Giải pháp IoT: Kiến trúc, lợi ích và tiêu chí lựa chọn phù hợp

Từ nhà ở, nhà máy, phương tiện giao thông cho đến hạ tầng đô thị – IoT (Internet of Things – Internet vạn vật) đang dần định hình một thế giới vận hành thông minh, linh hoạt và hiệu quả hơn. Các giải pháp IoT giúp tự động hóa quy trình, tiết kiệm chi phí và mang đến trải nghiệm sống tiện nghi, an toàn và hiện đại. Cùng ITviec tìm hiểu về kiến trúc và các tiêu chí chọn giải pháp IoT như thế nào cho phù hợp nhé.

Đọc bài viết để hiểu rõ hơn:

  • Giải pháp IoT là gì? Lợi ích của giải pháp IoT
  • Những tiêu chí để chọn giải pháp IoT phù hợp
  • Kiến trúc cơ bản của một giải pháp IoT
  • Giải pháp IoT trong các ngành công nghiệp hàng đầu

Giải pháp IoT là gì? Lợi ích của các giải pháp IoT

Giải pháp IoT là các hệ thống phần mềm được thiết kế để khai thác dữ liệu thu thập từ các thiết bị IoT. Một số giải pháp IoT tập trung xử lý dữ liệu từ một loại cảm biến cụ thể (thường gọi là “giải pháp điểm”), trong khi một số khác có khả năng tích hợp nhiều loại cảm biến nhằm phân tích và đưa ra những góc nhìn toàn diện hơn.

Các giải pháp IoT đang được phần lớn doanh nghiệp thuộc nhiều lĩnh vực ứng dụng, nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và tối ưu hóa nguồn lực. Cụ thể, giải pháp IoT mang lại những lợi ích sau:

  • Tự động hóa và nâng cao hiệu suất: Giảm thiểu thao tác thủ công, rút ngắn thời gian xử lý và cải thiện năng suất làm việc.
  • Bảo trì dự đoán: Theo dõi tình trạng thiết bị theo thời gian thực, phát hiện sớm dấu hiệu hư hỏng và chủ động phòng ngừa sự cố.
  • Giám sát từ xa: Dễ dàng truy cập và theo dõi dữ liệu ở bất kỳ đâu, giúp quản lý vận hành linh hoạt và kịp thời.
  • Phân tích dữ liệu hỗ trợ ra quyết định: Khai thác dữ liệu thu thập được để đưa ra các quyết định chính xác và có cơ sở.
  • Tiết kiệm chi phí: Tối ưu hóa quy trình hoạt động, hạn chế lãng phí và giảm chi phí vận hành.

Đọc thêm: IoT là gì? Những ứng dụng của IoT trong thời đại 4.0

Kiến trúc cơ bản của một giải pháp IoT gồm những thành phần nào?

Kiến trúc cơ bản của một giải pháp IoT là sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm. Các thành phần này hoạt động cùng nhau để tạo nền tảng cho một giải pháp IoT. 

Các ứng dụng IoT phổ biến hiện nay thường được xây dựng dựa trên một kiến trúc tiêu chuẩn với bốn lớp chính:

  • Lớp thiết bị (Device Layer): Đây là lớp chứa các thiết bị IoT cơ bản như cảm biến và bộ thu thập dữ liệu, đóng vai trò thu thập dữ liệu từ môi trường.
  • Lớp mạng (Network Layer): Lớp này chịu trách nhiệm truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị và hệ thống qua các giao thức mạng khác nhau.
  • Lớp hỗ trợ dịch vụ và ứng dụng (Service and Application Support Layer): Đây là lớp cung cấp các dịch vụ cần thiết để xử lý và quản lý dữ liệu từ thiết bị, bao gồm lưu trữ và bảo mật.
  • Lớp ứng dụng (Application Layer): Lớp này là nơi người dùng cuối tương tác với dữ liệu đã được xử lý, thông qua các ứng dụng hoặc giao diện người dùng. Ngoài ra, lớp ứng dụng còn hỗ trợ ra quyết định, tự động hoá quy trình hoặc tích hợp với các hệ thống quản lý khác.

