Khi số lượng thiết bị IoT ngày càng tăng, đạt hàng ngàn, thậm chí hàng tỷ, việc kết nối chúng trở thành một thách thức lớn. Lúc này, IoT gateway đã ra đời và giải quyết vấn đề trên. Vậy IoT gateway thực chất là gì và cách nó kết nối các thiết bị như thế nào? Hãy cùng ITviec tìm hiểu chi tiết trong bài viết này.
Đọc bài viết để hiểu rõ hơn về:
- IoT gateway là gì? Vai trò của IoT gateway trong hệ thống IoT
- IoT gateway hoạt động như thế nào
- Top 10 loại IoT gateway được dùng phổ biến hiện nay
- Lưu ý khi sử dụng IoT gateway
IoT gateway là gì? Có vai trò gì trong hệ thống IoT?
IoT gateway (cổng IoT) là thiết bị hoặc một phần mềm đóng vai trò trung gian kết nối các thiết bị IoT và đám mây hoặc trung tâm dữ liệu, giúp truyền dữ liệu từ cảm biến lên đám mây để phân tích và xử lý. Nếu không có vai trò trung gian của IoT gateway, mạng lưới cảm biến sẽ không thể phát huy tối đa tiềm năng trong việc cung cấp những thông tin giá trị.
Sự có mặt của IoT gateway đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái IoT như.
- Đảm bảo khả năng tương thích: IoT gateway giúp các thiết bị trong hệ sinh thái giao tiếp với nhau một cách liền mạch thông qua nhiều giao thức truyền thông như Bluetooth, Wi-Fi, Zwave, LoRa, Glowpan, Zigbee,…
- Quản lý kết nối: IoT gateway đóng vai trò quản lý kết nối của các cảm biến với máy chủ đám mây (cloud), từ đó thiết bị IoT có thể hoạt động trực tuyến và truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả.
- Tăng cường hiệu suất hoạt động: IoT gateway không đơn thuần là cầu nối trong hệ sinh thái IoT mà còn thực hiện nhiều chức năng quan trọng khác như thiết lập thiết bị, phân tích dữ liệu tại biên (edge analytics).
- Bảo mật: Đảm bảo an toàn dữ liệu bằng cách mã hoá thông tin, xác thực thiết bị và ngăn chặn truy cập trái phép.
Đọc thêm: IoT là gì? Những ứng dụng của IoT trong thời đại 4.0
IoT gateway hoạt động như thế nào?
IoT gateway kết nối các thiết bị IoT, đồng thời tối ưu hóa việc xử lý dữ liệu, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và đưa ra các quyết định nhanh chóng hơn. Quá trình hoạt động của IoT gateway gồm các bước:
- Thu thập dữ liệu
- Chuyển đổi giao thức
- Tiền xử lý dữ liệu
- Truyền dữ liệu
Ảnh minh họa cách hoạt động của IoT gateway
Cùng tìm hiểu chi tiết từng bước:
- Thu thập dữ liệu
IoT gateway đóng vai trò thu thập dữ liệu từ tất cả thiết bị kết nối trong hệ thống. Các thiết bị này liên tục tạo và gửi dữ liệu theo chức năng của chúng. Ví dụ: Cảm biến môi trường đo nhiệt độ, thẻ thông minh theo dõi số lượng hàng tồn kho.
- Chuyển đổi giao thức
Các thiết bị IoT có thể sử dụng nhiều giao thức truyền thông khác nhau. IoT gateway hoạt động như một bộ chuyển đổi, giúp chuẩn hóa dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau sang một định dạng thống nhất. Từ đó đảm bảo dữ liệu có thể được truyền đi và hiểu một cách chính xác bởi hệ thống bên ngoài.
- Tiền xử lý dữ liệu
Hệ thống IoT có thể bao gồm hàng trăm cảm biến gửi dữ liệu mỗi giây. Tuy nhiên, không phải tất cả dữ liệu đều được xử lý ngay lập tức. IoT gateway sẽ thực hiện tiền xử lý dữ liệu quan trọng nhất và gửi nó đi, giúp hệ thống không bị quá tải, giảm yêu cầu lưu trữ và tăng tốc độ ra quyết định.
