Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ Tư (I4.0) đang diễn ra sôi động trên thế giới với sự hội tụ của thế giới vật lý và thế giới ảo (kỹ thuật số), trong đó động lực cơ bản thúc đẩy cuộc cách mạng này nó là Internet vạn vật (Internet of Things – IoT) đang phát triển với tốc độ đang kinh ngạc.
Lợi ích tiềm tàng của Internet vạn vật dường như là vô tận và các ứng dụng Internet vạn vật đang thay đổi lối sống và cách làm việc của chúng ta bằng cách tiết kiệm thời gian và nguồn lực và mở ra các cơ họi mới cho tăng trưởng, đổi mới và sáng tạo tri thức. Internet vạn vật cho phép các tổ chức ở cả khu vực công và tư nhân quản lý hiệu quả tài sản, tối ưu hoạt động và phát triển các mô hình kinh doanh mới.
Các môi trường Internet vạn vật tích hợp và mở sẽ tăng khả năng cạnh tranh của các doanh nghiệp nhỏ và vừa và làm cho đời sống của người dân dễ dàng hơn. Ví dụ, sẽ dễ dàng hơn cho bệnh nhân được chăm sóc liên tục và cho các công ty tạo nguồn hiệu quả các thành phần cho các sản phẩm của họ. Điều này sẽ dẫn đến các dịch vụ tốt hơn, tiết kiệm và sử dụng tài nguyên thông minh hơn.
Là một công cụ quan trọng liên kết giữa các thiết bị và hoạt động như một công cụ tạo khả năng cơ bản của một xã hội kết nối mức độ cao, Internet vạn vật có tiềm năng to lớn trong việc hỗ trợ xã hội đang già hóa, cải thiện hiệu quả năng lượng và tối ưu tất cả các dạng di chuyển và vận tải. Internet vạn vật đang được bổ sung với các tiếp cận như các hệ thống thực-ảo, các công nghệ đám mây, dữ liệu lớn và các mạng tương lai như 5G. Thành công của Internet vạn vật sẽ phụ thuộc vào sự phát triển hệ sinh thái, được hỗ trợ bằng một môi trường pháp lý phù hợp và bầu không khí của sự tin tưởng, ở đó các vấn đề như nhận dạng, tin cậy, riêng tư, an ninh và khả năng tương tác ngữ nghĩa có giá trị sống còn.
IoT – Internet of things là gì?
1. Internet vạn vật IoT là gì?
Internet vạn vật (Internet of Things – IoT) là một phần tích hợp của Internet Tương lai bao gồm các phát triển Internet và mạng hiện tại và tiến hóa và có thể được định nghĩa theo khái niệm là một cơ sở hạ tầng mạng động toàn cầu với các khả năng tự định hình dựa trên các giao thức liên lạc tiêu chuẩn và tương tác, nơi “vạn vật” hữu hình và ảo có các đặc tính, thuộc tính vật lý, và tính cá nhân ảo, sử dụng các giao diện thông minh và được tích hợp vào mạng thông tin một cách thông suốt.
Trong IoT, “vạn vật/đối tượng thông minh” sẽ trở thành những đối tượng tham gia tích cực vào kinh doanh, các quá trình thông tin và xã hội, nơi chúng được tạo khả năng để tương tác và giao tiếp giữa chúng với nhau và với môi trường bằng cách trao đổi dữ liệu và thông tin “cảm nhận được” về môi trường, trong khi tự động phản ứng với các sự kiện “thế giới vật chất/thực tế” và tác động đến nó bằng cách thực hiện các quy trình kích hoạt các hành động và tạo ra các dịch vụ có hoặc không có sự can thiệp trực tiếp của con người.
Các dịch vụ sẽ có thể tương tác với những “vật thể/đối tượng thông minh” bằng cách sử dụng các giao diện tiêu chuẩn cung cấp liên kết cần thiết thông qua Internet, truy vấn và thay đổi trạng thái của chúng và truy xuất mọi thông tin liên quan đến chúng, có tính đến các vấn đề bảo mật và riêng tư.
Internet vạn vật sử dụng các thiết bị cảm biến, bộ truyền động và công nghệ truyền dữ liệu gắn kết với các thực thể vật lý – từ các thiết bị đường bộ đến máy tạo nhịp tim – cho phép những vật thể này được theo dõi, phối hợp hoặc được kiểm soát thông qua một mạng dữ liệu hay Internet. Có ba bước trong các ứng dụng của IoT đó là: thu thập dữ liệu từ vật thể (ví dụ, đơn giản như dữ liệu vị trí hay các thông tin phức tạp hơn), tập hợp thông tin đó thông qua một mạng dữ liệu, và hành động dựa trên các thông tin đó (thực hiện hành động ngay lập tức hoặc tập hợp dữ liệu theo thời gian để thiết kế các cải tiến quy trình). Internet vạn vật cũng có thể dùng để tạo ra các giá trị theo nhiều phương thức khác nhau. Ngoài việc cải thiện năng suất trong các hoạt động hiện thời, IoT có thể cho phép tạo ra các sản phẩm, dịch vụ và chiến lược mới chẳng hạn như các bộ cảm biến từ xa có thể tạo ra các mô hình giá chi tiêu tùy khả năng giống như Zipcar.