Tuy nhiên, với sự phát triển của các hệ thống kết nối, ngày càng có nhiều hệ thống chuyển sang xử lý dữ liệu ở biên (edge processing). Từ đó hình thành thêm một lớp mới vào kiến trúc bốn tầng truyền thống của giải pháp IoT – gọi là lớp xử lý biên. 

Lớp này chủ yếu thực hiện các hoạt động như kết nối, lọc, tổng hợp, bảo mật và xử lý dữ liệu ngay tại biên mạng, giúp giảm tải cho các lớp khác và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống IoT.

giai phap iot - itviecblog

Lớp thiết bị (Device Layer)

Lớp thiết bị bao gồm các thiết bị IoT thông minh (Arduino, Raspberry Pi), các thiết bị cảm biến và bộ truyền động để điều khiển, thực hiện các lệnh. Cảm biến IoT có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện để máy tính xử lý. 

Các cảm biến IoT có kích thước và chức năng đa dạng, có khả năng ghi nhận thông tin như nhiệt độ, chuyển động, độ ẩm, và nhiều loại dữ liệu khác. Bộ điều khiển sẽ nhận lệnh từ trung tâm xử lý, từ đó điều khiển các thiết bị hoạt động theo yêu cầu, ví dụ như bật đèn khi phát hiện chuyển động.

Lớp kết nối (Network Layer)

Lớp kết nối truyền dữ liệu từ các thiết bị IoT đến các tầng xử lý và ngược lại. Tùy thuộc vào từng giải pháp IoT, việc kết nối thiết bị có thể được thực hiện trực tiếp hoặc qua cổng kết nối (IoT gateway), đặc biệt là với các thiết bị cũ hoặc khi giao thức không tương thích. Dưới đây là một số giao thức truyền thông phổ biến trong IoT:

  • LPWAN (Mạng diện rộng tiết kiệm năng lượng): Hỗ trợ giao tiếp với phạm vi rộng nhưng chỉ truyền tải lượng dữ liệu nhỏ, thích hợp cho các ứng dụng không yêu cầu băng thông cao.
  • Zigbee: Công nghệ không dây cho phạm vi ngắn, phù hợp cho các ứng dụng trong nhà, tốc độ dữ liệu vừa phải và tiêu thụ điện năng thấp.
  • Mạng di động (3G/4G/5G): Cung cấp băng thông rộng và đáng tin cậy, phù hợp cho các ứng dụng như xe kết nối, quản lý giao thông.
  • Bluetooth: Truyền dữ liệu trong phạm vi ngắn, thường dùng cho các thiết bị IoT tiêu dùng nhỏ như thiết bị đeo sức khỏe.
  • Wi-Fi: Cung cấp tốc độ truyền tải dữ liệu cao nhưng không phù hợp với mạng IoT lớn hoặc thiết bị sử dụng pin lâu dài.
  • RFID: Sử dụng sóng radio để truyền tải dữ liệu từ thẻ RFID đến đầu đọc, phổ biến trong logistics và bán lẻ.

Lớp xử lý biên (Edge computing)

Lớp xử lý biên bao gồm các cổng kết nối, máy chủ địa phương hoặc các nút biên phân tán trong mạng. Mục tiêu của lớp này là xử lý và lưu trữ dữ liệu gần nguồn gốc, chỉ gửi một phần dữ liệu lên đám mây hoặc tải dữ liệu theo lịch trình thay vì truyền tải liên tục. Lớp xử lý biên còn có thể lọc, tổng hợp và mã hóa dữ liệu. 

