Hướng dẫn lựa chọn công nghệ mạng để giải quyết các thách thức về kết nối IoT

Công nghệ mạng cho phép các thiết bị IoT giao tiếp với các thiết bị, ứng dụng và dịch vụ khác chạy trên đám mây. Internet dựa trên các giao thức chuẩn hóa để đảm bảo giao tiếp giữa các thiết bị không đồng nhất được an toàn và đáng tin cậy. Các giao thức chuẩn chỉ định các quy tắc và định dạng mà thiết bị sử dụng để thiết lập và quản lý mạng cũng như truyền dữ liệu qua các mạng đó.

Mạng được xây dựng như một “chồng” công nghệ. Một công nghệ như Bluetooth LE nằm ở cuối ngăn xếp. Trong khi những công nghệ khác, chẳng hạn như công nghệ IPv6 (chịu trách nhiệm cho việc định tuyến thiết bị logic và định tuyến lưu lượng mạng) thì lại nằm ở vị trí cao hơn. Các công nghệ ở đầu ngăn xếp được sử dụng bởi các ứng dụng đang chạy trên các lớp đó, chẳng hạn như công nghệ xếp hàng tin nhắn.

Bài viết này mô tả các công nghệ và tiêu chuẩn được áp dụng rộng rãi cho mạng IoT.

Sau đó, bài viết sẽ thảo luận về những cân nhắc và thách thức chính liên quan đến mạng trong IoT: phạm vi, băng thông, sử dụng điện năng, kết nối không liên tục, khả năng tương tác và bảo mật.

Tiêu chuẩn và công nghệ mạng

Mô hình Kết nối Hệ thống Mở (OSI) là một mô hình trừu tượng theo tiêu chuẩn ISO là một chồng bảy lớp giao thức. Từ trên xuống, chúng là: ứng dụng, bản trình bày, phiên, truyền tải, mạng, liên kết dữ liệu và vật lý. TCP / IP, hoặc bộ Giao thức Internet (IP), làm nền tảng cho internet và nó cung cấp một cách triển khai cụ thể đơn giản hóa các lớp này trong mô hình OSI.

Hình 1. Mô hình mạng OSI và TCP / IP

Mô hình TCP / IP chỉ bao gồm bốn lớp, hợp nhất một số lớp mô hình OSI:

• Network access & Physical Layer
  TCP / IP này bao gồm cả lớp OSI 1 và 2. Lớp vật lý (PHY) (Lớp 1 của OSI) điều chỉnh cách mỗi thiết bị được kết nối vật lý với mạng bằng phần cứng, chẳng hạn như với cáp quang, dây hoặc radio trong trường hợp mạng không dây như wifi IEEE 802.11 a / b / g / n). Ở lớp liên kết (Lớp 2 của OSI), các thiết bị được xác định bằng địa chỉ MAC và các giao thức ở cấp này liên quan đến việc định địa chỉ vật lý, chẳng hạn như cách chuyển mạch phân phối khung đến các thiết bị trên mạng.
• Internet Layer
  này ánh xạ tới Lớp 3 OSI (lớp mạng). OSI Lớp 3 liên quan đến địa chỉ logic. Các giao thức ở lớp này xác định cách bộ định tuyến phân phối các gói dữ liệu giữa các máy chủ nguồn và máy đích được xác định bằng địa chỉ IP. IPv6 thường được sử dụng để định địa chỉ thiết bị IoT.
• Lớp truyền tải (Transport Layer)
  Lớp 4 trong OSI tập trung vào giao tiếp đầu cuối và cung cấp các tính năng như độ tin cậy, tránh tắc nghẽn và đảm bảo rằng các gói tin sẽ được phân phối theo đúng thứ tự mà chúng đã được gửi đi. UDP (giao thức User Datagram) thường được sử dụng cho truyền tải IoT vì lý do hiệu suất.
• Application Layer
  ứng dụng (Lớp 5, 6 và 7 trong OSI) bao gồm nhắn tin cấp ứng dụng. HTTP / S là một ví dụ về giao thức lớp ứng dụng được chấp nhận rộng rãi trên internet.