Phạm vi công nghệ IoT trải rộng từ các thẻ nhận dạng đơn giản đến cảm biến và thiết bị truyền động phức tạp. Các thẻ nhận dạng bằng tần số vô tuyến (RFID) có thể được gắn với hầu hết các vật thể. Các thiết bị đa cảm biến và thiết bị truyền động tinh vi để truyền các dữ liệu có liên quan đến vị trí, hiệu suất, môi trường và các trạng thái hiện đang ngày càng phổ biến. Với các công nghệ mới hiện đại như các hệ thống vi cơ điện tử (MEMS), có thể đặt nhiều thiết bị cảm biến tinh vi trong hầu như mọi vật thể (thậm chí trong cơ thể con người). Và do chúng được sản xuất ra bằng quy trình chế tạo giống với chất bán dẫn nên giá thành MEMS hiện đang giảm nhanh chóng.
Với các công nghệ IoT ngày càng tinh vi đang trở nên phổ biến hiện nay, các công ty không chỉ có thể theo dõi luồng sản phẩm hoặc kiểm tra các tài sản hữu hình, mà còn có thể quản lý hiệu suất làm việc của từng thiết bị máy móc và hệ thống, ví dụ như là theo dõi và quản lý một dây chuyền lắp rắp toàn bộ các bộ phận của robot hoặc máy móc nào đó. Các thiết bị cảm biến cũng có thể được nhúng trong cơ sở hạ tầng cơ sở, ví dụ như, bộ cảm biến từ tính đặt trên đường có thể đếm chính xác số lượng các loại phương tiện xe chạy qua, có thể hiệu chỉnh theo thời gian thực thời gian tín hiệu giao thông. Quan trọng không kém các cảm biến và các thiết bị truyền động này là các kết nối thông tin liên lạc dữ liệu để truyền dữ liệu này và các chương trình mã hóa, bao gồm các phân tích dữ liệu lớn, làm cho dữ liệu trở nên có ý nghĩa.
Hơn nữa, các ứng dụng của IoT tính đến cả các thiết lập hệ điều khiển khép kín trong các hoạt động có thể tự động kích hoạt dựa trên các dữ liệu do thiết bị cảm biến đóng gói. Ví dụ, trong các ngành công nghệ chế biến, các hệ thống dựa trên thiết bị cảm biến có thể tự động phản ứng với các tín hiệu đầu vào và hiệu chỉnh các quá trình xử lý lưu lượng sao cho phù hợp. Chúng có thể thay đổi đèn tín hiệu giao thông sang màu xanh khi một cảm biến trong vỉa hè báo hiệu các phương tiện ô tô bị ùn tắc kéo dài ở các điểm ngã ba, ngã tư, hoặc cảnh báo bác sỹ khi nhịp tim của bệnh nhân hiển thị bất thường trên màn hình máy giám sát từ xa.
Các ứng dụng cơ bản của IoT hiện đã được triển khai thực tế. Một trong những ứng dụng lớn nhất cho đến nay là sử dụng RFID để theo dõi lưu lượng của nguyên liệu thô, các thiết bị phụ tùng và hàng hoá thông qua việc sản xuất và phân phối. Các thẻ theo dõi này sẽ truyền tín hiệu vô tuyến để có thể xác định vị trí của chúng. Vì vậy, ví dụ như khi một sản phẩm đã được gắn thẻ được đưa khỏi nhà máy, các máy tính có thể theo dõi địa điểm của nó ở bất kỳ thời điểm nào.
Bằng cách sử dụng các thông tin đó, công ty có thể nhận ra các trở ngại, quản lý thời gian cung cấp thiết bị linh kiện vào trong hệ thống, hoặc lên danh mục các xe chuyên chở hàng hóa thành phẩm. Các thẻ RFID được gắn trên các thùng chứa hàng và các hộp chứa để theo dõi các sản phẩm khi chúng được đưa vào các kệ chứa trong nhà kho, các trung tâm vận chuyển và thậm chí khi sản phẩm đã đến tay người tiêu dùng (trong các trường hợp có đưa thẻ theo dõi vào các gói hàng). Việc theo dõi lưu lượng hàng hóa này sẽ cho phép các công ty có thể thắt chặt các chuỗi cung ứng và phòng tránh đọng hàng tồn kho quá nhiều. Các thẻ RFID cũng được sử dụng trong các hệ thống thu phí tự động E-ZPass, giúp đẩy nhanh luồng giao thông trên các con đường và cầu đường bộ.
