IoT Gateway là gì? Tổng quan về IoT Gateway

Cổng kết nối IoT hay IoT Gateway là một trong những phần thiết yếu của hệ sinh thái IoT hỗ trợ sự phát triển theo cấp số nhân của hàng tỷ thiết bị IoT. Tuy nhiên, có nhiều thách thức khác nhau xảy ra khi triển khai vô số thiết bị IoT ở rìa (Edge). Ở đây chúng ta sẽ thảo luận về cách IoT Gateways là một giải pháp tuyệt vời cho việc triển khai và ứng dụng internet vạn vật – IoT đang phát triển.

IoT Gateway là gì?

IoT Gateway là một máy tính nhúng công nghiệp thông minh hoạt động như một trung tâm quản lý tất cả các thiết bị, cảm biến và bộ truyền động IoT được kết nối. Thuật ngữ Gateway khá dễ hiểu, để dễ hiểu khái niệm cổng, nó hoạt động như một cổng vào tổng hợp, xử lý và lọc ra tất cả dữ liệu và thông tin được gửi bởi các thiết bị IoT khác nhau trước khi được gửi đến đám mây.

Các cổng IoT – IoT Gateway tiên tiến hơn có khả năng thực hiện các ứng dụng điện toán phức tạp như trí tuệ nhân tạo. Trong trường hợp này, các cổng IoT xử lý hầu hết dữ liệu ở rìa và có khả năng chạy ra quyết định thời gian thực ở rìa mà không cần bất kỳ sự hỗ trợ nào từ đám mây.

IoT Gateway hoạt động như thế nào?

IoT Gateway đóng vai trò là cầu nối giữa các loại thiết bị IoT khác nhau và kết nối chúng với hệ thống dữ liệu trung tâm hoặc thậm chí là đám mây (Cloud). Logistics của dữ liệu truyền từ biên (rìa) đến Gateway và đến mạng bên ngoài như đám mây liên quan đến việc tổng hợp, phân tích và đồng bộ hóa dữ liệu. Các thiết bị IoT giao tiếp với IoT Gateway bằng kết có dây như LAN, RS-232, RS-485/422,.. hay sử dụng các công nghệ không dây tầm ngắn như Zigbee, Z-wave và Bluetooth LE. Một số thiết bị IoT cũng sử dụng công nghệ không dây tầm xa như LoRa, WiFi, LTE và LTE-M để giao tiếp với IoT Gateways. Sau đó, IoT Gateway kết nối với Wide Area Network (WAN) hoặc Đám mây thông qua cáp quang WAN hoặc Ethernet LAN.

Hơn nữa, trong một hệ sinh thái IoT, có thể có hàng trăm đến hàng nghìn thiết bị IoT, cảm biến và thiết bị truyền động với các giao thức và giao diện khác nhau. Vô số dữ liệu IoT này đang được tạo ra mỗi giây, tạo ra sự quá tải cho đám mây. Các cổng kết nối IoT cũng lọc và tổng hợp dữ liệu đã thu thập thành một giao thức tiêu chuẩn duy nhất để dữ liệu có thể dễ dàng được xử lý trên đám mây và được chuyển tới biên để tính toán hiệu quả hơn. Một số giao thức phổ biến mà IoT Gateway hay sử dụng là AMQP, DDS, CoAP, MQTT và WebSocket.

Ngoài ra, các Cổng IoT thông minh có khả năng quản lý khối lượng công việc ở biên, nơi chúng có thể thực hiện việc ra quyết định mà không cần kết nối với đám mây. Ví dụ, đối với các ứng dụng trên xe vận chuyển thực phẩm bảo quản lạnh. Khi các cảm biến bên trong kho hàng cho biết nhiệt độ tăng lên, IoT Gateways có thể tự động điều khiển các thiết bị truyền động để hạ nhiệt độ xuống điểm lý tưởng để hàng hóa không bị hư hỏng. Gateway IoT có thể giám sát đồng thời các khía cạnh khác nhau của ứng dụng như ánh sáng, chất lượng không khí, hệ thống an ninh,… Do đó, lợi ích chính của IoT Gateways là khả năng gửi tóm tắt dữ liệu đến mạng bên ngoài để xử lý và phân tích bổ sung.

