dữ liệu đang ở trạng thái
nghỉ nên không cần thiết phải hoạt động ở tốc độ mạng. Các ứng dụng có thể cách
mạng hóa thị trường theo chiều dọc và nhu cầu kinh doanh bằng cách kiểm soát các
ứng dụng Ứng dụng theo chiều dọc và di động cũng như Business Intelligence và
Analytics. Trên thực tế, lớp Ứng dụng cho phép những người kinh doanh làm
đúngviệc vào đúng thời điểm bằng đúng dữ liệu.
L.7.Lớp cộng tác và xử lý. Hệ thống IoT

14


Low
Latency

Robustness
of
connection

Support of
different
data types

Reconfi
gurability

Wide
coverage

SDN
Architecture
QoS
Architecture
Three level
Architecture
SoA Based
Architecture
S-IoT Based
Architecture
IoT-A
Architecture
The
Proposed
Architecture
Hình 0:Hệ thống các lớp cộng tác và xử lý
Và thông tin đến từ các lớp trước sẽ khơng hữu ích trừ khi nó tạo ra một hành
động. Mọi người được trao quyền bởi các ứng dụng thực hiện logic nghiệp vụ. Mọi
người sử dụng các ứng dụng và dữ liệu liên quan cho các nhu cầu cụ thể của họ. Đôi
khi nhiều cá nhân sử dụng cùng một ứng dụng cho các mục đích khác nhau. Trên thực
tế, các cá nhân phải có khả năng cộng tác và giao tiếp để làm cho IoT có thể sử dụng
được.
L.8 Lớp bảo mật
Giống như nhiều kiến trúc khác, lớp này được coi là một lớp riêng biệt. Thực tế lớp
này bao phủ và bảo vệ tất cả các lớp trước đó nhưng mỗi phần (phần giao nhau của
lớp này với lớp khác) có chức năng riêng. Lớp bảo mật của kiến trúc được đề xuất bao
gồm các điều khoản về tính năng bảo mật khác nhau bao gồm mã hóa dữ liệu xác thực

người dùng kiểm soát truy cập mạng và bảo mật đám mây 6. Ngồi ra, lớp bảo mật
cũng ngăn ngừa và dự đốn các mối nguy hiểm và các cuộc tấn công mạng bao gồm
cả pháp y để phát hiện loại tấn công và thất bại chúng.
V.Sự so sánh
Trong Phần II, các kiến trúc IoT quan trọng nhất đã được giới thiệu. Trong phần này
chúng tơi so sánh những kiến trúc đó với kiến trúc được đề xuất. Như chúng tôi đã đề
cập, các ứng dụng IoT thế hệ tiếp theo và các dịch vụ của chúng như nhà máy thông
minh và thành phố thơng minh u cầu các thuộc tính đặc biệt như sau Hỗ trợ nhiều
loại dữ liệu Hỗ trợ số lượng khách hàng và nhu cầu cao Tính linh hoạt Độ bền cao của
kết nối Độ trễ thấp Giao tiếp đáng tin cậy Các kiến trúc IoT hiện tại với các công nghệ
truyền thông và mạng của họ bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp các yêu cầu trên 16. Tuy
nhiên, các kiến trúc dựa trên công nghệ truyền thông 5G có thể đáp ứng các yêu cầu
trên và cung cấp các tính năng sau Đơn giản về quản lý Độ tin cậy Khả năng cấu hình
15


lại Bảo mật cao Xử lý sự cố dễ dàng và nhanh chóng Phạm vi rộng Chi phí triển khai
thấp . Hơn nữa hầu hết trong số họ chỉ tập trung vào cơng nghệ 5G mà khơng có đủ sự
quan tâm đến các công nghệ sắp ra mắt khác. Trên thực tế, với sự tích hợp của 5G và
IoT, nhiều cơng nghệ khác như MTC và WNFV có thể tham gia vào các kiến trúc IoT
thế hệ tiếp theo. Sự kết hợp thích hợp của các cơng nghệ này có thể tạo ra một cấu
trúc toàn diện hơn đáp ứng các yêu cầu được liệt kê của các ứng dụng IoT thế hệ tiếp
theo. Cách tiếp cận này không được giải quyết bởi các kiến trúc được giới thiệu trong
Phần II như trong Bảng 1.