2. Viễn cảnh Internet vạn vật
Viễn cảnh của Internet Tương lai dựa trên các giao thức liên lạc tiêu chuẩn xem xét đến việc sáp nhập các mạng máy tính, Internet vạn vật (IoT), Internet Con người (IoP), Internet Năng lượng (IoE), Internet Truyền thông (IoM) và Internet Dịch vụ (IoS) vào một nền tảng công nghệ thông tin toàn cầu chung của các mạng thông suốt và các “vật thể/đối tượng thông minh” được kết nối.
Internet Năng lượng (IoE) được định nghĩa là một cơ sở hạ tầng mạng động kết nối mạng năng lượng với Internet cho phép các đơn vị năng lượng (được tạo ra, lưu trữ và chuyển tiếp tại địa phương) được cấp phát khi nào và ở đâu cần thiết. Do vậy, các thông tin/số liệu liên quan sẽ theo các luồng năng lượng thực hiện việc trao đổi thông tin cần thiết cùng với việc truyền năng lượng.
Internet Dịch vụ (IoS) là một thành phần dựa trên phần mềm sẽ được phân phối qua các mạng và Internet khác nhau. Các nghiên cứu về SOA (kiến trúc hướng dịch vụ), Web/doanh nghiệp 3.0/X.0, khả năng tương tác doanh nghiệp, Web dịch vụ, các dịch vụ lưới và Web ngữ nghĩa sẽ giải quyết các vấn đề quan trọng của bài toán IoS, đồng thời cải thiện sự hợp tác giữa các nhà cung cấp và người sử dụng dịch vụ.
Internet Truyền thông (IoM) sẽ giải quyết những thách thức trong khả năng mở rộng mã hoá video và xử lý video 3D, tự động thích ứng với các điều kiện mạng sẽ làm tăng các ứng dụng mới như các trò chơi điện tử di động nhiều người tham gia, rạp chiếu phim kỹ thuật số và các thế giới ảo đặt các loại nhu cầu lưu lượng mới trên các kiến trúc mạng di động.
Internet Con người (IoP) kết nối cộng đồng những người sử dụng ngày một tăng trong khi vẫn liên tục tăng cường khả năng thao tác của họ, duy trì sự kiểm soát của họ đối với các hoạt động trực tuyến của họ và duy trì sự tự do trao đổi các ý tưởng. IoP cũng cung cấp các phương tiện để tạo điều kiện cho cuộc sống hàng ngày của người dân, cộng đồng, các tổ chức, cho phép đồng thời tạo ra mọi loại hình kinh doanh và xóa bỏ rào cản giữa người tạo ra thông tin và người sử dụng thông tin (khái niệm người sản xuất và sử dụng thông tin – prosumer).
Internet vạn vật (IoT) cùng với những phát triển Internet mới nổi khác như Internet Năng lượng, Truyền thông, Con người, Dịch vụ, Kinh doanh/Doanh nghiệp là xương sống của nền kinh tế kỹ thuật số, xã hội số và nền tảng cho nền kinh tế tri thức trong tương lai và xã hội đổi mới sáng tạo. Những phát triển của IoT cho thấy rằng chúng ta sẽ có 16 tỷ thiết bị được kết nối vào năm 2020, trung bình sẽ có tới 6 thiết bị cho mỗi người trên Trái đất và nhiều hơn cho mỗi người trong các xã hội số. Các thiết bị như điện thoại thông minh và liên lạc máy với máy hoặc đồ vật với đồ vật sẽ là các động lực chính cho IoT phát triển hơn nữa.
Các cảm biến nối mạng không dây trong mọi thứ chúng ta có sẽ tạo thành một Web mới. Nhưng nó sẽ chỉ có giá trị nếu hàng tỷ bit dữ liệu mà nó tạo ra có thể được thu thập, phân tích và giải nghĩa. Hệ quả trực tiếp đầu tiên của IoT là việc tạo ra một khối lượng dữ liệu khổng lồ, khi mọi đối tượng vật lý hoặc ảo kết nối với IoT có thể có một cặp song sinh số trong đám mây (điện toán), có thể tạo ra các bản cập nhật thường xuyên. Kết quả là, khối lượng tin liên quan đến người tiêu dùng IoT có thể dễ dàng đạt từ 1.000 đến 10.000 mỗi người mỗi ngày.