Công dụng của Gateway trong IoT và Điện toán biên

Khi số lượng thiết bị IoT gia tăng, sự phát triển của các ứng dụng trí tuệ nhân tạo và mạng 5G, ngày càng có nhiều tương tác và điện toán được thực thi ở Biên. Xu hướng của các ứng dụng Điện toán biên là kết quả của việc di chuyển tính toán từ đám mây sang vùng biên, gần hơn với nơi dữ liệu đang được sản xuất. Giảm tải khối lượng công việc từ đám mây và thực hiện điện toán ngay tại biên mang lại nhiều lợi ích khác nhau cho các ứng dụng quan trọng và thông minh hơn. Điện toán biên cung cấp độ trễ thấp, băng thông tốt hơn và cung cấp hiệu suất đáng tin cậy do dữ liệu được yêu cầu khoảng cách ngắn hơn. Các Gateway IoT hỗ trợ với hệ sinh thái điện toán biên, nơi nó xử lý dữ liệu từ tất cả các thiết bị IoT được kết nối ở biên.

Sự khác biệt giữa Gateway IoT và Bộ định tuyến là gì?

Mặc dù IoT Gateway và Router – bộ định tuyến khá giống nhau, nhưng IoT Gateway còn làm được nhiều hơn thế. Cả Gateway IoT và Router đều hoạt động như một cầu nối kết nối các loại thiết bị và công nghệ truyền thông khác nhau. Các thiết bị này có các giao diện và giao thức khác nhau được sử dụng để phù hợp với các giao thức và giao diện được sử dụng bởi mạng bên ngoài. Ví dụ: bộ định tuyến gia đình của bạn là cầu nối giữa các thiết bị được kết nối của bạn và Internet. Nó chuyển mạng cục bộ (Local Area Network – LAN) của bạn thành một bộ giao thức internet (TCP / IP) để kết nối với Mạng diện rộng (Wide Area Network – WAN) của nhà cung cấp dịch vụ Internet (Internet Service Provider – ISP) của bạn. Gateway IoT cũng hỗ trợ một quy trình tương tự, nơi nó kết nối các thiết bị IoT của bạn với internet. Tuy nhiên, sự khác biệt chính là IoT Gateways tổng hợp, phân tích, xử lý và lọc dữ liệu trước khi gửi lên đám mây. Khi xử lý dữ liệu, IoT Gateway có khả năng thực hiện việc ra quyết định theo thời gian thực để quản lý và kiểm soát các ứng dụng của bạn mà không cần kết nối với đám mây. Nói một cách đơn giản, IoT Gateway có thể thực hiện các tác vụ phức tạp trong các tình huống ngoại tuyến và trực tuyến trong khi bộ định tuyến chỉ có thể hoạt động khi trực tuyến để kết nối các thiết bị với Internet.

Tại sao các thiết bị IoT dễ bị tấn công và Gateway IoT có thể bảo mật chúng như thế nào?

Các thiết bị IoT được biết là rất dễ bị tấn công mạng. Khi các thiết bị IoT của bạn gặp phải một cuộc tấn công, điều này sẽ để lại lỗ hổng cho việc tiếp xúc nhiều thiết bị, khiến toàn bộ hệ sinh thái bị lộ.

Việc sử dụng IoT Gateway cho các thiết bị IoT của bạn cũng giống như cài đặt các lớp bảo vệ bổ sung trong hệ sinh thái IoT để hỗ trợ an ninh mạng. Cổng IoT làm giảm số lượng thiết bị được kết nối với Internet vì các thiết bị IoT dễ bị tấn công hơn khi chúng được kết nối trực tiếp với internet. Hơn nữa, các máy tính công nghiệp IoT Gateway được trang bị TPM 2.0 (Trusted module platform) cung cấp mã hóa đầu cuối để bảo vệ dữ liệu của bạn khỏi các mối đe dọa trực tuyến và ngoại tuyến.

Lợi ích của Cổng kết nối IoT

• Quản lý dữ liệu

Gateway IoT quản lý tất cả dữ liệu từ các thiết bị, cảm biến và thiết bị truyền động IoT. Nó tổng hợp, xử lý và lọc dữ liệu từ tất cả các thiết bị này trước khi chỉ gửi thông tin quan trọng nhất lên đám mây. Nó cũng kết nối dữ liệu đến từ đám mây khi điều khiển và giám sát các ứng dụng IoT từ một vị trí từ xa.

• Tiêu thụ băng thông thấp

Có hàng trăm đến hàng nghìn thiết bị IoT tham gia vào hệ sinh thái IoT. Với rất nhiều thiết bị được kết nối internet và liên tục truyền dữ liệu, hãy tưởng tượng việc vận hành cả hệ thống sẽ tiêu tốn bao nhiêu. Gateway IoT có thể giữ cho mức tiêu thụ băng thông thấp bằng cách xử lý trước và quản lý dữ liệu từ tất cả các thiết bị trên toàn hệ thống trước khi gửi ra mạng bên ngoài.