Quá trình tiền xử lý bao gồm:
- Lọc dữ liệu: Loại bỏ các thông tin không cần thiết như dấu thời gian hoặc mã thiết bị, chỉ giữ lại dữ liệu cốt lõi phục vụ phân tích.
- Chuẩn hóa dữ liệu: Điều chỉnh giá trị dữ liệu về cùng một phạm vi để dễ dàng xử lý trên nền tảng đám mây. Ví dụ, dữ liệu nhiệt độ có thể được quy đổi từ độ F sang độ C để đảm bảo tính đồng nhất.
- Phân tích cơ bản: Thực hiện các phép tính đơn giản ngay tại cổng giúp giảm lượng dữ liệu thô phải gửi đi và tập trung vào những thông tin quan trọng cần phân tích sâu hơn trên nền tảng đám mây.
- Truyền dữ liệu
Dữ liệu sau khi được xử lý và bảo mật sẽ được truyền đến đám mây hoặc máy chủ. Tại đây, dữ liệu có thể được phân tích sâu hơn, lưu trữ hoặc kích hoạt các hành động tự động dựa trên thông tin nhận được.
Các loại IoT gateway
IoT gateway có nhiều loại khác nhau, mỗi loại sở hữu các đặc điểm và ứng dụng riêng. Dưới đây là một số loại IoT gateway phổ biến hiện nay:
Cloud-based Gateway (Cổng IoT dựa trên đám mây)
Cloud-based gateway là một cổng mạng được lưu trữ trên đám mây giúp kết nối an toàn giữa mạng cục bộ hoặc thiết bị với Internet hoặc một mạng khác.
Loại cổng này thường được sử dụng để cải thiện bảo mật mạng và cung cấp quyền truy cập từ xa vào dữ liệu, ứng dụng và tài nguyên được lưu trữ trên hệ thống nội bộ. Nó có thể thực hiện nhiều tác vụ như tường lửa, cân bằng tải, kết nối VPN, lọc nội dung và mã hóa dữ liệu.
Cloud-based gateway mang đến giải pháp mở rộng linh hoạt, tiết kiệm chi phí cho những doanh nghiệp cần kết nối hệ thống với đám mây hoặc đảm bảo truy cập từ xa an toàn.
Ví dụ thực tế: Cloud-based gateway có thể thu thập dữ liệu từ các cảm biến nhiệt độ trong nhà và gửi lên server Amazon AWS để theo dõi và phân tích từ xa một cách tiện lợi.
Edge Gateway (Cổng IoT biên)
Edge gateway là thiết bị phần cứng đặt ở biên mạng, hoạt động như cầu nối giữa các thiết bị IoT và đám mây hoặc trung tâm dữ liệu.
Nhiệm vụ chính của loại cổng này là cung cấp kết nối, xử lý dữ liệu tại chỗ và đảm bảo an ninh cho các thiết bị IoT hoạt động trong môi trường khắc nghiệt hoặc từ xa. Việc xử lý dữ liệu ngay tại biên giúp giảm tải dữ liệu gửi lên đám mây, tiết kiệm băng thông và giảm độ trễ.
Edge gateway thường được trang bị CPU, bộ nhớ, giao diện mạng cùng các phần mềm quản lý hệ điều hành, bảo mật và giao thức truyền thông. Ngoài ra, chúng có thể chạy các ứng dụng cục bộ để phân tích dữ liệu hoặc thực hiện các thuật toán học máy.
Ví dụ thực tế: Trong một nhà máy, Edge gateway có thể phân tích và loại bỏ dữ liệu không cần thiết trong quá trình khởi động máy móc – thời điểm có thể phát sinh nhiều tín hiệu nhiễu. Chỉ khi máy đã hoạt động ổn định, thiết bị mới gửi báo cáo dữ liệu lên hệ thống trung tâm, giúp tối ưu hiệu suất và độ chính xác trong giám sát.