Mặc dù các mô hình TCP / IP và OSI cung cấp cho bạn những thông tin tóm tắt hữu ích để thảo luận về các giao thức mạng và các công nghệ cụ thể triển khai từng giao thức, một số giao thức không phù hợp với các mô hình phân lớp này và không thực tế. Ví dụ: giao thức Bảo mật lớp truyền tải (TLS) thực hiện mã hóa để đảm bảo quyền riêng tư và tính toàn vẹn dữ liệu của lưu lượng mạng có thể được coi là hoạt động trên các lớp OSI 4, 5 và 6.

Giao thức mạng IoT

Một số giao thức mạng được chấp nhận rộng rãi trong IoT và nơi chúng phù hợp với các lớp TCP / IP được thể hiện trong Hình 2.

Hình 2. Các giao thức mạng IoT được ánh xạ tới mô hình TCP / IP

Nhiều công nghệ mạng mới nổi và cạnh tranh đang được áp dụng trong lĩnh vực IoT. Nhiều công nghệ từ các nhà cung cấp khác nhau, nhắm mục tiêu các thị trường dọc khác nhau – tự động hóa gia đình, chăm sóc sức khỏe hoặc IoT công nghiệp – và cung cấp các triển khai thay thế của cùng một giao thức tiêu chuẩn. Ví dụ: IEEE 802.15.4 mô tả hoạt động của mạng khu vực cá nhân không dây tốc độ thấp (LR-WPAN) và được thực hiện bởi một số công nghệ cạnh tranh bao gồm ZigBee, Z-Wave, EnOcean, SNAP và 6LoWPAN.

Các công nghệ được sử dụng cho kết nối internet, chẳng hạn như Ethernet, có thể được áp dụng trong IoT. Khi bạn xem xét kỹ hơn về công nghệ truyền dẫn vật lý, bạn phải đối mặt với nhiều thách thức hơn dành riêng cho các thiết bị IoT và bối cảnh IoT.

Cấu trúc của một mạng được gọi là cấu trúc liên kết của nó. Các cấu trúc liên kết mạng phổ biến nhất được áp dụng trong IoT là cấu trúc liên kết hình sao và lưới. Trong cấu trúc liên kết hình sao, mỗi thiết bị IoT được kết nối trực tiếp với một trung tâm trung tâm (cổng) giao tiếp với dữ liệu từ các thiết bị được kết nối ngược dòng. Trong cấu trúc liên kết lưới, các thiết bị kết nối với các thiết bị khác trong phạm vi. Các nút trong mạng có thể hoạt động như các nút cảm biến đơn giản. Các nút cảm biến định tuyến lưu lượng cũng như các nút cổng vào. Mạng lưới phức tạp hơn mạng có cấu trúc liên kết hình sao. Chúng ít bị thất bại hơn vì chúng không dựa vào một central gateway duy nhất.

Network access và công nghệ mạng IoT lớp vật lý

Các công nghệ mạng IoT cần lưu ý ở cuối ngăn xếp giao thức bao gồm di động, wifi và Ethernet, cũng như các giải pháp chuyên biệt hơn như LPWAN, Bluetooth Low Energy (BLE), ZigBee, NFC và RFID.

NB-IoT đang trở thành tiêu chuẩn cho mạng LPWAN, theo Gartner. Bài viết IoT cho tất cả này cho biết thêm về NB-IoT.

Sau đây là các công nghệ mạng với các mô tả ngắn gọn về từng công nghệ:

• LPWAN
  ( Mạng diện rộng công suất thấp ) là một loại công nghệ được thiết kế cho giao tiếp không dây tầm xa, công suất thấp. Chúng lý tưởng cho việc triển khai quy mô lớn các thiết bị IoT công suất thấp như cảm biến không dây. Các công nghệ LPWAN bao gồm LoRa (giao thức lớp vật lý LongRange), Haystack, SigFox, LTE-M và NB-IoT (IoT băng tần hẹp).

Xem thêm : Lora là gì ? Ứng dụng của mạng Lora là gì ?

