Giải thích về hệ thống phức tạp của thiết bị Internet of Things

Sự gia tăng của IoT trong mạng đang tạo ra những đổi mới quan trọng trong lĩnh vực này, bao gồm các hệ thống phức tạp của các thiết bị Internet of Things (SIoTD). Hướng dẫn này sẽ trình bày những kiến thức cơ bản về khái niệm mới nổi này và các ứng dụng của nó.

SIoTD là gì?

Internet of Things là một trong những công nghệ mới thú vị nhất trở thành xu hướng chủ đạo trong những năm gần đây. Nó có hàng trăm ứng dụng, từ điện tử tiêu dùng thế hệ tiếp theo đến các thiết bị công nghiệp cỡ lớn.

Hệ thống thiết bị IoT là mạng lưới các thiết bị IoT được kết nối hoạt động cùng nhau cho một mục đích thống nhất. Tính năng chính của một hệ thống mạng IoT như thế này là kiến trúc IoT của nó, bao gồm tất cả các lớp thiết bị, thành phần và quy trình tạo nên mạng.

Các hệ thống thiết bị IoT này có thể bao gồm nhiều loại thiết bị khác nhau, mỗi thiết bị có quyền truy cập vào dữ liệu khác nhau và giao tiếp với các thiết bị khác nhau trong mạng. Một ví dụ tuyệt vời về điều này là một hệ thống các thiết bị IoT theo phong cách sống của người tiêu dùng .

Nhiều người tiêu dùng ngày nay có hệ thống mạng IoT cá nhân của riêng họ, bao gồm loa thông minh, điện thoại thông minh, đồng hồ thông minh, thiết bị thông minh và thậm chí có thể là cả ô tô thông minh của họ. Những thiết bị này có thể giao tiếp với người tiêu dùng và với nhau theo những cách khác nhau, nhưng chúng đều phục vụ mục đích chung là đơn giản hóa và tự động hóa cuộc sống hàng ngày của người tiêu dùng.

Trong một môi trường công nghiệp hơn, một hệ thống các thiết bị IoT sẽ trông hơi khác một chút nhưng hoạt động theo cách tương tự. Một cơ sở sản xuất sử dụng IoT trong mạng có thể áp dụng các công nghệ như cảm biến kiểm soát chất lượng IoT, cảm biến IoT cho rô bốt sản xuất của họ, giám sát hàng tồn kho thông minh, camera an ninh thông minh và thiết bị lưu kho thông minh như rô bốt kho hàng.

Trong cả hai kịch bản, hệ thống phức tạp của các thiết bị IoT có thể được thiết kế theo nhiều cách khác nhau, với các lớp và giao thức xử lý khác nhau.

Các lớp của IoT trong mạng

Hầu hết các thiết bị IoT hoạt động theo cách tương tự. Cảm biến thông báo cho thiết bị về một số điều kiện, chẳng hạn như nhiệt độ, và chuyển tiếp thông tin đó đến bộ điều khiển. Bộ điều khiển kiểm tra thông tin từ cảm biến theo một điều kiện hoặc tập hợp các phản ứng có thể xảy ra. Khi đã xác định được phản ứng thích hợp với dữ liệu cảm biến, nó sẽ “ra lệnh” cho các bộ truyền động của thiết bị làm điều gì đó, chẳng hạn như gửi tín hiệu điện để bật bóng đèn hoặc tắt thiết bị. Thiết bị cũng được kết nối với mạng, thường là Internet, nơi nó giao tiếp và thu thập dữ liệu từ các thiết bị khác.

Trong một hệ thống phức tạp của các thiết bị IoT, các thành phần này của mỗi thiết bị là một phần của kiến trúc IoT lớn hơn, cách mạng được tạo thành. Đây là một phần lý do tại sao nó rất “phức tạp”. Trong một hệ thống lớn các thiết bị IoT, có thể có hàng chục hoặc hàng trăm quy trình cảm biến-bộ điều khiển-cơ cấu chấp hành diễn ra cùng một lúc, tất cả đều nói chuyện với nhau xuyên suốt.

Với mạng IoT, mọi kiến trúc đều bao gồm một số thành phần hoặc đơn vị tiêu chuẩn : ứng dụng, phân tích, tích hợp, bảo mật và cơ sở hạ tầng. Các thành phần này có thể được coi là các danh mục khác nhau mà mỗi thiết bị hoặc chương trình trong SIoTD có thể được sắp xếp vào. Các kiến trúc IoT khác nhau tổ chức các thành phần của chúng theo những cách khác nhau thông qua các “lớp”.

Các loại kiến trúc

Có ba kiến trúc mạng IoT chính: ba lớp, bốn lớp và năm lớp. Ba lớp là ít phức tạp nhất. Nó được xây dựng từ lớp nhận thức, lớp ứng dụng và lớp mạng.

Lớp đầu tiên, nhận thức, bao gồm tất cả các cảm biến mà các thiết bị IoT trong mạng sử dụng để thu thập thông tin về môi trường và lẫn nhau. Lớp thứ hai - mạng - là hệ thống thần kinh kết nối tất cả các thiết bị và chương trình liên quan và gửi dữ liệu giữa chúng. Lớp thứ ba, ứng dụng, là biểu hiện của nhận thức và các quy trình mạng cho mục tiêu thực tế mà họ đang cố gắng đạt được.