Protocol Gateway (Cổng IoT giao thức)
Protocol gateway là một thành phần phần cứng hoặc phần mềm giúp kết nối nhiều thiết bị IoT sử dụng các giao thức truyền thông khác nhau.
Trong hệ sinh thái IoT, các thiết bị có thể giao tiếp bằng các giao thức như Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, Z-Wave,… nhưng không phải giao thức nào cũng tương thích với nhau hoặc với Internet. Protocol gateway hoạt động như một “cầu nối” trung gian, giúp chuyển đổi dữ liệu giữa các giao thức này, từ đó tạo điều kiện cho các thiết bị IoT có thể kết nối, tương tác và truyền dữ liệu một cách dễ dàng.
Ví dụ thực tế: Protocol gateway có thể chuyển đổi dữ liệu từ Bluetooth sang HTTP để gửi lên nền tảng cloud.
Ngoài ra, loại cổng này còn có các tính năng bảo mật như xác thực và mã hóa dữ liệu để bảo vệ thông tin khi truyền tải.
Security Gateway (Cổng IoT bảo mật)
Security gateway là thiết bị hoặc phần mềm cung cấp các chức năng bảo mật cho hệ thống IoT. Cổng này đóng vai trò trung gian giữa thiết bị IoT và Internet hoặc mạng cục bộ, giám sát và kiểm soát lưu lượng dữ liệu để ngăn chặn truy cập trái phép, rò rỉ dữ liệu và các mối đe dọa an ninh mạng.
Các tính năng bảo mật quan trọng của security gateway gồm: Xác thực (Authentication), Mã hóa (Encryption), Kiểm soát truy cập (Access Control), Tường lửa (Firewalling), Phát hiện & ngăn chặn xâm nhập (Intrusion Detection & Prevention), Quét lỗ hổng (Vulnerability Scanning).
Security gateway là lớp bảo vệ quan trọng, giúp tăng cường an ninh cho hệ sinh thái IoT ngày càng phát triển.
Application Gateway (Cổng IoT ứng dụng)
Application gateway là một thành phần phần cứng hoặc phần mềm đóng vai trò trung gian giữa thiết bị IoT và các ứng dụng hoặc dịch vụ đám mây.
Gateway này giúp chuyển đổi dữ liệu thu thập từ thiết bị IoT thành định dạng mà các dịch vụ đám mây có thể hiểu được, đồng thời thực hiện các chức năng như tổng hợp dữ liệu, bảo mật và định tuyến dữ liệu đến đúng nơi.
Nhờ có Application gateway, việc tích hợp thiết bị IoT với các ứng dụng đám mây trở nên dễ dàng hơn, cải thiện khả năng quản lý, bảo mật và phân tích dữ liệu.
Mobile Gateway (Cổng IoT di động)
Mobile gateway giúp kết nối các thiết bị IoT với mạng di động hoặc Internet, thường sử dụng các giao thức không dây như 3G, 4G, 5G hoặc Wi-Fi.
Nó cung cấp phương thức truyền dữ liệu an toàn và ổn định từ thiết bị IoT đến đám mây, đồng thời có thể xử lý và phân tích dữ liệu ngay tại nguồn để giảm độ trễ và tiết kiệm băng thông.
Mobile gateway được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như tự động hóa công nghiệp, thành phố thông minh, chăm sóc sức khỏe và nông nghiệp.
Industrial Gateway (Gateway công nghiệp)
Industrial gateway là thiết bị kết nối các hệ thống và thiết bị trong môi trường tự động hóa công nghiệp. Nó có thể chuyển đổi và truyền dữ liệu giữa các giao thức công nghiệp như Modbus, Ethernet, Profibus, giúp các thiết bị như cảm biến, bộ điều khiển và động cơ có thể giao tiếp với nhau.
Industrial gateway cũng tích hợp các tính năng như ghi nhật ký dữ liệu, quản lý từ xa và bảo mật để bảo vệ hệ thống trước các mối đe dọa mạng.