• Mạng di động
  Các tiêu chuẩn LPWAN NB-IoT và LTE-M giải quyết các tùy chọn truyền thông IoT công suất thấp, chi phí thấp bằng cách sử dụng các mạng di động hiện có. NB-IoT là tiêu chuẩn mới nhất trong số các tiêu chuẩn này và tập trung vào giao tiếp tầm xa giữa một số lượng lớn các thiết bị chủ yếu trong nhà. LTE-M và NB-IoT được phát triển đặc biệt cho IoT, tuy nhiên, các công nghệ di động hiện có cũng thường được áp dụng cho giao tiếp không dây tầm xa. Mặc dù điều này đã bao gồm 2G (GSM) trong các thiết bị cũ (và hiện đang bị loại bỏ), CDMA (cũng đang bị loại bỏ hoặc loại bỏ), nó cũng bao gồm 3G, đang nhanh chóng bị loại bỏ với một số nhà cung cấp mạng loại bỏ tất cả các thiết bị 3G. 4G vẫn đang hoạt động và sẽ hoạt động cho đến khi 5G được cung cấp đầy đủ và được triển khai.
• Bluetooth Low Energy (BLE)
  BLE là phiên bản năng lượng thấp của giao thức truyền thông không dây Bluetooth 2,4 GHz phổ biến. Nó được thiết kế cho giao tiếp tầm ngắn (không quá 100 mét), thường là trong cấu hình sao, với một thiết bị chính duy nhất điều khiển một số thiết bị phụ. Bluetooth hoạt động trên cả hai lớp 1 (PHY) và 2 (MAC) của mô hình OSI. BLE phù hợp nhất với các thiết bị truyền khối lượng dữ liệu thấp theo từng đợt. Các thiết bị được thiết kế để ở chế độ ngủ và tiết kiệm điện khi chúng không truyền dữ liệu. Các thiết bị IoT cá nhân như thiết bị theo dõi sức khỏe và thể dục có thể đeo được, thường sử dụng BLE.
• ZigBee
  ZigBee hoạt động trên phổ truyền thông không dây 2.4GHz. Nó có tầm bắn xa hơn BLE tới 100 mét. Nó cũng có tốc độ dữ liệu thấp hơn một chút (tối đa 250 kbps so với 270 kbps của BLE) so với BLE. ZigBee là một giao thức mạng lưới. Không giống như BLE, không phải tất cả các thiết bị đều có thể ngủ giữa các lần phát. Phần lớn phụ thuộc vào vị trí của chúng trong lưới và liệu chúng có cần hoạt động như bộ định tuyến hoặc bộ điều khiển trong lưới hay không. ZigBee được thiết kế cho các ứng dụng tự động hóa xây dựng và gia đình. Một công nghệ khác có liên quan chặt chẽ đến ZigBee là Z-Wave, cũng dựa trên IEEE 802.15.4. Z-Wave được thiết kế để tự động hóa gia đình.
• NFC
  Các gần lĩnh vực truyền thông (NFC) giao thức được sử dụng để giao tiếp phạm vi rất nhỏ (lên đến 4 cm), chẳng hạn như giữ một thẻ NFC hoặc thẻ bên cạnh một người đọc. NFC thường được sử dụng cho hệ thống thanh toán, nhưng cũng hữu ích cho hệ thống đăng ký và nhãn thông minh trong việc theo dõi tài sản.
• RFID
  RFID là viết tắt của Radio Frequency Identification. Thẻ RFID lưu trữ số nhận dạng và dữ liệu. Các thẻ được gắn vào các thiết bị và được đọc bởi một đầu đọc RFID. Phạm vi thông thường của RFID là dưới một mét. Thẻ RFID có thể là chủ động, thụ động hoặc thụ động được hỗ trợ. Thẻ thụ động lý tưởng cho các thiết bị không có pin, vì ID được người đọc đọc một cách thụ động. Các thẻ hoạt động định kỳ phát ID của chúng, trong khi các thẻ thụ động được hỗ trợ trở nên hoạt động khi có trình đọc RFID. Dash7 là một giao thức truyền thông sử dụng RFID hoạt động được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng IoT công nghiệp để liên lạc tầm xa an toàn. Tương tự như NFC, một trường hợp sử dụng điển hình cho RFID là theo dõi các mặt hàng tồn kho trong các ứng dụng IoT bán lẻ và công nghiệp.
• Wifi
  Wifi là mạng không dây tiêu chuẩn dựa trên thông số kỹ thuật IEEE 802.11a / b / g / n. 802.11n cung cấp thông lượng dữ liệu cao nhất, nhưng với chi phí tiêu thụ điện năng cao, vì vậy các thiết bị IoT có thể chỉ sử dụng 802.11b hoặc g vì lý do tiết kiệm năng lượng. Mặc dù wifi được sử dụng trong nhiều thiết bị IoT nguyên mẫu và thế hệ hiện tại, khi các giải pháp tầm xa hơn và công suất thấp hơn được phổ biến rộng rãi hơn, có khả năng wifi sẽ bị thay thế bởi các giải pháp thay thế công suất thấp hơn.
• Ethernet
  Được triển khai rộng rãi cho kết nối có dây trong các mạng cục bộ, Ethernet triển khai tiêu chuẩn IEEE 802.3. Không phải tất cả các thiết bị IoT đều cần phải là văn phòng phẩm không dây. Ví dụ, các đơn vị cảm biến được lắp đặt trong hệ thống tự động hóa tòa nhà có thể sử dụng công nghệ mạng có dây như Ethernet. Giao tiếp đường dây điện (PLC), một giải pháp có dây cứng thay thế, sử dụng hệ thống dây điện hiện có thay vì cáp mạng chuyên dụng.