Sự đóng góp của IoT sẽ phụ thuộc vào giá trị tăng lên của thông tin được tạo ra bởi số lượng các liên kết giữa các sự vật và sự chuyển đổi thông tin được xử lý thành kiến thức vì lợi ích của nhân loại và xã hội. IoT có thể cho phép người và đồ vật kết nối mọi nơi, mọi lúc, với mọi thứ và mọi người, sử dụng một cách lý tưởng nhất mọi đường dẫn/mạng và mọi dịch vụ.
Viễn cảnh chính xác về Internet vạn vật sẽ là gì và kiến trúc cuối cùng của nó sẽ như thế nào, đến nay vẫn chưa có một đáp án thống nhất. Mạng của các các mạng trong tương lai có thể được triển khai dưới dạng các hạ tầng công/tư và được mở rộng và cải tiến tự động qua các điểm biên được tạo ra bởi “vạn vật” kết nối với nhau. Thực tế, trong các giao tiếp IoT có thể diễn ra không chỉ giữa những sự vật mà còn giữa con người và môi trường của họ.
Viễn cảnh của IoT được xây dựng từ những vật thể/đối tượng thông minh cần giải quyết các vấn đề liên quan đến kiến trúc, thiết kế và phát triển hệ thống, quản lý tổng hợp, mô hình kinh doanh và sự tham gia của con người. Tầm nhìn này sẽ phải tính đến sự tích hợp các hệ thống và liên lạc kế thừa. Các chủ đề như cân bằng chính xác sự phân bố chức năng giữa những vật thể thông minh và cơ sở hạ tầng hỗ trợ, mô hình và biểu hiện trí tuệ của các đối tượng thông minh và các mô hình lập trình là những thành phần quan trọng có thể được giải quyết bằng cách phân loại các đối tượng/vật thể thông minh như: Các đối tượng nhận thức về hoạt động, các đối tượng nhận thức về chính sách, và các đối tượng nhận thức quy trình. Những loại hình này thể hiện sự kết hợp cụ thể của ba chiều cấu trúc với mục đích nêu bật sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các quyết định thiết kế và khám phá các đối tượng thông minh làm sao có thể hợp tác để tạo thành “Internet của các đối tượng thông minh”.
Ví dụ, trong viễn cảnh IoT được xây dựng bởi các đối tượng thông minh, có khả năng cảm nhận, diễn giải, và phản ứng với các sự kiện xung quanh. Trong viễn cảnh này, bằng cách nắm bắt và diễn giải các hành động của người dùng, các đồ vật thông minh sẽ có thể nhận thức chỉ dẫn môi trường của chúng, phân tích các quan sát của chúng và liên lạc với các đối tượng khác và Internet. Internet mới này sẽ cùng tồn tại và gắn bó mật thiết với Internet thông tin và dịch vụ.
Sử dụng kiến thức thực tế về các mức độ kết nối mạng, cũng như mức dịch vụ sẽ cho phép tối ưu hóa các hệ thống theo hướng nâng cao hiệu suất, trải nghiệm người dùng tốt hơn, cũng như hướng tới hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn.
Việc giải quyết các yếu tố như: Hợp nhất, Nội dung, Lưu trữ, Tính toán, Liên lạc và Kết nối có ý nghĩa quan trọng để cho phép liên kết thông suốt giữa con người với đồ vật và/hoặc giữa đồ vật với nhau. Internet Vạn vật có thể hàm ý một sự tương tác cộng sinh giữa thế giới thực/vật lý và thế giới số/ảo: các thực thể vật lý có các đối tác số và đại diện ảo; Vạn vật đều nhận thức được bối cảnh và chúng có thể cảm nhận, giao tiếp, tương tác, trao đổi dữ liệu, thông tin và kiến thức. ‘Vạn vật’ chỉ có thể nhận thức được bối cảnh, cảm nhận, giao tiếp, tương tác, trao đổi dữ liệu, thông tin và kiến thức nếu chúng được trang bị một cách phù hợp với các công nghệ kết nối đối tượng thích hợp; Tất nhiên trừ khi chúng là những “vật thể”con người hay những thực thể khác có những khả năng nội tại này.