Việc xử lý dữ liệu ngay tại biên giúp tiết kiệm thời gian và tài nguyên, cải thiện độ trễ và hiệu suất. Lớp này rất phù hợp cho các ứng dụng IoT yêu cầu phân tích dữ liệu theo thời gian thực và bảo mật cao như hệ thống y tế, camera an ninh hay xe thông minh,…

Lớp hỗ trợ dịch vụ và ứng dụng (Service and Application Support Layer)

Lớp hỗ trợ dịch vụ và ứng dụng là nơi lưu trữ, xử lý và quản lý hầu hết dữ liệu thu thập từ các thiết bị IoT. Hai quá trình chính diễn ra ở đây:

  • Tích lũy dữ liệu: Các hệ thống IoT tạo ra lượng dữ liệu lớn, nhưng không phải tất cả đều cần xử lý ngay. Dữ liệu có thể được lưu trữ trong một hồ dữ liệu (data lake), chỉ gửi các bản ghi đã được lọc và làm sạch qua quy trình quản lý dữ liệu.
  • Trừu tượng hóa dữ liệu: Dữ liệu từ các thiết bị IoT được kết hợp với dữ liệu từ các nguồn bên ngoài, như ERP, EMR, và các hệ thống doanh nghiệp khác. Dữ liệu này sẽ được chuyển thành định dạng đồng nhất và lưu trữ tập trung, chẳng hạn như trong kho dữ liệu, để dễ dàng truy cập và phân tích.

Lớp ứng dụng (Application Layer)

Lớp ứng dụng là nơi dữ liệu đã được thu thập, xử lý và tích hợp từ các thiết bị IoT và nguồn bên ngoài được phân tích qua các thuật toán. Kết quả phân tích sẽ được trình bày cho người dùng. 

Các ứng dụng ở lớp này có thể bao gồm các ứng dụng web hoặc di động, hiển thị thông tin trực quan cho người dùng, điều khiển thiết bị IoT qua bộ điều khiển tác động, hoặc các công cụ phân tích kinh doanh và giải pháp phân tích nâng cao sử dụng học máy và trí tuệ nhân tạo nhằm hỗ trợ ra quyết định hoặc tự động hoá cho hệ thống.

Ví dụ về giải pháp IoT trong các lĩnh vực khác nhau

Với sự hữu dụng vốn có, các giải pháp IoT ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, ngành nghề. Một số ngành nghề đang sử dụng hiệu quả các giải pháp IoT có thể kể đến như:

Sản xuất và công nghiệp

Giải pháp IoT giúp máy móc vận hành tự động, giám sát chất lượng sản phẩm, lập lịch bảo trì và tăng cường an toàn cho người vận hành thông qua cảm biến và hệ thống cảnh báo sớm.

Ví dụ:

  • Hệ thống giám sát từ xa của Siemens MindSphere, GE Predix;
  • Hệ thống bảo trì dự đoán của IBM Maximo, PTC ThingWorx;
  • Hệ thống robot tự động và xe tự hành KUKA Robotics, Amazon Robotics,…

Quản lý doanh nghiệp & logistics

Giải pháp IoT hỗ trợ theo dõi kho hàng, giám sát chuỗi cung ứng, tối ưu hóa quy trình xuất nhập hàng, tự động hóa hóa đơn và cung cấp dữ liệu chính xác phục vụ quản trị.

Ví dụ:

  • Zebra Smart Warehouse Solutions (theo dõi sản phẩm bằng RFID, cảm biến);
  • Sensitech TempTale (giám sát nhiệt độ trong quá trình vận chuyển);…

Tự động hóa và quản lý cơ sở vật chất

Giải pháp IoT giúp giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng, nhiệt độ, an ninh và tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí vận hành và nâng cao tính ổn định, an toàn.

Ví dụ:

  • Hệ thống tự động hoá thiết bị chiếu sáng của Philips Hue for Business, Cree SmartCast;
  • Hệ thống giám sát tối ưu hoá tiêu thụ năng lượng Schneider Electric EcoStruxure Energy Hub, ABB Ability Energy Management Suite,…

Y tế & chăm sóc sức khỏe

Thiết bị IoT hỗ trợ theo dõi sức khỏe bệnh nhân từ xa, tự động thu thập dữ liệu y tế, hỗ trợ bác sĩ chẩn đoán kịp thời và tối ưu hóa quy trình chăm sóc.