Bình minh của mạng 5G

5G là thế hệ tiếp theo của mạng không dây. Nó xây dựng cơ sở hạ tầng 4G Tiến hóa Dài hạn (LTE) hiện có. Đáng chú ý, băng thông được cải thiện. Nhưng dung lượng và độ tin cậy của dịch vụ không dây cũng vậy.

5G là lý tưởng cho nhiều yêu cầu về dữ liệu và giao tiếp hơn do hàng tỷ thiết bị được kết nối tạo nên Internet of Things (IoT). Nó cũng hỗ trợ yêu cầu độ trễ cực thấp cho giao tiếp thời gian thực. Nó là một đường ống dẫn dữ liệu hoàn toàn mới, đóng vai trò như đường ống dẫn nước cho mọi tín hiệu, từ mọi thiết bị, sử dụng Internet. Nó có thể xử lý dữ liệu dày đặc.

Nó nhanh – nhanh hơn khoảng 20 lần so với 4G, cho phép người dùng tải xuống video chỉ trong 17 giây. Đó là một sự thúc đẩy cho thế giới kết nối của chúng ta trong thời đại IoT và một sự thúc đẩy rõ ràng đối với những gì IoT có thể thực hiện trong tương lai.

Việc xuất hiện và triển khai đầy đủ 5G vẫn đang trong quá trình triển khai sớm; chẳng bao lâu nữa nó sẽ cũ. Hãy yên tâm, nó sẽ làm cho thế giới của chúng ta tốt hơn, cuộc sống của chúng ta tốt hơn và cho phép thành quả của công nghệ tỏa sáng hơn bao giờ hết khi dữ liệu di chuyển với khối lượng lớn hơn, nhanh hơn bao giờ hết.

Các công nghệ mạng IoT – lớp Internet

Các công nghệ tầng Internet (OSI Layer 3) xác định và định tuyến các gói dữ liệu. Các công nghệ thường được áp dụng cho IoT có liên quan đến lớp này và bao gồm IPv6, 6LoWPAN và RPL.