16


Chương 2:Tổng Quan Về Internet of Things
2.Internet of Things

2.1.1.Định Nghĩa
IoT có thể được coi là một tầm nhìn sâu rộng của công nghệ và cuộc sống. Từ quan
điểm của tiêu chuẩn kỹ thuật, IoT có thể được xem như là một cơ sở hạ tầng mang
tính tồn cầu cho xã hội thông tin, tạo điều kiện cho các dịch vụ tiên tiến thông qua sự
liên kết các “Things”. IoT dự kiến sẽ tích hợp rất nhiều cơng nghệ mới, chẳng hạn như
các công nghệ thông tin machine-to-machine, mạng tự trị, khai thác dữ liệu và ra
quyết định, bảo vệ sự an ninh và sự riêng tư, điện toán đám mây. Như hình dưới, một
hệ thống thơng tin trước đây đã mang đến 2 chiều – “Any TIME” và “Any PLACE”
communication. Giờ IoT đã tạo thêm một chiều mới trong hệ thống thơng tin đó là
“Any THING” Communication.

Hình 1. .Internet of Things

- Thiết bị(devices): Đối với Internet Of Things, đây là một phần của cả hệ thống với
chức năng bắt buộc là communication và chức năng không bắt buộc là: cảm biến, thực
thi,thu thập dữ liệu, lưu trữ và xử lý dữ liệu.
- Internet Of Things: Là một cơ sở hạ tầng mang tính tồn cầu cho xã hội thơng tin,
mang đến những dịch vụ tiên tiến bằng cách kết nối các “Things” (cả physical lẫn
virtual) dựa trên sự tồn tại của thông tin, dựa trên khả năng tương tác của các thơng tin
đó, và dựa trên các cơng nghệ truyền thông.
- Things: Đối với Internet Of Things, “Thing” là một đối tượng của thế giới vật chất
(physical things) hay thế giới thơng tin ảo(virtual things). “Things” có khả năng được
nhận diện, và “Things” có thể được tích hợp vào trong mạng lưới thong tin liên lạc.
17


2.1.2. IOT từ góc nhìn kỹ thuật
Như đề cập ở mục 1, “Things” trong IoT có thể là đối tượng vật lý (Physical) hoặc là
đối tượng thơng tin (hay cịn gọi là đối tượng ảo – Virtual). Hai loại đối tượng này có
thể ánh xạ (mapping) qua lại lẫn nhau. Một đối tượng vật lý có thể được trình 5 bài

hay đại diện bởi một đối tượng thông tin, tuy nhiên một đối tượng thơng tin có thể tồn
tại mà không nhất thiết phải được ánh xạ từ một đối tượng vật lý nào. Yêu cầu tối
thiểu của các “device” trong IOT là khả năng giao tiếp. Devices sẽ được phân loại vào
các dạng như device mang thông tin, device thu thập dữ liệu, device cảm
nhận(sensor), device thực thi, hay general device.

2.2.Kiến trúc mạng IOT
2.2.1.Định Nghĩa
IOT là một bộ phận tích hợp của Future Internet và được định nghĩa như một cơ sở hạ
tầng mạng toàn cầu năng động với khả năng tự cấu hình dựa trên tiêu chuẩn và các
giao thức truyền thơng tương thích trong đso các vật thực và ảo có danh tính,thuộc
tính vật lý và tính cách ảo và sử dụng giao diện thông minh, và được tích hợp hồn
tồn vào trong mạng lưới thơng tin.
Trong IOT,’things’ được dự tính trở thành các người tham dự trong các hoạt
động kinh doanh,thơng tin và các q trình xã hội trong đó chúng được tương tác và
liên lạc với nhau và với môi trường bằng cách trao đổi dữ liệu và thông tin cảm nhận
được trong môi trường, trong khi tự phản ánh với các sự kiện thế giới thực và tạo ra
tương tác bằng cách chạy các tiến trình mà kích hoạt động và tạo ra các dịch vụ có
hoặc khơng có sự tác động của con người.
Các giao diện trong hình thức của dịch vụ dễ dàng tương tác với các vật thông
qua Internet, truy vấn và thay đổi trạng thái cảu chúng và bất ký thông tin liên quan
với chúng, tham gia bảo mặt tài khoản và các vấn đề riêng tư.
Tâm nhìn của Internet tương lại dựa vào các giao thức truyền thông lưu ý đến
sự hợp nhất của máy tính , Internet of Media – IoM, Internet of Services – Ios, và
Internet of things – IoT vào trong một nền tảng IT toàn cầu của mạng và các thứ được
nối mạng.