Có thể nghĩ đơn giản kiến trúc này giống như cơ thể người. Lớp tri giác hoạt động giống như các giác quan - xúc giác, khứu giác và thị giác. Thông tin mà các giác quan của cơ thể thu nhận sẽ được gửi đến não, lớp mạng lưới. Tại đây, thông tin được xử lý để đưa ra quyết định. Quyết định đó dẫn đến một hành động sử dụng các kỹ năng vận động của cơ thể, lớp ứng dụng.

Kiến trúc bốn lớp và năm lớp hoạt động theo cách tương tự nhưng với các quy trình phức tạp hơn một chút. Kiến trúc bốn lớp thêm một lớp xử lý dữ liệu cụ thể tách biệt với lớp mạng. Đây là giữa nhận thức và lớp mạng. Nó thường hoạt động như một lớp bảo mật nơi dữ liệu hoặc tính xác thực của người dùng được xác nhận trước khi dữ liệu của lớp nhận thức được truyền đến mạng thực tế. Điều này rất quan trọng vì, như các nghiên cứu chuyên sâu của SIoTD đã nhấn mạnh, an ninh mạng là một thách thức lớn đối với các mạng lớn và phức tạp này.

Kiến trúc năm lớp đưa mọi thứ tiến thêm một bước nữa bằng cách thêm một lớp xử lý cũng như một lớp nghiệp vụ. Như tên cho thấy, một lớp nghiệp vụ đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng SIoTD kinh doanh. Nó hoạt động như một chương trình quản lý mạng tích hợp sẵn, tổ chức những thứ như mô hình kinh doanh hoặc quyền riêng tư của người dùng.

Ứng dụng cho SIoTDs phức tạp

Có rất nhiều ứng dụng cho IoT trong mạng, từ điện tử tiêu dùng đến các chương trình chuỗi cung ứng mở rộng. Điều quan trọng cần lưu ý là các ứng dụng trong bất kỳ ngách hoặc ngành nào đều có thể sử dụng bất kỳ kiến trúc nào ở trên - kiến trúc phù hợp là về ứng dụng cụ thể. Vì vậy, một ứng dụng tiêu dùng sẽ không nhất thiết phải sử dụng kiến trúc ba lớp chỉ vì nó ít phức tạp hơn một ứng dụng sản xuất. Nhu cầu của một ứng dụng nhất định quyết định kiến trúc nào nên được sử dụng.

Một trường hợp sử dụng tuyệt vời cho SIoTD là giám sát và quản lý chuỗi cung ứng. Ví dụ, các công ty vận tải đường bộ ngày nay phải cân bằng chuỗi cung ứng có nhu cầu cao với tình trạng thiếu tài xế. Điều này đòi hỏi sự tối ưu hóa ngày càng chính xác ở mọi giai đoạn, từ nhận hàng cho đến giao hàng cuối cùng và mọi điểm dừng ở giữa.

Các nhà quản lý hậu cần phải tính đến nhiều yếu tố khi lập kế hoạch lộ trình hiệu quả nhất cho một chặng đường nhất định. Họ có thể sử dụng hệ thống các thiết bị IoT để thu thập dữ liệu thời gian thực của toàn bộ đội xe vận tải đường bộ của mình, cho phép họ điều chỉnh hướng đi trên đường và lập kế hoạch các tuyến đường chiến lược và thông tin hơn. Ví dụ: các cảm biến IoT có thể theo dõi mức tiêu thụ nhiên liệu, thời gian di chuyển và thời gian nhàn rỗi, giúp xác định các tuyến đường hiệu quả hơn.

Một trường hợp sử dụng ngày càng phổ biến khác cho IoT trong mạng là kho thông minh. Giống như các công ty vận tải đường bộ, các nhà kho ngày nay phải đáp ứng nhu cầu với nhịp độ cực nhanh. Trong số nhiều lợi ích của việc tự động hóa kho hàng bằng IoT là khả năng hiển thị tốt hơn và cải thiện năng suất.

Người quản lý kho hàng có thể sử dụng các thiết bị IoT để thực hiện những việc như theo dõi mức tồn kho của họ, điều này có thể giúp họ thông báo về hàng tồn kho có thể sắp hết hoặc sắp hết hạn. IoT cũng là một công nghệ quan trọng trong robot kho hàng, dựa vào đó để điều hướng và giao tiếp. Các trung tâm trung tâm theo dõi vị trí của tất cả các robot này xung quanh nhà kho và đảm bảo mọi thứ hoạt động trơn tru.

Đổi mới với hệ thống thiết bị IoT

IoT trong mạng đang đóng một vai trò lớn hơn mỗi năm. Các thiết bị này tiếp tục cải tiến về khả năng, trí thông minh và ứng dụng của chúng. Tất cả các loại ngành công nghiệp đang nhìn thấy lợi ích của SIoTD, từ kho hàng thế hệ tiếp theo tự động đến nhà thông minh hiện đại ngày nay. Hiểu được hoạt động bên trong của các hệ thống phức tạp của các thiết bị IoT giúp chúng bớt phức tạp hơn một chút và mở ra cánh cửa cho những ý tưởng mới và ứng dụng mới cho những thiết bị đáng kinh ngạc này.