• IPv6
  Ở tầng Internet, các thiết bị được xác định bằng địa chỉ IP. IPv6 thường được sử dụng cho các ứng dụng IoT thay vì địa chỉ IPv4 kế thừa. IPv4 bị giới hạn ở các địa chỉ 32 bit, chỉ cung cấp tổng cộng khoảng 4,3 tỷ địa chỉ, ít hơn số lượng thiết bị IoT hiện tại được kết nối, trong khi IPv6 sử dụng 128 bit và do đó cung cấp 2 ¹²⁸ địa chỉ (khoảng 3,4 × 10 ³⁸ hoặc 340 tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ) địa chỉ. Trên thực tế, không phải tất cả các thiết bị IoT đều cần địa chỉ công cộng. Trong số hàng chục tỷ thiết bị dự kiến ​​sẽ kết nối qua IoT trong vài năm tới, nhiều thiết bị sẽ được triển khai trong các mạng riêng sử dụng dải địa chỉ riêng và chỉ giao tiếp với các thiết bị hoặc dịch vụ khác trên mạng bên ngoài bằng cách sử dụng các cổng.
• 6LoWPAN
  Các IPv6 Low Power Wireless cá nhân Area Network (6LoWPAN) tiêu chuẩn cho phép IPv6 sẽ được sử dụng trên 802.15.4 mạng không dây. 6LoWPAN thường được sử dụng cho các mạng cảm biến không dây và giao thức Thread cho các thiết bị tự động hóa gia đình cũng chạy trên 6LoWPAN.
• RPL
  Lớp Internet cũng bao gồm định tuyến. Giao thức định tuyến IPv6 cho mạng công suất thấp và tổn hao (RPL) được thiết kế để định tuyến lưu lượng IPv6 qua các mạng công suất thấp như những mạng được triển khai trên 6LoWPAN. RPL (phát âm là “ripple”) được thiết kế để định tuyến các gói trong các mạng bị ràng buộc như mạng cảm biến không dây, nơi không phải lúc nào cũng có thể truy cập được các thiết bị và có số lượng gói bị mất cao hoặc không thể đoán trước được. RPL có thể tính toán đường đi tối ưu bằng cách xây dựng biểu đồ của các nút trong mạng dựa trên các số liệu động và các ràng buộc như giảm thiểu tiêu thụ năng lượng hoặc độ trễ.

Công nghệ mạng IoT lớp ứng dụng

HTTP và HTTPS phổ biến khắp các ứng dụng internet, điều này cũng đúng trong IoT, với các giao diện RESTful HTTP và HTTPS được triển khai rộng rãi. CoAP (Constrained Application Protocol) giống như một HTTP nhẹ thường được sử dụng kết hợp với 6LoWPAN qua UDP. Các giao thức nhắn tin như MQTT, AMQP và XMPP cũng thường được sử dụng trong các ứng dụng IoT:

• MQTT
  Message Queue Telemetry Transport (MQTT) là một giao thức nhắn tin dựa trên đăng ký / xuất bản được thiết kế để sử dụng trong các tình huống băng thông thấp, đặc biệt là cho các cảm biến và thiết bị di động trên các mạng không đáng tin cậy.
• AMQP
  Advanced Message Queueing Protocol (AMQP) là một giao thức nhắn tin tiêu chuẩn mở được sử dụng cho phần mềm trung gian hướng tin nhắn. Đáng chú ý nhất, AMQP được thực hiện bởi RabbitMQ .
• XMPP
  Các Extensible Nhắn tin và Presence Protocol (XMPP) được thiết kế cho thời gian thực truyền từ người sang người trong đó có tin nhắn tức thời. Giao thức này đã được điều chỉnh cho giao tiếp giữa máy với máy (M2M) để triển khai phần mềm trung gian nhẹ và để định tuyến dữ liệu XML. XMPP chủ yếu được sử dụng với các thiết bị thông minh.

Sự lựa chọn công nghệ của bạn ở lớp này sẽ phụ thuộc vào các yêu cầu ứng dụng cụ thể của dự án IoT của bạn. Ví dụ: đối với một hệ thống tự động hóa gia đình giá rẻ bao gồm một số cảm biến, MQTT sẽ là một lựa chọn tốt vì nó rất phù hợp để triển khai nhắn tin trên các thiết bị không cần nhiều dung lượng lưu trữ hoặc khả năng xử lý vì giao thức này đơn giản và nhẹ để thực hiện.