Wearable Gateway (Cổng IoT cho thiết bị đeo thông minh)
Wearable gateway kết nối các thiết bị đeo thông minh (smartwatch, vòng tay theo dõi sức khỏe…) với các hệ thống hoặc mạng khác. Nó có thể tích hợp Wi-Fi, Bluetooth, GPS và các cảm biến để thu thập và phân tích dữ liệu sức khỏe, hoạt động thể chất của người dùng.
Ví dụ: Loại gateway này thường được ứng dụng trong thể thao, chăm sóc sức khỏe và giám sát y tế từ xa, chẳng hạn gửi nhịp tim từ đồng hồ thông minh GalaxyWatch đến ứng dụng Samsung Heath trên điện thoại.
Home Gateway (Cổng IoT gia đình)
Home gateway là thiết bị mạng giúp kết nối hệ thống mạng trong nhà với Internet, cho phép các thiết bị thông minh trong nhà (TV, tủ lạnh, đèn, cảm biến…) có thể liên lạc và hoạt động đồng bộ.
Gateway này thường kết hợp nhiều chức năng như modem, router, switch và điểm truy cập không dây. Ngoài ra, nó có thể có thêm các tính năng như tường lửa, kiểm soát của phụ huynh và tối ưu hóa chất lượng dịch vụ (QoS) để đảm bảo trải nghiệm mạng tốt hơn.
Ví dụ: Hub điều khiển là thiết bị home gateway phổ biến trong gia đình hiện nay, điển hình như Google Home và Amazon Echo.
Medical Gateway (Cổng IoT y tế)
Medical gateway là hạ tầng kỹ thuật giúp kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các tổ chức, hệ thống và nhà cung cấp dịch vụ y tế. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc chia sẻ thông tin bệnh nhân giữa các bác sĩ, bệnh viện và hệ thống quản lý y tế, giúp cải thiện chất lượng chăm sóc và giảm sai sót y khoa.
Medical gateway cũng đảm bảo bảo mật dữ liệu theo các tiêu chuẩn y tế như HIPAA (Hoa Kỳ), giúp bệnh nhân có thể truy cập hồ sơ sức khỏe cá nhân một cách an toàn.
Những lưu ý khi sử dụng IoT gateway
- Khó khăn trong việc tích hợp các thiết bị IoT từ nhiều nhà cung cấp khác nhau, gây vấn đề về giao tiếp và tương thích.
- Các IoT gateway di động phụ thuộc vào mạng và chất lượng sóng (4G/5G).
- Việc theo dõi và bảo trì nhiều thiết bị IoT yêu cầu một hệ thống quản lý toàn diện, bao gồm cập nhật firmware và bảo mật.
- Các thiết bị IoT dễ bị tấn công mạng, cần biện pháp bảo mật mạnh mẽ để bảo vệ gateway và hệ thống.
- Gateway phải có khả năng xử lý số lượng thiết bị ngày càng tăng mà không làm giảm hiệu suất, đồng thời có thể dễ dàng thích ứng với thiết bị mới.
- Cần khả năng tiền xử lý và lọc dữ liệu tại biên để giảm tải dữ liệu truyền lên đám mây và cải thiện hiệu quả.
- Cần cân nhắc chi phí đầu tư ban đầu và chi phí bảo trì lâu dài trước khi triển khai gateway.
Các câu hỏi thường gặp về IoT gateway
IoT gateway khác gì với thiết bị IoT?
Thiết bị IoT là các cảm biến và bộ điều khiển có chức năng thu thập dữ liệu từ môi trường và thực hiện các hành động như điều chỉnh nhiệt độ, bật/tắt thiết bị. Trong khi đó, IoT Gateway là thiết bị trung gian quản lý và chuyển tiếp dữ liệu giữa các thiết bị IoT và đám mây, giúp kết nối và xử lý thông tin giữa các thiết bị.
Đọc thêm: Thiết bị IoT là gì? Top 10+ thiết bị ứng dụng IoT phổ biến 2025
IoT gateway có gì khác với bộ định tuyến Iot?