Trong viễn cảnh này, thông qua việc sử dụng các thuật toán ra quyết định thông minh trong các ứng dụng phần mềm, các phản ứng nhanh phù hợp có thể dành cho các hiện tượng vật lý, dựa trên những thông tin mới nhất thu thập được về các thực thể vật lý và sự cân nhắc các khuôn mẫu trong dữ liệu lịch sử, hoặc cho cùng một thực thể hoặc cho các thực thể tương tự. Điều này tạo ra các cơ hội mới để đáp ứng các yêu cầu kinh doanh, tạo ra các dịch vụ mới dựa trên dữ liệu thế giới vật lý thời gian thực, các hiểu biết sâu sắc về các quy trình và các mối quan hệ phức tạp, xử lý các sự cố, giải quyết sự suy thoái môi trường (ví dụ ô nhiễm, thảm hoạ, sóng thần, nóng lên toàn cầu), giám sát các hoạt động của con người (sức khỏe, vận động, …), cải thiện tính toàn vẹn cơ sở hạ tầng (năng lượng, giao thông …) và giải quyết các vấn đề tiết kiệm năng lượng (đo lường năng lượng thông minh trong các tòa nhà, tiêu thụ năng lượng hiệu quả trong ô tô …)
Tất cả mọi thứ từ cá nhân, nhóm, cộng đồng, đối tượng, sản phẩm, dữ liệu, dịch vụ, quy trình có thể sử dụng mạng liên lạc được cung cấp bởi những đối tượng/đồ vật thông minh. Trong IoT, kết nối sẽ trở thành một loại hàng hóa, có cho tất cả mọi người với chi phí rất thấp và không thuộc sở hữu của bất kỳ cá nhân nào. Trong bối cảnh này, sẽ cần phải tạo ra môi trường phát triển nhận thức đúng đắn để kích thích việc tạo ra các dịch vụ và phần trung gian thông minh thích hợp để hiểu và giải nghĩa thông tin, để đảm bảo tránh bị gian lận và tấn công gây hại (điều chắc chắn sẽ tăng khi Internet ngày càng được sử dụng nhiều hơn) và đảm bảo sự riêng tư.
Việc thu thập dữ liệu, thông tin và kiến thức và sự kiện trong thế giới thực ngày càng trở nên dễ dàng hơn với các mạng cảm biến, chia sẻ truyền thông xã hội, dịch vụ định vị, và các ứng dụng IoT mới nổi. Việc thu thập và sử dụng kiến thức được thực hiện trong nhiều trường hợp ở cấp ứng dụng và các mạng phần lớn không đồng nhất về những gì đang xảy ra xung quanh các đầu cuối kết nối với Internet.
Nhúng các thông tin thực tế vào các mạng, dịch vụ và ứng dụng là một trong những mục tiêu của công nghệ IoT bằng cách sử dụng các công nghệ hỗ trợ như cảm biến không dây và mạng thiết bị truyền động, thiết bị IoT, các cụm thiết bị rộng khắp và RFID. Các hệ thống tự trị này sẽ tự động kết nối mạng với nhau, với môi trường và bản thân hạ tầng mạng. Các nguyên tắc mới cho tính tự lập, phân tích các hành vi mới xuất hiện, các phương pháp nền tảng dịch vụ, các công nghệ tạo khả năng mới, cũng như các ý tưởng dựa trên nền tảng công nghệ Web sẽ tạo thành cơ sở cho hành vi “nhận thức” mới này.
Theo viễn cảnh này với sử dụng trí thông minh trong cơ sở hạ tầng mạng hỗ trợ, vạn vật sẽ có thể tự quản lý sự di chuyển của chúng, thực hiện các quy trình tự động hoàn toàn và do đó tối ưu hóa hoạt động hậu cần; Chúng phải có khả năng khai thác năng lượng cần thiết; Chúng sẽ tự cấu trúc khi tiếp xúc với môi trường mới, và thể hiện hành vi “thông minh/nhận thức” khi phải đối mặt với những đồ vật khác và giải quyết tình huống không lường trước một cách thông suốt; và, cuối cùng, chúng có thể quản lý việc tháo dỡ và tái chế của mình, giúp bảo vệ môi trường, khi kết thúc vòng đời của chúng.
Hạ tầng của IoT cho phép kết hợp các đối tượng thông minh (tức là cảm biến không dây, robot di động, …), công nghệ mạng cảm biến, và con người, sử dụng các giao thức truyền thông khác nhau nhưng có thể tương tác và tạo thành một mạng không đồng nhất/đa hình thái động có thể được triển khai trong các không gian không thể tiếp cận được hoặc từ xa (giàn khoan dầu, mỏ, rừng, đường hầm, đường ống …) hoặc trong trường hợp khẩn cấp hoặc các tình huống nguy hiểm (động đất, lửa, lũ lụt, khu vực chiếu xạ …). Trong hạ tầng này, các thực thể khác nhau hay “vạn vật” khám phá và khai thác lẫn nhau và học cách tận dụng lợi thế dữ liệu của nhau bằng cách tổng hợp các tài nguyên và làm tăng đáng kể phạm vi và độ tin cậy của các dịch vụ tạo ra.