Những cân nhắc và thách thức về mạng IoT

Khi bạn xem xét công nghệ mạng nào sẽ áp dụng trong ứng dụng IoT của mình, hãy lưu ý đến các ràng buộc sau:

• Phạm vi
• Băng thông
• Sử dụng điện năng
• Kết nối không liên tục
• Khả năng tương tác
• Bảo vệ

Phạm vi

Mạng có thể được mô tả theo khoảng cách mà dữ liệu thường được truyền bởi các thiết bị IoT được gắn vào mạng:

• PAN (Mạng khu vực cá nhân)
  PAN là phạm vi ngắn, trong đó khoảng cách có thể được đo bằng mét, chẳng hạn như thiết bị theo dõi thể dục có thể đeo được giao tiếp với một ứng dụng trên điện thoại di động qua BLE.
• LAN (Mạng cục bộ) Mạng
  LAN có phạm vi từ ngắn đến trung bình, trong đó khoảng cách có thể lên đến hàng trăm mét, chẳng hạn như tự động hóa gia đình hoặc các cảm biến được lắp đặt trong dây chuyền sản xuất của nhà máy giao tiếp qua wifi với thiết bị cổng được lắp đặt trong cùng một tòa nhà.
• MAN (Mạng khu vực đô thị)
  MAN là phạm vi xa (toàn thành phố), nơi đo khoảng cách lên đến vài km, chẳng hạn như các cảm biến đỗ xe thông minh được lắp đặt khắp thành phố được kết nối trong cấu trúc liên kết mạng lưới.
• WAN (Mạng diện rộng)
  WAN có phạm vi dài, trong đó khoảng cách có thể được đo bằng km, chẳng hạn như các cảm biến nông nghiệp được lắp đặt trong một trang trại lớn hoặc trang trại được sử dụng để giám sát các điều kiện môi trường vi khí hậu trong toàn bộ khuôn viên.

Mạng của bạn sẽ truy xuất dữ liệu từ các thiết bị IoT và truyền đến đích dự kiến ​​của nó. Chọn một giao thức mạng phù hợp với phạm vi là bắt buộc. Ví dụ, không chọn BLE để ứng dụng WAN hoạt động trên phạm vi vài km. Nếu việc truyền dữ liệu trên phạm vi yêu cầu là một thách thức, hãy xem xét tính toán biên. Tính toán biên phân tích dữ liệu trực tiếp từ các thiết bị chứ không phải từ một trung tâm dữ liệu ở xa hoặc nơi khác.

Băng thông

Băng thông là lượng dữ liệu có thể được truyền trên một đơn vị thời gian. Nó giới hạn tốc độ dữ liệu có thể được thu thập từ các thiết bị IoT và truyền ngược dòng. Băng thông bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm:

• Khối lượng dữ liệu mà mỗi thiết bị thu thập và truyền
• Số lượng thiết bị được triển khai
• Cho dù dữ liệu đang được gửi dưới dạng một luồng liên tục hay theo từng đợt gián đoạn và nếu có bất kỳ khoảng thời gian cao điểm nào là đáng chú ý

Kích thước gói của giao thức mạng phải phù hợp với khối lượng dữ liệu thường được truyền. Sẽ không hiệu quả nếu gửi các gói có dữ liệu trống. Ngược lại, có những chi phí lớn trong việc phân chia các khối dữ liệu lớn hơn thành quá nhiều gói nhỏ. Tốc độ truyền dữ liệu không phải lúc nào cũng đối xứng (nghĩa là tốc độ tải lên có thể chậm hơn tốc độ tải xuống). Vì vậy, nếu có giao tiếp hai chiều giữa các thiết bị, việc truyền dữ liệu cần được tính đến. Mạng không dây và mạng di động thường có băng thông thấp, vì vậy hãy cân nhắc xem liệu công nghệ không dây có phải là lựa chọn phù hợp cho các ứng dụng khối lượng lớn hay không.