Ví dụ:

  • Fitbit Health Solutions: Thiết bị đeo theo dõi vận động, giấc ngủ, nhịp tim;
  • Abbott FreeStyle Libre: Cảm biến đo đường huyết liên tục;
  • TytoCare Home Smart Medical Kit: Thiết bị khám tai, họng, tim phổi từ xa;
  • iHealth COVID-19 Antigen Rapid Test kết nối IoT để cập nhật kết quả nhanh,…

Quản lý hạ tầng công cộng

IoT cho phép giám sát tình trạng tài sản như đường ống, lưới điện, hệ thống nước; lập lịch bảo trì, phát hiện sự cố sớm và tối ưu hóa chi phí vận hành.

Ví dụ:

  • Cubic Transportation Systems: Hệ thống giao thông thông minh;
  • Siemens Mobility Sitraffic điều khiển đèn giao thông thông minh);
  • Hệ thống cảm biến giám sát mạng lưới điện (Itron OpenWay Riva Platform, Siemens Spectrum Power Grid Control),…

Giao thông & vận tải

Từ đèn giao thông thông minh, xe tự lái, logistic tự động đến quản lý phương tiện, các giải pháp IoT giúp tối ưu hóa luồng di chuyển, giảm tắc nghẽn, nâng cao an toàn và tiết kiệm chi phí.

Ví dụ:

  • Hệ thống quản lý đội xe thông minh (Samsara Fleet Management Platform, Verizon Connect Reveal);
  • Hệ thống cảm biến định vị phương tiện theo thời gian thực (Geotab GO Device, Teletrac Navman GPS Fleet Tracking),…

Đọc thêm: Top 8+ ứng dụng IoT đã làm thay đổi thế giới

Tiêu chí để chọn giải pháp IoT phù hợp là gì?

Để chọn giải pháp IoT phù hợp, cần chú ý các tiêu chí sau đây:

  • Khả năng kết nối và tương thích thiết bị: Giải pháp IoT cần hỗ trợ nhiều giao thức kết nối (Wi-Fi, Bluetooth, LoRa, NB-IoT…) và tương thích với đa dạng cảm biến, thiết bị, đảm bảo khả năng mở rộng và tích hợp linh hoạt trong tương lai.
  • Tính bảo mật và quyền riêng tư: Cần có cơ chế mã hóa dữ liệu, xác thực người dùng và quản lý quyền truy cập để bảo vệ hệ thống khỏi các mối đe dọa mạng, đảm bảo an toàn cho dữ liệu và quyền riêng tư.
  • Khả năng mở rộng và linh hoạt: Giải pháp cần thiết kế có khả năng mở rộng dễ dàng, đáp ứng sự gia tăng số lượng thiết bị và khối lượng dữ liệu khi hệ thống phát triển.
  • Quản lý và giám sát thiết bị hiệu quả: Hệ thống phải cung cấp các công cụ giám sát từ xa, cập nhật phần mềm tự động và theo dõi trạng thái thiết bị để giảm thiểu gián đoạn và chi phí bảo trì.
  • Phân tích dữ liệu và trực quan hóa: Cần có khả năng phân tích dữ liệu thu thập được và trình bày dưới dạng báo cáo, biểu đồ để hỗ trợ doanh nghiệp đưa ra quyết định chính xác và kịp thời.
  • Hỗ trợ kỹ thuật và cộng đồng phát triển: Lựa chọn nhà cung cấp có đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp và cộng đồng người dùng rộng lớn giúp giải quyết vấn đề nhanh chóng và chia sẻ kinh nghiệm triển khai.
  • Chi phí và mô hình thanh toán linh hoạt: Cần cân nhắc chi phí tổng thể, bao gồm triển khai, vận hành và bảo trì, đồng thời ưu tiên mô hình thanh toán linh hoạt (pay-as-you-go) để tối ưu hóa ngân sách và kiểm soát chi phí.