18

Hình 2.Kiến trúc mạng IoT

IoS chỉ một thành phần nền tảng phần mền được sử dụng qua các mạng khsc nhau và
Internet: SOA, Web/Enterprise 3.0/X.0, Enterprise Interoperrability, Service Web,
Grid Services and Semantic Web.
IoM xác định các thách thức trong mã hoá video mở rộng và xử lý video 3D,
game di động.
Mạng tươgn lai sẽ gồm cơ sở hạ tầng mạng công cộng/ cá nhân và khả năng
mở rộng cả thiện bằng ‘things’ đặt gần nhau và kết nối với nhau. Các kết nối không
chỉ giữa con người vơi môi trường.
Truyền thông được xem như giữa nhiều thiết bị đầu cuối và các trung tâm dữ
liệu (dữ liệu nhà, điện toán đám mây…).Tăng khả năng lưu trữ và tính tốn sẵn sàng
kết nối.
Các thiết bị đầu cuối có thể tạo mạng liên lạc cục bộ và có thể phục vụ như cầu
nối giữa các mạng truyền thông.
IoT tạo ra mạng lưới năng động của hàng tỷ hoặc nghìn tỷ các ‘things’ kết nối
không dây liên lạc với nhau và hợp thành sự phát triẻne Pervasive Computing,
Ubiquitous Computing and ambient Interlligence.
Các ứng dụng dịch vụ, các phần trung gian, các mạng và thiết bị đầu cuối sẽ
kết nối theo các cách hoàn toàn mới. Các thiết bị đầu cuối được kết nối tạo ra các kết
nối giữa các ‘things’, cho phép người sử dụng giám sát vị trí, điều kiện và trạng thái
của họ, cũng như gửi các yêu cầu và hướng dẫ cho họ.
IoT mang lại nhiều lợi ích cho hoạt động kinh doanh: các giải pháp quản lý tài
sản và sản phẩm ở mức cao, quản lý chu trình được cải thiện, tăng cường hợp tác giữa
các công ty.
19


Hoàn thiện các cảm biến và khả năng các thiết bị sẽ cho phép xử lý các vấn đề
phát sinh để nâng cao hiệu quả, khả năng mở rộgn và ra quyết định cụv bộ. VD: các

cảm biến với thuật tốn thơng minh sử dụng để giám sát sức khoẻ bệnh nhân hoặc
điều kiện của phương tiện giao thông, để phát hiện sớm các dấu hiệu và ra quyết định
phù hợp.
IoT cho phép con người và mọi thứ kết nối mọi lúc, mọi nơi, tại bất kỳ đâu và
bất kỳ ai, sử dụng bất kỳ kết nối mạng nào và dịch vụ gì. Mọi thứ từ cá nhân, tổ chức,
xã hội, vật thể, sản phẩm, dữ liệu, dịch vụ, các quá trình sẽ được kết nối trong IoT.
Cơ sở hạ tầng IoT cho phép liên kết giữa các đối tượng thông minh (robot di
động, cảm biến không dây…), các kỹ thuật mạng cảm biến, con người, sử dụng giao
thức truyền thông khác nhau nhưng tươgn thicsh và thu được một mạng lưới đa
phương thức/ khơng đồng nhất năng động có thể được triển khai ở những nơi không
thể tiếp cận, hoặc không gian xa (giàn khoan dầu, mỏ , rừng, đường hầm, đường
ống,..) hoặc trong trường hợp khẩn cấp, tình huống nguy hiểm (động đất, hoả hoạn, lũ
lụt vực bức xạ,..). Trong cơ sở hạ tầng này, các thực thể khác nhau hoặc “things” phát
hiện và khám phá lẫn nhau và học cách tận dụng lợi thế dữ liệu của nhau bằng cách
tổng hợp các nguồn lực và tăn cường đáng kể phạm vi và độ tin cậy của các dịnh vụ
đưa đến.
“Things” trong tầm nhìn IoT sẻ ảnh hưởng lẫn nhau phụ thuộc của khả năng
hoạt động của chúng (ví dụ tính tốn sức mạnh xử lý, kết nối mạng, tiềm năng sẵn
có,..)
vào các q trình khác nhau. Một số thuộc tính của chúng, hành động và tham gia
trong việc được nhóm theo năm lĩnh vực.
Trong kiến trúc IoT, thông minh trrung gian sẽ cho phép tạo ra một bản đồ
động của thế giới thực / vật lý trong không gian kỹ thuật số / ảo bằng cáh sử dụng một
giải pháp không gian và thời gian mạnh mẽ và kết hợp các đặc điểm của mạng cảm
biến khắp nơi và “things” khác.