Xem xét liệu tất cả dữ liệu thô có phải được truyền hay không. Một giải pháp khả thi là thu thập ít dữ liệu hơn bằng cách lấy mẫu ít thường xuyên hơn. Do đó, bạn sẽ nắm bắt được ít biến hơn và có thể lọc dữ liệu từ thiết bị để loại bỏ dữ liệu không đáng kể. Nếu bạn tổng hợp dữ liệu trước khi truyền, bạn sẽ giảm khối lượng dữ liệu được truyền. Nhưng quá trình này ảnh hưởng đến tính linh hoạt và chi tiết trong phân tích ngược dòng. Việc tổng hợp và chia nhỏ không phải lúc nào cũng phù hợp với dữ liệu nhạy cảm với thời gian hoặc độ trễ. Tất cả các kỹ thuật này đều làm tăng yêu cầu xử lý và lưu trữ dữ liệu cho thiết bị IoT.

Tiêu thụ điện năng

Truyền dữ liệu từ một thiết bị tiêu tốn điện năng. Truyền dữ liệu trên phạm vi dài đòi hỏi nhiều năng lượng hơn so với phạm vi ngắn. Bạn phải xem xét nguồn điện – chẳng hạn như pin, pin mặt trời hoặc tụ điện – của thiết bị và tổng vòng đời của thiết bị. Vòng đời lâu dài và bền bỉ sẽ không chỉ mang lại độ tin cậy cao hơn mà còn giảm chi phí vận hành. Có thể thực hiện các bước để giúp đạt được vòng đời cung cấp điện dài hơn.

Ví dụ, để kéo dài tuổi thọ pin, bạn có thể đặt thiết bị ở chế độ ngủ bất cứ khi nào nó không hoạt động. Một phương pháp hay nhất khác là lập mô hình mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị dưới các tải khác nhau và các điều kiện mạng khác nhau để đảm bảo rằng nguồn điện và dung lượng lưu trữ của thiết bị phù hợp với công suất được yêu cầu để truyền dữ liệu cần thiết bằng cách sử dụng các công nghệ mạng mà bạn đã áp dụng.

Kết nối không liên tục

Các thiết bị IoT không phải lúc nào cũng được kết nối. Trong một số trường hợp, các thiết bị được thiết kế để kết nối định kỳ. Tuy nhiên, đôi khi mạng không đáng tin cậy có thể khiến thiết bị ngừng hoạt động do sự cố kết nối. Đôi khi các vấn đề về chất lượng dịch vụ, chẳng hạn như xử lý nhiễu hoặc tranh chấp kênh trên mạng không dây sử dụng phổ tần chia sẻ. Các thiết kế nên kết hợp kết nối không liên tục và tìm kiếm bất kỳ giải pháp sẵn có nào để cung cấp dịch vụ không bị gián đoạn, đó phải là một yếu tố quan trọng đối với thiết kế cảnh quan IoT.

Khả năng tương tác

Thiết bị hoạt động với các thiết bị, thiết bị, hệ thống và công nghệ khác; chúng có thể tương tác với nhau. Với rất nhiều thiết bị khác nhau kết nối với IoT, khả năng tương tác có thể là một thách thức. Việc áp dụng các giao thức chuẩn là một cách tiếp cận truyền thống để duy trì khả năng tương tác trên Internet. Các tiêu chuẩn được thống nhất bởi những người tham gia trong ngành và tránh nhiều thiết kế và hướng đi khác nhau. Với các tiêu chuẩn phù hợp và những người tham gia đồng ý với chúng, các vấn đề không tương thích, do đó có thể tránh được các vấn đề về khả năng tương tác.

Tuy nhiên, đối với IoT, các quy trình tiêu chuẩn hóa đôi khi phải vật lộn để bắt kịp với sự đổi mới và thay đổi. Chúng được viết và phát hành dựa trên các phiên bản sắp tới của các tiêu chuẩn vẫn có thể thay đổi. Xem xét hệ sinh thái xung quanh các công nghệ: Chúng có được áp dụng rộng rãi không? Họ mở so với độc quyền? Có bao nhiêu cách triển khai?

