Trong thời đại công nghệ số bùng nổ, hệ thống IoT (Internet of Things) đã trở thành công nghệ quan trọng, giúp kết nối và quản lý hàng triệu thiết bị từ xa. Một hệ thống IoT không chỉ là một tập hợp các thiết bị mà là một mạng lưới sống động, hoạt động nhịp nhàng để thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu, từ đó tối ưu hóa hoạt động và đưa ra những quyết định sắc bén.

Nhưng bạn có bao giờ tự hỏi: Hệ thống IoT thực sự là gì? Nó bao gồm những thành phần gì? Và các mô hình IoT được triển khai ra sao để đạt được hiệu quả cao nhất? Trong bài viết này, VTI Solutions sẽ giải đáp những câu hỏi đó và trình bày những ứng dụng thực tiễn đang làm nên kỳ tích trong thế giới công nghệ hiện đại.

Hệ thống IoT là gì?

Hệ thống IoT là mạng lưới các thiết bị, cảm biến (hay gọi chung là phần cứng) và phần mềm được kết nối với nhau thông qua Internet để thu thập, phân tích và chia sẻ dữ liệu. Với sự phát triển của IoT, các thiết bị thông minh từ điện thoại, ô tô đến các máy móc trong nhà máy sản xuất đều có khả năng kết nối với nhau, tạo thành một hệ thống IoT hoàn chỉnh. Nhờ vậy, việc quản lý và vận hành các quy trình trở nên hiệu quả, tối ưu và tự động hơn.

Để hiểu rõ các phần cứng và phần mềm trong hệ thống IoT, chúng ta trước hết cần tìm hiểu cấu trúc hệ thống IoT bao gồm những thành phần gì, từ đó đi sâu vào từng phần cứng và phần mềm trong các thành phần đó.

Cấu trúc hệ thống IoT

Các cấu trúc hệ thống IoT hay mô hình IoT được phát triển nhằm phục vụ các nhu cầu xử lý và quản lý dữ liệu khác nhau. Trong đó, phân loại mô hình IoT thường dựa trên kiến trúc xử lý dữ liệu hoặc cấu trúc hệ thống IoT.

Phân loại theo kiến trúc xử lý dữ liệu

Mô hình Fog Computing: Hỗ trợ xử lý dữ liệu ngay tại các thiết bị gần nguồn dữ liệu trước khi chuyển tiếp lên đám mây, giúp giảm độ trễ và băng thông mạng.

Mô hình Edge Computing: Xử lý dữ liệu tại các thiết bị gần nguồn dữ liệu (cạnh của mạng) thay vì truyền toàn bộ dữ liệu đến đám mây, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ xử lý nhanh.

Mô hình Cloud Computing: Mô hình phổ biến sử dụng đám mây để lưu trữ và xử lý dữ liệu, tuy nhiên có thể gặp thách thức về độ trễ.

Mô hình Hybrid: Sự kết hợp của các mô hình Cloud, Fog, và Edge, cho phép xử lý một phần dữ liệu tại đám mây và một phần tại các điểm cục bộ.

Mô hình Peer-to-Peer (P2P): Các thiết bị trong hệ thống IoT có thể trao đổi và xử lý dữ liệu trực tiếp với nhau mà không cần máy chủ trung gian.

Phân loại theo cấu trúc hệ thống IoT

Mô hình 3 lớp: Bao gồm ba lớp chính là lớp cảm biến, lớp mạng và lớp ứng dụng. Do đơn giản, mô hình này chỉ đáp ứng được các hệ thống IoT nhỏ.

Mô hình 5 lớp: Đây là mô hình toàn diện nhất cho các hệ thống IoT phức tạp, nhờ khả năng phân tách nhiệm vụ rõ ràng, tối ưu chi phí và giảm tải cho đám mây khi cho phép xử lý dữ liệu linh hoạt qua các lớp cảm biến, lớp mạng, lớp trung gian, lớp ứng dụng và lớp kinh doanh. Cấu trúc này giúp tăng cường bảo mật, tối ưu hóa vận hành và dễ mở rộng hệ thống.

Do đó trong phần tiếp theo, VTI Solutions sẽ phân tích phần cứng và phần mềm của hệ thống IoT theo mô hình IoT 5 lớp.

Hệ thống IoT gồm những gì?