Điểm khác biệt chính giữa IoT Gateway và bộ định tuyến IoT là chức năng của chúng. IoT Gateway phù hợp cho hệ thống IoT phức tạp, có khả năng xử lý và quản lý thông mình. Trong khi đó, bộ định tuyến IoT chỉ tập trung vào chuyển dữ liệu, thường là một phần trong hệ thống lớn bao gồm cả IoT Gateway.
Làm thế nào để bảo mật IoT gateway?
Để bảo mật IoT gateway, bạn có thể thực hiện ba bước chính:
- Nhận dạng cho thiết bị cổng: Cung cấp cho cổng một danh tính bằng chứng chỉ số (X.509) để xác minh các kết nối từ các thiết bị đáng tin cậy.
- Kích hoạt nhận dạng mạnh: Để tránh bị tấn công vật lý, hãy sử dụng mô-đun nền tảng đáng tin cậy (TPM) và chức năng không thể sao chép vật lý (PUF) để bảo vệ khóa riêng và chứng chỉ số.
- Cung cấp danh tính cho hệ sinh thái: Sử dụng cổng làm cơ chế bảo mật để cung cấp nhận dạng mạnh cho các thiết bị và cảm biến kết nối, thông qua cơ sở hạ tầng PKI và chứng chỉ X.509.
IoT gateway góp phần tối ưu hóa chi phí trong triển khai IoT như thế nào?
Các IoT gateway tối ưu hóa chi phí triển khai IoT nhờ tích hợp khả năng điện toán biên (edge computing). Đây là công nghệ cho phép xử lý và lọc dữ liệu ngay tại nguồn trước khi gửi lên đám mây.
Bằng cách xử lý dữ liệu tại chỗ, các gateway sẽ giảm khối lượng dữ liệu cần truyền qua mạng di động tốn kém, tiết kiệm chi phí lưu trữ đám mây và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên đám mây. Đồng thời, nhờ khả năng xử lý tại biên, IoT gateway còn giảm độ trễ, cải thiện thời gian phản hồi và đáp ứng tốt hơn các yêu cầu xử lý dữ liệu theo thời gian thực.
Ưu điểm của IoT gateway là gì?
Việc sử dụng IoT gateway mang lại nhiều lợi ích, bao gồm:
- Tổng hợp dữ liệu: IoT gateway có thể thu thập dữ liệu từ nhiều thiết bị IoT và tổng hợp chúng thành một dòng dữ liệu duy nhất giúp việc phân tích và quản lý trở nên dễ dàng hơn.
- Tính toán biên: IoT gateway có thể thực hiện các tác vụ tính toán biên như xử lý dữ liệu, phân tích và học máy, giúp quá trình ra quyết định nhanh chóng và hiệu quả hơn.
- Bảo mật: IoT gateway có thể hoạt động như một điểm truy cập an toàn cho các thiết bị IoT, cung cấp lớp bảo vệ chống lại các mối đe dọa từ mạng.
- Mở rộng quy mô: IoT gateway có thể hỗ trợ một số lượng lớn thiết bị IoT và dễ dàng mở rộng hoặc thu hẹp để đáp ứng nhu cầu thay đổi.
- Cải thiện độ tin cậy: IoT gateway giúp cải thiện độ tin cậy của các thiết bị IoT bằng cách quản lý kết nối mạng và cung cấp cơ chế dự phòng trong trường hợp mạng bị gián đoạn.
- Tiết kiệm chi phí: IoT gateway là một giải pháp quản lý và điều khiển một số lượng lớn thiết bị IoT, giảm thiểu nhu cầu về cơ sở hạ tầng và tài nguyên CNTT đắt đỏ.
Tổng kết
Hiểu rõ về IoT gateway không chỉ giúp bạn nắm bắt cách thức hoạt động của các hệ thống IoT, mà còn là yếu tố quan trọng để phát triển nghề nghiệp trong lĩnh vực này. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ này, việc làm chủ các giải pháp kết nối, bảo mật và tối ưu hóa dữ liệu qua IoT gateway sẽ mở ra nhiều cơ hội mới để bạn cải thiện kỹ năng lập trình và nâng cao khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp trong việc triển khai và quản lý các hệ thống IoT.