Sử dụng những câu hỏi này để lập kế hoạch cho các mạng IoT của bạn giúp lập kế hoạch khả năng tương tác tốt hơn cho một mạng IoT mạnh mẽ hơn.

Bảo vệ – An ninh mạng

An ninh là một ưu tiên. Việc lựa chọn các công nghệ mạng thực hiện bảo mật đầu cuối, bao gồm xác thực, mã hóa và bảo vệ cổng mở là rất quan trọng. IEEE 802.15.4 bao gồm một mô hình bảo mật cung cấp các tính năng bảo mật bao gồm kiểm soát truy cập, tính toàn vẹn của thư, tính bảo mật của thư và bảo vệ phát lại, được thực hiện bởi các công nghệ dựa trên tiêu chuẩn này như ZigBee.

Hãy xem xét các yếu tố sau trong việc hình thành một mạng IoT an toàn và bảo mật:

• Xác thực
  Thông qua các giao thức an toàn để hỗ trợ xác thực cho thiết bị, cổng, người dùng, dịch vụ và ứng dụng. Cân nhắc sử dụng tiêu chuẩn X.509 để xác thực thiết bị.
• Mã hóa
  Nếu bạn đang sử dụng Wi-Fi, hãy sử dụng Quyền truy cập được bảo vệ không dây 2 (WPA2) để mã hóa mạng không dây. Bạn cũng có thể áp dụng cách tiếp cận Khóa chia sẻ trước riêng tư (PPSK). Để đảm bảo quyền riêng tư và tính toàn vẹn của dữ liệu cho giao tiếp giữa các ứng dụng, hãy đảm bảo áp dụng TLS hoặc Datagram Transport-Layer Security (DTLS), dựa trên TLS, nhưng được điều chỉnh cho các kết nối không đáng tin cậy chạy qua UDP. TLS mã hóa dữ liệu ứng dụng và đảm bảo tính toàn vẹn của nó.
• Bảo vệ cổng Bảo vệ
  cổng đảm bảo rằng chỉ các cổng cần thiết để giao tiếp với cổng hoặc các ứng dụng hoặc dịch vụ ngược dòng vẫn mở cho các kết nối bên ngoài. Tất cả các cổng khác nên được vô hiệu hóa hoặc được bảo vệ bằng tường lửa. Các cổng thiết bị có thể bị lộ khi khai thác lỗ hổng Universal Plug and Play (UPnP). Do đó, UPnP nên được tắt trên bộ định tuyến.

Kết luận

Lựa chọn thích hợp các công nghệ mạng IoT đòi hỏi sự thỏa hiệp. Các công nghệ mạng được lựa chọn sẽ tác động đến thiết kế của các thiết bị IoT. Những cân nhắc được đề xuất trong bài viết này phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Ví dụ, phạm vi mạng, tốc độ dữ liệu và mức tiêu thụ điện năng đều có liên quan trực tiếp. Nếu bạn tăng phạm vi mạng hoặc tốc độ và khối lượng dữ liệu được truyền, các thiết bị IoT của bạn chắc chắn sẽ yêu cầu nguồn điện bổ sung để truyền dữ liệu trong các điều kiện đó.

Đối với tự động hóa gia đình cơ bản, tiêu chí xem xét công suất có thể có tầm quan trọng thấp; thiết bị rất có thể sẽ được cấp nguồn trực tiếp từ ổ cắm trên tường. Các giới hạn về băng thông và sự sụt giảm trong kết nối là những ưu tiên cao hơn. Wifi cung cấp băng thông hợp lý và xúc tiến dự án bằng cách sử dụng phần cứng hàng hóa. Tuy nhiên, wifi không được tối ưu hóa cho các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp, khiến nó trở thành một lựa chọn không khôn ngoan cho một thiết bị ngốn pin.

Bài viết này cung cấp tổng quan về một số giao thức và công nghệ mạng phổ biến nhất cho IoT. Điều quan trọng nhất là phải xem xét các yêu cầu của bạn trước những thách thức mạng IoT này để tìm ra công nghệ phù hợp nhất cho ứng dụng IoT của bạn.