3. Các ứng dụng của IoT
Đến nay, chúng ta chưa thể hình dung được tất cả các ứng dụng IoT tiềm năng trong tâm trí về sự phát triển công nghệ và nhu cầu đa dạng của người sử dụng tiềm năng. Các ứng dụng IoT đang tập trung vào đáp ứng các nhu cầu xã hội và những tiến bộ đối với các công nghệ tạo khả năng như điện tử nano và các hệ thống vật lý – không gian mạng tiếp tục bị thách thức bởi nhiều vấn đề kỹ thuật (khoa học và kỹ thuật), thể chế và kinh tế.
Các ứng dụng của IoT
a. Thành phố thông minh
Sự phát triển của các thành phố thông minh với tám tính năng thông minh, bao gồm: Kinh tế thông minh (Smart Economy), Tòa nhà thông minh (Smart Buildings), Di chuyển thông minh (Smart Mobility), Năng lượng thông minh (Smart Energy), Công nghệ thông tin và Truyền thông thông minh (Smart Information Communication and Technology), Quy hoạch thông minh (Smart Planning), Công dân thông minh (Smart Citizen) và Chính phủ thông minh (Smart Governance). Vào năm 2025, thế giới sẽ có khoảng 40 thành phố thông minh.
b. Năng lượng thông minh và lưới điện thông minh
Năng lượng hạt nhân không phải là một lựa chọn nguồn cung cấp năng lượng trong tương lai. Việc cung cấp năng lượng trong tương lai cần được dựa chủ yếu vào các nguồn tái tạo khác nhau. Chúng ta phải hướng sự tập trung ngày càng nhiều vào hành vi tiêu thụ năng lượng của chúng ta. Do tính chất dễ biến mất nên việc cung cấp này đòi hỏi một mạng lưới điện thông minh và linh hoạt có thể phản ứng với những biến động nguồn điện bằng cách kiểm soát các nguồn năng lượng điện (phát điện, lưu trữ) và những nơi tiêu thụ (tải, lưu trữ) và bằng cách tái cấu trúc một cách thích hợp. Các chức năng như vậy sẽ dựa trên các thiết bị thông minh được kết nối mạng (thiết bị gia đình, thiết bị vi sóng, cơ sở hạ tầng, sản phẩm tiêu dùng) và các thành phần hạ tầng mạng lưới, chủ yếu dựa trên các khái niệm IoT.
c. Giao thông và di chuyển thông minh
Sự kết nối của các phương tiện giao thông với Internet tạo ra vô số những khả năng và ứng dụng mới mang lại những chức năng mới cho cá nhân và / hoặc việc làm cho việc đi lại, vận chuyển dễ dàng và an toàn hơn. Trong bối cảnh này, khái niệm Ô-tô Internet (IoV) kết nối với Internet Năng lượng (IoE) thể hiện các xu hướng tương lai cho các ứng dụng giao thông và di chuyển thông minh.
- IoT là một phần cố hữu của hệ thống quản lý và điều khiển xe
- IoT cho phép quản lý và kiểm soát giao thông
- IoT cho phép các kịch bản giao thông mới (vận tải đa phương thức)
- Các cảm biến thông minh trên đường và các hạ tầng điều khiển giao thông; thu thập thông tin về tình trạng đường xá và lưu lượng xe, điều kiện thời tiết …
d. Nhà ở thông minh, các tòa nhà và cơ sở hạ tầng thông minh
Sự gia tăng vai trò của Wi-Fi trong tự động hóa nhà ở chủ yếu bắt nguồn từ bản chất nối mạng của các thiết bị điện tử triển khai, nơi các thiết bị điện tử (TV và máy thu AV, thiết bị di động …) bắt đầu trở thành một phần của mạng Internet gia đình và sự gia tăng tỷ lệ sử dụng các thiết bị máy tính di động (điện thoại thông minh, máy tính bảng …).