Dưới đây là bảng phân tích từng lớp trong mô hình 5 lớp IoT cùng với các thành phần phần cứng và phần mềm tương ứng:

Lớp IoT	Mô tả	Phần cứng	Phần mềm
Lớp cảm biến (Perception Layer)	Thu thập dữ liệu từ môi trường thông qua các cảm biến và đầu đo	Cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến áp suất, cảm biến hình ảnh (camera), RFID, máy quét mã vạch, robot	Firmware cảm biến, phần mềm nhúng cho các vi điều khiển
Lớp mạng (Network Layer)	Truyền dữ liệu từ cảm biến đến lớp trung gian thông qua các giao thức mạng	Router, Modem, Switch, Gateway IoT, Bộ phát Wi-Fi, Bộ phát ZigBee, Module 5G, Bộ phát LoRaWAN	Phần mềm quản lý mạng, giao thức truyền tải (MQTT, CoAP, HTTP), phần mềm bảo mật mạng
Lớp trung gian (Middleware Layer)	Lưu trữ, xử lý và phân tích dữ liệu từ lớp mạng trước khi gửi đến lớp ứng dụng	Máy chủ, Đám mây (AWS IoT Core, Google Cloud IoT), Edge Gateway, Bộ lưu trữ dữ liệu (database server)	Phần mềm phân tích dữ liệu (Apache Kafka, Hadoop), phần mềm điện toán biên, phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu (SQL, NoSQL), ứng dụng AI
Lớp ứng dụng (Application Layer)	Cung cấp thông tin đã qua xử lý cho người dùng, thường qua giao diện web hoặc ứng dụng; các bộ phận máy móc sử dụng dữ liệu để tự động hóa	Máy tính, Thiết bị di động, Tablet, Màn hình HMI, Thiết bị điều khiển từ xa, robot sản xuất.	Ứng dụng IoT quản lý (ThingWorx, Microsoft Azure IoT Suite), ứng dụng giám sát và điều khiển (SCADA)
Lớp kinh doanh (Business Layer)	Phân tích dữ liệu tổng hợp và đưa ra quyết định chiến lược từ hệ thống IoT	Máy tính, Máy chủ phân tích (ERP Server), thiết bị hiển thị báo cáo	Phần mềm phân tích kinh doanh (Tableau, Power BI), hệ thống ERP (SAP, Oracle ERP), phần mềm quản trị dữ liệu

Ứng dụng của hệ thống IoT

Ứng dụng của hệ thống IoT trong logistics

Hãy tưởng tượng một nhà kho khổng lồ từng được vận hành bởi hàng trăm nhân công, giờ đây lại vận hành gần như hoàn toàn tự động và thông minh nhờ mô hình 5 lớp IoT. Từ khâu nhập kho đến quản lý dữ liệu tồn kho, mọi quy trình đều được giám sát và điều khiển một cách chính xác, liền mạch. Mỗi lớp trong hệ thống là một “mắt xích” kết nối, tạo nên một chuỗi quản lý logistics hiệu quả, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa và nâng cao năng lực quản lý kho một cách ngoạn mục.

Lớp 1 – Cảm biến: Các thiết bị IoT như máy quét, drone, và AGV hoạt động liên tục, giám sát toàn bộ kho như “đôi mắt” sắc bén, thu thập thông tin chi tiết về hàng hóa. Lớp này đảm bảo dữ liệu luôn chính xác, kịp thời để hỗ trợ các quyết định tiếp theo.

Lớp 2 – Kết nối: Dữ liệu từ cảm biến được truyền đi qua mạng kết nối như mạch máu, giúp toàn bộ thiết bị IoT trong kho tương tác liên tục và đồng bộ. Lớp này đảm bảo dữ liệu không bị gián đoạn, duy trì sự liền mạch trong toàn bộ kho.

Lớp 3 – Đám mây IoT: Dữ liệu từ kho được lưu trữ và phân tích trong đám mây IoT, nơi tập trung và xử lý lượng dữ liệu lớn. Đám mây cung cấp cái nhìn toàn diện về tồn kho, xu hướng luân chuyển và tình trạng hàng hóa.

Lớp 4 – ERP tích hợp với hybrid computing: Hệ thống ERP tích hợp ngay sau đám mây IoT, sử dụng hybrid computing – kết hợp fog computing để xử lý nhanh tại hiện trường và cloud computing cho lưu trữ dài hạn. Nhờ vậy, doanh nghiệp có thể ra quyết định tức thì mà vẫn đảm bảo khả năng mở rộng và lưu trữ lâu dài.

Lớp 5 – Giao diện trực quan: Dữ liệu từ ERP và đám mây IoT hiển thị qua bảng điều khiển sinh động, giúp người quản lý nhanh chóng nắm bắt xu hướng tồn kho, dự báo nhu cầu và đưa ra quyết định chiến lược chính xác.