Các câu hỏi thường gặp về giải pháp IoT

Giải pháp IoT đã được ứng dụng như thế nào tại Việt Nam?

Tại Việt Nam, các giải pháp IoT đang được triển khai rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp, nông nghiệp đến giao thông và an ninh mạng. Từ đó thúc đẩy chuyển đổi số và nâng cao hiệu quả hoạt động trong nhiều lĩnh vực tại Việt Nam.

Một số ví dụ nổi bật:

  • Về ứng dụng IoT trong công nghiệp và sản xuất thông minh: Các doanh nghiệp như FPT Software và TECHVIFY cung cấp các giải pháp AIoT (kết hợp AI và IoT) nhằm tự động hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu suất và giảm chi phí vận hành. Các công ty viễn thông như Viettel, VNPT và MobiFone đang hợp tác với các công ty phần mềm để triển khai mạng 5G, hỗ trợ các ứng dụng IoT trong các ngành như sản xuất, cảng biển và giao thông thông minh. 
  • Về giải pháp IoT trong nông nghiệp: IoT được ứng dụng trong nông nghiệp để giám sát và điều khiển các yếu tố môi trường trong nông nghiệp, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. ​
  • Về an ninh mạng cho thiết bị IoT: Startup VinCSS đã được vinh danh là nhà lãnh đạo đổi mới toàn cầu trong lĩnh vực an ninh IoT, nhờ vào các giải pháp bảo mật tiên tiến cho thiết bị IoT.

Bảo mật trong một giải pháp IoT cần những cấp độ nào?

Bảo mật cho một giải pháp IoT thường được phân chia thành ba nhóm chính:

  • Bảo mật thiết bị: Để đảm bảo an toàn cho thiết bị, việc xác định thiết bị, phần cứng có chứng chỉ số hoặc mã định danh duy nhất là then chốt. Thiết bị nên đáp ứng tối thiểu các yêu cầu về an toàn, có cơ chế chống can thiệp vật lý và hỗ trợ tính năng bảo mật như mã hóa dữ liệu và lưu trữ an toàn. Ngoài ra, cần thường xuyên cập nhật phần mềm thiết bị và khắc phục kịp thời các lỗ hổng bảo mật.
  • Bảo mật kết nối: Đảm bảo an toàn cho kết nối đòi hỏi phải áp dụng các giao thức truyền thông bảo mật như SSL/TLS và mã hóa toàn bộ dữ liệu trao đổi giữa thiết bị và nền tảng đám mây. Đồng thời, đối với các thiết bị giao tiếp trực tiếp với nhau, cần sử dụng giao thức bảo mật chuyên dụng như MQTT.
  • Bảo mật tại ứng dụng: Các cơ chế như xác thực người dùng, kiểm tra mã nguồn, quản lý phiên sử dụng nhằm đảm bảo tầng ứng dụng và giao diện người dùng khỏi các cuộc tấn công mã độc hoặc giả mạo danh tính.

Những thách thức của việc triển khai IoT là gì?

Triển khai IoT mang lại nhiều cơ hội nhưng cũng đối mặt với không ít thách thức, bao gồm:

  • Tính tương thích và kết nối thiết bị: Hệ thống IoT thường phải tích hợp nhiều thiết bị và giao thức kết nối khác nhau, đòi hỏi khả năng tương thích linh hoạt và quản lý kết nối phức tạp.
  • Bảo mật dữ liệu: Việc truyền và lưu trữ dữ liệu qua mạng làm tăng nguy cơ bị tấn công. IoT yêu cầu bảo mật toàn diện từ thiết bị, kết nối đến nền tảng đám mây.
  • Xử lý và quản lý dữ liệu: IoT tạo ra khối lượng dữ liệu rất lớn, đòi hỏi hạ tầng lưu trữ, phân tích và xử lý hiệu quả, đồng thời đảm bảo tính chính xác và kịp thời.
  • Chi phí đầu tư và vận hành: Ngoài chi phí thiết bị và kết nối, doanh nghiệp cần tính đến chi phí bảo trì, cập nhật phần mềm và nâng cấp hệ thống định kỳ.
  • Khả năng mở rộng: Khi số lượng thiết bị và dữ liệu tăng, hệ thống IoT phải đảm bảo khả năng mở rộng linh hoạt mà không ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động.