2.2.2.Các thành phần liên quan

20

Hình 3. IoT và các lĩnh vực nghiên cứu liên quan.
2.2.3.Kiến trúc
Kiến trúc IoT được cấu thành từ 4 bộ phận chính: vạn vật (Things), trạm kết
nối (Gateways), hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud), các lớp
tạo và cung cấp dịch vụ (Services – creation and Solutions layers).
2.2.3.1.Vạn vật -things
Ngày nay hàng tỷ vật dụng gia dụng và công nghệ ở trong nhà, nhà xưởng, trên
tay người dùng: chẳng hạn như xe hơi, đồng hồ đeo tay, điện thoại di động đang được
kết nối trực tiếp thông qua băng tần mạng không dây và truy cập Internet. Giải pháp
IoT giúp các thiết bị thông minh được sàn lọc, kết nối và quản lý dữ liệu một cách cục
bộ: cịn các thiết bị chưa thơng minh thì được kết nối thông qua các trạm kết nối.
2.2.3.2.Trạm kết nối -Gateways
Trạm kết nối (Gateways): Một rào cản chính khi triển khai IoT đó là gần 85%
các vật dụng đã khơng được thiết kế để có thể kết nối với Internet và khơng thể chia sẻ
dữ liệu với điện tốn đám mây. Để khắc phục vấn đề này, các trạm kết nối sẽ đóng vai
trị là một trung gian trực tiếp, cho phép các vật dụng có sẵn này kết nối với điện toán
đám mây một cách bảo mật và dễ dàng quản lý
2.2.3.3. Hạ tầng mạng và điện toán đám mây (Network and Cloud)

Cơ sở hạ tầng kết nối: Internet là một hệ thống toàn cầu của nhiều mạng IP được kết
nối với nhau và liên kết với hệ thống máy tính. Cơ sở hạ tầng mạng này bao gồm thiết
bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp, thiếp bị lặp và nhiều thiết bị khác có thể
kiểm sốt lưu lượng dữ liệu lưu thơng và cũng được kết nối đến mạng lưới viễn thông
và cáp - được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ.

21


- Trung tâm dữ liệu/ hạ tầng điện toán đám mây: Các trung tâm dữ liệu và hạ tầng điện

toán đám mây bao gồm một hệ thống lớn các máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo
hóa được kết nối.
2.2.3.4. Các lớp tạo và cung cấp dịch vụ (Services-Creation and Solutions Layers)
Intel đã kết hợp những phần mềm quản lý API hàng đầu (Application Progmraming
Interface) là Mashery* và Aepona* để giúp đưa các sản phẩm và giải pháp IoT ra thị
trường một cách chóng và tận dụng được hết giá trị của việc phân tích các dữ liệu từ
hệ thống và tài sản đang có sẵn.

Hình 4. Kich bản tổng thể bao gồm các công ty, các tổ chức công cộng và con
người
2.3.Mục tiêu cho kiến trúc IoT tương lai hướng tới
Cơ sở hạ tầng mở, có khả năng mở rộng, linh hoạt và có tính bảo mật cho IoT
và con người.
Người sử dụng làm trung tâm, tính tuỳ biến cho Web of Things bao gồm các
khả năng thúc đẩy để chia sẻ thơng tin.
Có một số kiến trúc đang phát triển: IoT-A, ETSI, W3C, CASAGARAS, EPCglobal.

22


Kiến trúc mạng EPCglobal hiện chỉ là một dạng của IoT tương lai. Tuy nhiên tính mở,
khả năng mở rộng và an ninh có thể đảm bảo, mạng EPCglobal là kiến trúc toàn diện
và hữa hẹn nhất hiện tại. Sự sẵn có của các tiêu chuẩn mở và miễn phí và các miễn phí
các thi hành mã nguồn mở cho kiến trúc mạng EPCglobal đóng vai trị quan trọng
trong sự phát triển của nó. Các mở rộng khác, như hỗ trợ các lược đồ nhiều định danh,
các dịch vụ khám phá liên hiệp, sự tích hợp truyền động các tác tử phần mềm để
quyền dữ liệu và đưa ra quyết định, có thể mở rộng xa hơn các chức năng của
EPCglobal.
Tầm nhìn của IoT tương lai bao gồm dịch vụ thông tin IoT mở rộng dựa trên
EPC Information Services. Sự mở rộng là cần thiết để cung cấp sự hỗ trợ lớn hơn cho

các định dạng khác nhau, dữ liệu động và tĩnh bỏ sung, hỗ trợ bộ truyền động, tích
hợp tác tử phần mềm, sự tích hợp của các thiết bị khơng có IP và khả năng offline. Cụ
thể, tầm nhìn bao gồm các thành phần sau:
-