• Giảm độ trễ

Với hiệu quả mà IoT Gateway đã tạo ra, mạng lưới thiết bị IoT sẽ kết nối nhanh hơn nhiều với đám mây và giảm các vấn đề về độ trễ. Hơn nữa, với việc xử lý dữ liệu ngay tại rìa, IoT Gateway loại bỏ các nút thắt về độ trễ xuất hiện khi các thiết bị IoT cố gắng kết nối với đám mây. Gateway IoT gần với nguồn dữ liệu hơn nhiều, giúp cải thiện các vấn đề về độ trễ.

• Tiết kiệm năng lượng

Với Gateway IoT xử lý việc quản lý dữ liệu, giảm tiêu thụ băng thông và giảm độ trễ của các thiết bị IoT, nó cho phép hàng trăm đến hàng nghìn thiết bị IoT hoạt động hiệu quả và cuối cùng sẽ yêu cầu ít năng lượng hơn. Chỉ có một cổng IoT để gửi và nhận dữ liệu từ đám mây tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với việc có nhiều thiết bị IoT liên tục cố gắng kết nối với đám mây.

• An ninh mạng

Gateway IoT cải thiện tính bảo mật của hệ sinh thái IoT của bạn bằng cách giảm các điểm kết nối nơi tin tặc có thể nhắm làm mục tiêu. IoT Gateways cũng được trang bị nhiều tùy chọn bảo mật như TPM 2.0 để đảm bảo mã hóa toàn bộ dữ liệu.

• Hiệu quả về chi phí

Với mức tiêu thụ điện năng và internet thấp hơn, IoT Gateways không chỉ tăng hiệu quả của các ứng dụng IoT của bạn mà còn giảm chi phí vận hành. Hơn nữa, nó làm giảm rủi ro thời gian chết với các ứng dụng an toàn và đáng tin cậy hơn, dẫn đến các ứng dụng IoT tiết kiệm chi phí hơn.

• Bền bỉ và đáng tin cậy

Cổng IoT công nghiệp được thiết kế để chịu được môi trường khắc nghiệt thường đi kèm với các ứng dụng điện toán biên. Được xây dựng bằng vật liệu công nghiệp mạnh mẽ, Cổng IoT công nghiệp bền hơn và đáng tin cậy hơn nhiều khi được triển khai trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

• Điện toán biên

Với các bộ vi xử lý mạnh mẽ hiện có trên thị trường, IoT Gateways được cấu hình với các thông số kỹ thuật cao cấp (CPU, RAM, SSD Storage, GPU, v.v.) để thực hiện các thuật toán tính toán phức tạp như Máy học, Học sâu và Trí tuệ nhân tạo. . Hơn nữa, với Cổng IoT công nghiệp, người dùng có thể triển khai chúng ở những môi trường xa xôi và khắc nghiệt nhất cho các ứng dụng công nghiệp như nông nghiệp thông minh, giám sát đội xe, các ứng dụng trong xe và giám sát từ xa của Gas & Oil.

Một số ứng dụng về Gateway IoT

• Hệ thống kiểm soát năng lượng thông minh cho IIoT

Năng lượng tái tạo ngày càng được quan tâm, với các ưu điểm nổi trội như: thân thiện với môi trường, sử dụng nguồn năng lượng tự nhiên,… giúp sản xuất một lượng điện lớn đáng kể và góp phần giảm dần các nguồn năng lượng khác tạo điện như thủy điện, nhiệt điện. Các nhà máy điện gió hay trạm năng lượng mặt trời thường được đặt ở những nơi đặc biệt, có điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc vị trí địa lý không thuận lợi. Cổng kết nối IoT được sử dụng để điều khiển, giám sát các thiết bị trong hệ thống từ xa.

• Nông nghiệp thông minh

Có rất nhiều biến số cần được theo dõi và kiểm soát trong nông nghiệp thông minh. Nhiều loại thiết bị IoT, cảm biến và thiết bị truyền động khác nhau được lắp đặt xung quanh khu vực nông nghiệp để thu thập dữ liệu và thông tin quý giá về cây trồng và môi trường của chúng. Các cảm biến và thiết bị IoT này có thể thu thập thông tin như chất lượng đất, sự phát triển của cây trồng, bức xạ UV, độ ẩm và nhiều thông tin khác mà nông dân có thể sử dụng để đưa ra quyết định nhằm cải thiện sự phát triển của cây trồng. Cổng kết nối IoT cũng có thể được tự động hóa để điều khiển các thiết bị truyền động trên khu vực canh tác như phun phân bón và tưới cây dựa trên điều kiện thời tiết để tăng hiệu quả của phân bón và nước cho cây trồng.