Trong bối cảnh IoT tương lai, hệ thống quản lý tòa nhà thông minh có thể được coi là một phần của một hệ thống thông tin lớn hơn. Hệ thống này được sử dụng bởi các nhà quản lý phương tiện trong các tòa nhà để quản lý việc sử dụng năng lượng và mua năng lượng và để duy trì các hệ thống của tòa nhà.
e. Nhà máy thông minh và sản xuất thông minh
Vai trò của Internet Vạn vật đang trở nên nổi bật hơn trong việc cho phép truy cập vào các thiết bị và máy móc, trong các hệ thống sản xuất, đã được giấu kín trong các thiết kế. Sự phát triển này sẽ cho phép CNTT xâm nhập sâu hơn vào các hệ thống sản xuất số hóa. IoT sẽ kết nối nhà máy với một loạt ứng dụng hoàn toàn mới, hoạt động trên toàn bộ quy trình sản xuất. Điều này có thể từ việc kết nối nhà máy với lưới điện thông minh, dùng chung các phương tiện sản xuất như là một dịch vụ hoặc cho phép các hệ thống sản xuất linh hoạt hơn. Theo nghĩa này, hệ thống sản xuất có thể được coi là một trong nhiều IoT, nơi có thể xác định một hệ sinh thái mới cho sản xuất thông minh và hiệu quả hơn.
f. Y tế thông minh
g. An ninh và theo dõi thực phẩm và nước
h. Cảm nhận tham gia (Participatory Sensing)
Con người sống trong cộng đồng và dựa vào nhau trong các hoạt động hàng ngày. Những khuyến nghị tốt về một nhà hàng, xưởng sửa xe, bộ phim, điện thoại,… vẫn là một số điều mà hiểu biết cộng đồng giúp chúng ta xác định hành động của mình.
Điện thoại thông minh đã được trang bị nhiều cảm biến và thiết bị truyền động: máy ảnh, microphone, máy đo gia tốc, máy đo nhiệt độ, loa, màn hình hiển thị … Một loạt các sản phẩm cảm ứng xách tay khác mà mọi người sẽ mang theo trong túi cũng sẽ sớm có mặt. Hơn nữa, xe ô tô của chúng ta được trang bị một loạt cảm biến thu thập thông tin về chính chiếc xe, cũng như các điều kiện đường xá và giao thông.
i. Mạng xã hội và IoT
Sự tham gia của người dùng vào nhận thức về IoT có thể xây dựng trên mô hình mạng xã hội, nơi người dùng tương tác với các thực thể quan tâm trong thế giới thực thông qua mô hình mạng xã hội. Sự kết hợp này dẫn đến các ứng dụng thú vị và phổ biến, sẽ trở nên phức tạp và sáng tạo hơn.
Các hướng nghiên cứu tương lai trong các ứng dụng IoT cần xem xét khía cạnh xã hội, dựa trên sự tích hợp với các mạng xã hội có thể được xem như một nhóm các luồng thông tin khác.
4. Các xu thế công nghệ
Những tiến bộ trong công nghệ mạng không dây và tiêu chuẩn hóa cao hơn của các giao thức truyền thông làm cho nó có thể thu thập dữ liệu từ các cảm biến và các thiết bị nhận dạng không dây hầu như mọi nơi mọi lúc. Các chip silic thu nhỏ được thiết kế với các khả năng mới, trong khi chi phí, theo Định luật Moore, đang giảm xuống. Sự gia tăng đáng kể về khả năng lưu trữ và tính toán, một số trong số đó có thể thông qua điện toán đám mây, có thể xử lý số liệu ở quy mô rất lớn và khối lượng lớn, với chi phí thấp.
Trong những năm tới, có thể xác định một số xu hướng lớn đặc biệt sẽ định hình tương lai của CNTT-TT.
- Thứ nhất, sự bùng nổ khối lượng dữ liệu được thu thập, trao đổi và lưu trữ bởi các đối tượng kết nối IoT sẽ đòi hỏi các phương pháp và cơ chế mới để tìm kiếm, lấy và truyền dữ liệu. Điều này sẽ không thể xảy ra trừ khi năng lượng cần thiết để vận hành các thiết bị này giảm đáng kể hoặc chúng ta phát hiện ra các kỹ thuật khai thác năng lượng mới. Ngày nay, nhiều trung tâm dữ liệu đã đạt đến giới hạn tiêu thụ năng lượng tối đa và chỉ có thể thay mới các thiết bị cũ do không thể tăng mức tiêu thụ năng lượng.
- Thứ hai, nghiên cứu đang tìm kiếm các thiết bị và hệ thống tự động tiêu thụ năng lượng cực kỳ thấp từ hạt bụi thông minh nhỏ nhất cho đến các trung tâm dữ liệu khổng lồ sẽ tự thu hoạch năng lượng chúng cần.
- Thứ ba, việc thu nhỏ thiết bị cũng đang diễn ra với tốc độ chóng mặt, và mục tiêu transistor đơn electron, có vẻ như (phụ thuộc vào khám phá mới trong vật lý) là giới hạn cuối cùng, đang tiến gần hơn.