Hỗ trợ dữ liệu tĩnh mở rộng – Extend static data support:

Sự tích hợp dữ liệu động - Intergration of dynamic data: mang thế giới thực và
ảo gần nhau hơn để có thể cảm nhận các điều kiện môi trường cũng như trạng thái của
thiết bị.
Hỗ trợ các thiết bị không IP – Support for non-IP devices: tích hợp vào IoT qua
các cổng vào.
-

Sự tích hợp của giao diện truy cập – Intergration of an actuator interface:

Sự tích hợp có tuỳ chọn của các phần tử phần mềm – Optional Intergration of
software agents: sự phức tạp của các mạng hỗ trợ toàn cầu đòi hỏi nhiều sựu phân
quyền va ra quyết định tự động. Các tác tử phần mềm đã được nghiên cứu rộng rãi
nhưng chưa được cháp nhận đáng kể trong nghành cơng nghiệp. Lý do cho điều này
có thể là sự thiếu chuẩn hoá. Một giao diện chuẩn hoá IoT sẽ giúp thúc đẩy việc sử
dụng các tác tử phần mềm.
Các dịch vụ khám phá liên hiệp, mở rộng – Entended, feferared discovery
services : cần thiết để quản trị mở khả năng mở rộng và lựa chọn dịch vụ tìm kiếm
trong IoT.
Đồng bộ dữ liệu để hỗ trợ offline: mạng EPCglobal yêu cầu kết nối online để
truy cập dữ liệu liên quan tới các sản phẩm được xác định. Trong một số trường hợp
kết nối không được đảm bảo. Đồng bộ dữ liệu là cần thiết để hỗ trợ các kịch bản di
động và ra quyết định phân quyền.
Giao diện tới các dịch vụ thanh toán: để cho phép cạnh tranh giữa các nhà cung

cấp dịch vụ thanh toán, một giao diện chuẩn hoá tới các dịch vụ là cần thiết. Giao
diện thanh toán này cho phép cân đối chi phsi và lợi ích cùng các mơ hình kinh doanh
mới và các cơ hội tạo doanh thu cho doanh nghiệp và ngi sử dụng dựa trên thương
mại nhỏ các thơng tin trong IoT.
2.4.Các đặc tính cớ bản của Internet of Things
Hệ thống IoT sẽ bao gồm các đặc trưng như sau:
23



Tính khơng đồng nhất: các thiết bị trong IoT là khơng đồng nhất vì nó có phần
cứng khác nhau cũng như network khác nhau. Các thiết bị giữa các network có thể
tương tác với nhau nhờ vào sự liên kết của các network.

Tính kết nối liên thơng (interconnectivity): với hệ thống IoT thì bất cứ điều gì,
vật gì, máy móc gì cũng có thể kết nối với nhau thơng qua mạng lưới thông tin và cơ
sở hạ tầng liên lạc tổng thể.

Những dịch vụ liên quan đến “Things”: hệ thống IoT có khả năng cung cấp các
dịch vụ liên quan đến “Things” chẳng hạn như bảo vệ sự riêng tư và nhất quán giữa
Physical Thing và Virtual Thing. Để cung cấp được dịch vụ này, cả công nghệ phần
cứng và cơng nghệ thơng tin(phần mềm) sẽ phải thay đổi.

Sẽ có quy mơ lớn: Sẽ có một số lượng rất lớn các thiết bị, máy móc, được quản
lý và giao tiếp với nhau. Số lượng này lớn hơn nhiều so với số lượng máy tính kết nối
Internet hiện nay. Số lượng các thông tin được truyền bởi thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so
với được truyền bởi con người.