Ứng dụng của hệ thống IoT trong sản xuất 

Trong logistics đã tự động hóa tuyệt vời đến vậy, hệ thống IoT trong sản xuất còn đáng kinh ngạc hơn. Khung cảnh một nhà máy với hàng trăm nghìn nhân công sẽ dần trở nên hiếm hoi trong thập kỉ tiếp theo. Hãy tìm hiểu xem hệ thống IoT đang thay thế con người trong quy trình sản xuất như thế nào với ví dụ trực quan dưới đây:

Lớp 1 – Cảm biến và hành động: Tại lớp này, các thiết bị cảm biến đóng vai trò là “mắt” và “tai” của hệ thống, giúp thu thập thông tin từ môi trường thực. Trong hình, robot vận chuyển và băng chuyền tự động đều được trang bị cảm biến để nhận diện vị trí và trạng thái hàng hóa. Cảm biến này cung cấp dữ liệu quan trọng về vị trí, khối lượng, và điều kiện của sản phẩm, tạo nền tảng cho việc phân tích ở các lớp sau.

Lớp 2 – Kết nối: Lớp này là “xương sống” của hệ thống IoT, đảm bảo tất cả các thiết bị và cảm biến có thể giao tiếp với nhau. Kết nối không dây đóng vai trò truyền tải dữ liệu từ máy quét, băng chuyền và các robot đến hệ thống trung tâm. Mạng không dây này giúp các thiết bị trao đổi thông tin theo thời gian thực, đảm bảo hệ thống hoạt động liền mạch và liên tục.

Lớp 3 – Xử lý dữ liệu: Đây là lớp mà “não bộ” của hệ thống IoT hoạt động, với sự hỗ trợ của công nghệ Big Data và AI. Tại lớp này, dữ liệu từ lớp cảm biến được thu thập và phân tích. Công nghệ AI giúp nhận diện sản phẩm lỗi và phát hiện sự cố, từ đó gửi cảnh báo kịp thời về trung tâm điều khiển. Điều này cho phép hệ thống nhận diện các xu hướng và bất thường, hỗ trợ việc ra quyết định một cách chính xác và hiệu quả.

Lớp 4 – Ứng dụng: Tiếp đến ở lớp 4, các giải pháp như kiểm tra chất lượng sản phẩm và điều khiển từ xa được thực hiện. Dữ liệu sau khi được xử lý lại truyền thông tin về cho máy quét và robot để thực hiện cảnh báo lỗi và di chuyển hàng hóa. Kỹ thuật viên có thể giám sát các hoạt động trên và kiểm tra robot thông qua giao diện điều khiển. Không còn hình ảnh vài chục công nhân đứng ở dây chuyền di chuyển hàng hóa và soi xét lỗi trong từng cái đai ốc, tất cả đều đang tự động hóa.

Lớp 5 – Kinh doanh: Cuối cùng, lớp kinh doanh đóng vai trò hỗ trợ quản lý cấp cao với các báo cáo tổng hợp và đề xuất cải tiến. Hệ thống ERP cung cấp cái nhìn toàn diện về các chỉ số như tỷ lệ lỗi và hiệu suất sản xuất, giúp lãnh đạo đưa ra quyết định chiến lược dựa trên dữ liệu. Lớp kinh doanh này không chỉ đảm bảo rằng các hoạt động sản xuất diễn ra suôn sẻ mà còn giúp tối ưu hóa chi phí và tăng cường lợi thế cạnh tranh.

Tìm hiểu thêm về các ứng dụng thú vị của hệ thống IoT trong sản xuất tại đây.

Kết luận

Hệ thống IoT mang đến lợi ích vượt trội cho nhà máy với khả năng tự động hóa, giám sát chính xác, và tối ưu hóa quy trình, giúp tiết kiệm chi phí, tăng năng suất, giảm sai sót và nâng cao chất lượng sản phẩm. Các nhà máy từ đó chuyển đổi từ sản xuất truyền thống sang sản xuất “thông minh”, nơi dữ liệu và tự động hóa dẫn dắt mọi quyết định.

Tuy nhiên, không có cấu trúc IoT chuẩn cho mọi doanh nghiệp. Mỗi hệ thống cần được tùy chỉnh linh hoạt dựa trên nhu cầu cụ thể và có thể cần tư vấn chuyên gia để tối ưu hiệu quả. VTI Solutions tự hào đồng hành cùng doanh nghiệp từ khâu đánh giá, thiết kế đến triển khai IoT, đảm bảo giải pháp phù hợp và hiệu quả cao nhất. Với đội ngũ chuyên gia dày dạn kinh nghiệm, chúng tôi cam kết đem đến giải pháp IoT “may đo” cho từng doanh nghiệp.

Liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn chi tiết và nhanh chóng!

5432100/5 - (0 bình chọn)