- Thứ tư, xu thế hướng tới hành vi tự trị và có trách nhiệm của các nguồn lực. Sự phức tạp ngày càng tăng của các hệ thống, có thể gồm cả các thiết bị di động, sẽ không thể quản lý nổi, và sẽ cản trở việc tạo ra các dịch vụ và ứng dụng mới, trừ khi các hệ thống sẽ cho thấy chức năng “tự động-” *, chẳng hạn như tự quản lý, tự phục hồi và tự cấu hình.
Chìa khoá để giải quyết các xu hướng lớn này cho IoT là nghiên cứu và phát triển, thúc đẩy chu kỳ đổi mới bằng cách khai thác các kết quả mang lại các công nghệ mới có giá trị cho thị trường và do đó cho các ứng dụng công nghiệp.
5. Tác động kinh tế của IoT
Tác động kinh tế tiềm năng của IoT được ước tính từ 2,7 ngàn tỷ đến 6,2 ngàn tỷ đôla mỗi năm vào năm 2025 thông qua việc ứng dụng một nửa các ứng dụng chính. Tác động lớn nhất trong số các ứng dụng đã xác định được là trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và trong sản xuất chế tạo. Thông qua các ứng dụng chăm sóc sức khỏe được phân tích, công nghệ IoT có thể tạo ra một tác động kinh tế lớn từ 1,1 nghìn tỷ đến 2,5 nghìn tỷ đôla mỗi năm vào 2025.
Lợi ích lớn nhất trong chăm sóc y tế là có thể nâng cao chất lượng trong điều trị cho các bệnh nhân bị bệnh mãn tính. Khi sử dụng các bộ cảm biến để ghi lại các thông số dữ liệu y học ở bệnh nhân khi họ ở nhà, các bác sỹ và y tá sẽ được thiết bị cảm biến cảnh báo khi xuất hiện các dấu hiệu ở mức nguy hiểm chẳng hạn như sự sụt giảm nguy hiểm mức đường ở bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường.
Trong sản xuất chế tạo, công nghệ IoT có thể cải thiện được hiệu suất làm việc theo nhiều cách. Các thiết bị cảm biến có thể dùng để theo dõi máy móc và cung cấp thông tin ở thời gian thực mới nhất về trạng thái thiết bị và có thể giảm thời gian chết. Các thiết bị cảm biến cũng có thể gắn vào các xe tải và các pallet để cải thiện khả năng quản lý và theo dõi chuỗi cung ứng. Chúng có thể để giám sát lưu lượng của hàng hóa tồn kho trong nhà máy hoặc ở giữa các xưởng làm việc khác nhau, từ đó làm giảm mức hàng hóa tồn kho trong quá trình sản xuất, giảm thời gian chờ.
Các hệ thống lưới điện thông minh là một ứng dụng quan trọng của IoT, với giá trị tiềm năng ước tính có thể từ 200 tỷ – 500 tỷ đôla vào năm 2025. Phần lớn tác động này có thể xuất phát từ các ứng dụng quản lý nhu cầu để có thể giảm chi phí sử dụng cao điểm, đồng nghĩa với việc có thể giảm chi phí mua điện với mức giá cao nhất.
Internet Vạn vật là một công cụ tạo khả năng quan trọng trong việc quản lý tốt hơn các hệ thống, cơ sở hạ tầng và dịch vụ thành thị bao gồm hệ thống giao thông, hệ thống nước sạch và nước thải, và các hệ thống an toàn công cộng.
Các thành phố cũng có thể ứng dụng công nghệ IoT để thu gom rác và cải thiện quản lý nguồn nước đạt hiệu quả hơn.
Internet Vạn vật cũng có thể cải thiện các nỗ lực thực thi pháp luật và có thể sớm tiến hành thực hiện gắn các thiết bị cảm biến giá rẻ vào các cột đèn điện, vỉa hè, và các vật thể thuộc sở hữu công khác nhằm ghi lại âm thanh và hình ảnh được phân tích ở thời gian thực.
Đối với các ngành công nghệ khai thác dầu, kim loại và khoáng sản, công nghệ IoT có thể giúp chúng ta tìm kiếm phát hiện, lập được bản đồ vị trí khoáng sản và có thể tăng khả năng thu hồi.
Trong nông nghiệp, IoT có tiềm năng tạo ra các giá trị đáng kể.
Internet vạn vật có thể hỗ trợ giải quyết các thách thức “hết hàng” trong kinh doanh bán lẻ.
Việc trang bị các thiết bị cảm biến cho các xe ô tô để ngăn ngừa tai nạn xảy ra có thể tạo ra giá trị kinh tế tới 50 tỷ đôla mỗi năm vào năm 2025.
(Nguồn tham khảo: Internet vạn vật: hiện tại và tương lai, Cục thông tin Khoa học và công nghệ Quốc gia)