Có thể thay đổi linh hoạt: các trạng thái của các thiết bị điện tử, máy móc có
thể tự động thay đổi như ngủ và thức dậy, kết nối hoặc bị ngắt, vị trí thiết bị đã thay

đổi, và tốc độ đã thay đổi… Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi tùy vào
cách mà chúng ta muốn.
2.5.Các yêu cầu của một Internet of things (IoT)
Các yêu cầu để có thể trở thành một IoT sẽ rất cao và khắc khe. Chính vì thế mà để có
thể thỏa mãn thì cần phải có các tiêu chí như sau:
A, Có kết nối dựa trên sự nhận diện
Có nghĩa là các đồ vật, máy móc, thiết bị hay gọi chung là “Things” phải có tên hay
địa chỉ ID riêng biệt. Hệ thống IoT cần hỗ trợ các kết nối giữa các “Things”, và kết
nối được thiết lập dựa trên định danh (ID) của Things.
B, Khả năng quản lý
Hệ thống IoT cần phải hỗ trợ tính năng quản lý các “Things” để đảm bảo network hoạt
động bình thường. Ứng dụng IoT thường làm việc tự động mà không cần sự tham gia
người, nhưng tồn bộ q trình hoạt động của họ nên được quản lý bởi các bên liên
quan.
C, Khả năng bảo mật
Trong IoT, rất nhiều “Things” sẽ được kết nối với nhau. Chính điều này làm tăng mối
nguy trong bảo mật, chẳng hạn như bí mật thơng tin bị tiết lộ, xác thực sai, hay dữ liệu
bị thay đổi hay làm giả. Hơn nữa tất cả các “Things” đều có chủ sở hữu và người sử
dụng của nó. Các dữ liệu thu thập được từ các “Things” có thể chứa thơng tin cá nhân
liên quan chủ sở hữu hoặc người sử dụng nó. Các hệ thống IoT cần bảo vệ sự riêng tư
trong quá trình truyền dữ liệu, tập hợp, lưu trữ, khai thác và xử lý. Bảo vệ sự riêng tư
không nên thiết lập một rào cản đối với xác thực nguồn dữ liệu.
24


D, Dịch vụ thỏa thuận
Dịch vụ này để có thể được cung cấp bằng cách thu thập, giao tiếp và xử lý tự động
các dữ liệu giữa các “Things” dựa trên các quy tắc được thiết lập bởi người vận hành
hoặc tùy chỉnh bởi các người dùng.
E, Khả năng cộng tác

Khả năng này cho phép hệ thống IoT có khả năng tương tác qua lại giữa các network
và Things một cách dễ dàng.
F, Khả năng tự quản của network
Chúng sẽ bao gồm tự quản lý, tự cấu hình, tự khắc phục lỗi, tự tối ưu hóa và tự có cơ
chế bảo vệ. Điều này cần thiết để network có thể thích ứng với các tên mền ứng dụng
khác nhau, mơi trường truyền thông khác nhau, và nhiều loại thiết bị khác nhau,…
G, Các khả năng dựa vào vị trí (location – based capabilities)
Các thông tin liên lạc và các dịch vụ liên quan đến một cái gì đó sẽ phụ thuộc vào
thơng tin vị trí của các thiết và người sử dụng. Hệ thống IoT có thể biết và theo dõi vị
trí một cách tự động. Các dịch vụ dựa trên vị trí có thể bị hạn chế bởi luật pháp hay
quy định, và phải tuân thủ các yêu cầu an ninh.
H, Plug and play
Hệ thống IoT bắt buộc các “Things” phải được plug – and – play một cách dễ dàng và
tiện dụng. Điều này giúp dễ dàng cho việc mới bắt đầu sử dụng
2.6.Các vấn đề của một hệ thống Internet of things (IoT)
Đi đôi với sự tiện ích và thực dụng thì bao giờ cũng kèm theo những bất cập cả. Và hệ
thống IoT cũng không phải là ngoại lệ đúng không nào. Thật vậy, trong hệ thống
chúng ta sẽ thấy những khó khăn mà hiện tại chưa được khắc phục triệt để . Có thể
đến một số như:
+Chưa có nền tảng và ngơn ngữ chung
Như trên mình có trình bày thì một hệ thống IoT sẽ được kết nối với nhau
thông qua các Things tức là các thiết bị, máy móc, điện tử,…Tuy nhiên với từng thiết
bị IoT thì lại được lập trình trên một nền tảng cũng như ngơn ngữ riêng. Điều này rất
khó khăn trong vấn đề giao tiếp qua lại giữa các thiết bị. Đã có giải pháp là dùng đến
giao thức, tuy nhiên thì các giao thức lại chưa hồn tồn đồng nhất nên dẫn đến tình
trạng thơng tin khơng 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
25