Có những cơ hội việc làm nào liên quan đến giải pháp IoT?

Nếu bạn quan tâm đến việc phát triển sự nghiệp trong lĩnh vực IoT, dưới đây là các vị trí kiến trúc sư (architect) phổ biến, tương ứng với từng mảng ứng dụng cụ thể:

  • Cloud IoT Architect: Thiết kế các giải pháp IoT dựa trên nền tảng đám mây như AWS, Azure hoặc Google Cloud, đảm bảo khả năng mở rộng, bảo mật và tích hợp dữ liệu.
  • Consumer IoT Architect: Tập trung phát triển các hệ thống IoT phục vụ người tiêu dùng như nhà thông minh, thiết bị đeo tay (wearables) và thiết bị điện tử gia dụng.
  • Edge IoT Architect: Thiết kế các giải pháp xử lý dữ liệu ngay tại biên mạng, giúp giảm độ trễ và nâng cao khả năng phản hồi theo thời gian thực.
  • Hardware-focused IoT Architect: Chuyên về thiết kế và tích hợp phần cứng như cảm biến, vi mạch, thiết bị nhúng và các thiết bị thu thập dữ liệu.
  • Healthcare IoT Architect: Phát triển các giải pháp IoT trong lĩnh vực y tế, hỗ trợ giám sát bệnh nhân, theo dõi từ xa và phân tích dữ liệu sức khỏe.
  • Industrial IoT (IIoT) Architect: Xây dựng hệ thống IoT cho ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất, năng lượng, logistics và vận tải.
  • IoT Security & Compliance Architect: Đảm bảo an toàn hệ thống, bảo mật dữ liệu và tuân thủ các tiêu chuẩn, quy định liên quan đến IoT.
  • Smart City IoT Architect: Thiết kế các giải pháp IoT phục vụ đô thị thông minh, như giao thông, quản lý hạ tầng, môi trường và tiện ích công cộng.
  • Software-focused IoT Architect: Thiết kế phần mềm, backend, firmware và hệ thống dữ liệu cho toàn bộ kiến trúc IoT.

Đọc thêm: Tương lai IoT: Cơ hội việc làm nào cho chuyên gia IT?

Tổng kết

Có thể thấy, các giải pháp IoT đang dần trở thành một phần không thể thiếu trong quá trình chuyển đổi số, giúp doanh nghiệp và cá nhân kết nối, quản lý và tối ưu hóa mọi hoạt động một cách thông minh và hiệu quả. 

Với khả năng thu thập, phân tích và xử lý dữ liệu theo thời gian thực, IoT không chỉ mang lại lợi ích về mặt vận hành, chi phí mà còn mở ra cơ hội sáng tạo giá trị mới. Tuy nhiên, để phát huy tối đa tiềm năng, việc lựa chọn giải pháp IoT phù hợp cần dựa trên nhiều tiêu chí, từ nhu cầu thực tế, kiến trúc hệ thống đến khả năng mở rộng, bảo mật và độ tin cậy. 

Mỗi lĩnh vực như sản xuất, logistics, chăm sóc sức khỏe, giao thông hay đô thị thông minh đều có những ứng dụng IoT riêng biệt, góp phần thay đổi cách vận hành truyền thống. Hy vọng bài viết đã giúp bạn có cái nhìn tổng quan, dễ hiểu về giải pháp IoT cũng như giải đáp những thắc mắc thường gặp khi tìm hiểu và triển khai công nghệ kết nối thông minh này.