• IoT Gateway trong giao thông thông minh

Các ứng dụng trong xe như quản lý, giám sát đội xe thường yêu cầu Cổng kết nối IoT để quản lý dữ liệu và thông tin thu thập từ các cảm biến và thiết bị IoT khác nhau. Dữ liệu và thông tin tổng hợp bao gồm vị trí GPS của xe, điểm đến, thông tin máy móc, thông tin đường bộ và các thông tin khác phụ thuộc vào nhiệm vụ của xe. Ví dụ xe đang gửi thực phẩm đông lạnh đến một địa điểm xa. Thông tin bổ sung có thể bao gồm nhiệt độ lưu trữ, hiệu suất bộ tản nhiệt và đồng hồ đo công suất để biết thời gian làm mát,… Tất cả những thông tin chi tiết này được thu thập và quản lý bởi Cổng kết nối IoT – IoT Gateways chỉ gửi thông tin quan trọng để cải thiện hiệu quả. Ví dụ: IoT Gateways chỉ gửi cảnh báo khi nhiệt độ lưu trữ giảm đáng kể thay vì liên tục truyền các thay đổi của nhiệt độ lưu trữ.

Cổng IoT công nghiệp | Tại sao bạn cần chúng?

IoT và các ứng dụng điện toán biên thường được triển khai trong môi trường khắc nghiệt liên quan đến nhiệt độ hoạt động rộng, chấn động mạnh, rung lắc liên tục, tiếp xúc với bụi và nước, v.v. Để đảm bảo sự chắc chắn của việc triển khai, nhiều ứng dụng yêu cầu Gateway IoT công nghiệp. Gateway IoT công nghiệp được xây dựng trong khung, vỏ nhỏ gọn với mức tiêu thụ điện năng thấp để triển khai IoT từ xa. Dưới đây là một số tính năng chính của một số Gateway IoT công nghiệp tốt nhất trên thị trường.

• Thiết kế nhỏ gọn
• Thiết kế nhiệt độ hoạt động rộng

Gateway IoT công nghiệp không quạt có phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -40 ℃ đến 85 ℃ cho môi trường cực kỳ lạnh và nóng.

• Nguồn đầu vào rộng

Cổng IoT công nghiệp được trang bị dải điện áp đầu vào rộng từ 9V đến 50 VDC.

• Chống sốc & chống rung

Sốc và rung là một số yếu tố chính gây ra hỏng hóc cho các thiết bị cấp thương mại. Cổng IoT công nghiệp có thể chịu va đập lên đến 50G và rung động lên đến 5Grms tuân theo tiêu chuẩn quân sự MIL-STD-810G. Tính năng này làm cho Cổng IoT công nghiệp trở nên tuyệt vời cho các ứng dụng IoT liên quan đến sốc và rung động thường xuyên như các ứng dụng trong xe và các ứng dụng máy móc hạng nặng khác.

Cổng IoT công nghiệp được xây dựng với các thành phần cấp công nghiệp từ khung, vỏ bọc đến các thành phần bên trong của chúng như mainboard, cổng I/ Os, link kiện cấu thành, v.v. Vỏ ngoài của Cổng IoT công nghiệp được làm từ nhôm đúc với kim loại nặng đúc thành. Các bước bổ sung này giúp củng cố độ bền, độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị.

• Hiệu suất năng lượng

Cổng IoT công nghiệp không yêu cầu nhiều năng lượng nhờ kiến trúc tiết kiệm năng lượng của chúng. Cổng IoT công nghiệp thường sử dụng bộ xử lý Intel có TDP (công suất thiết kế nhiệt) thấp. Điều này mang lại sự linh hoạt tuyệt vời cho việc triển khai công nghiệp từ xa yêu cầu Cổng IoT công suất thấp.

• Tùy chọn kết nối phong phú

Cổng IoT công nghiệp được trang bị các tính năng kết nối không dây phong phú như 5G/ 4G (LTE), WiFi6, Bluetooth 5.0 và các tùy chọn kết nối có dây như RJ45 và M12 LAN với hỗ trợ PoE+. Chúng cũng hỗ trợ các tín hiệu tương tự như RS485, RS232, I2C, SPI, DIO, GPIO, v.v. để có được sự linh hoạt trong giao tiếp nhất.

• Bảo mật

Cổng IoT công nghiệp sử dụng bộ xử lý mật mã TPM 2.0 để kích hoạt các khóa mật mã hoặc chứng chỉ kỹ thuật số mã hóa dữ liệu được thu thập bởi Cổng IoT công nghiệp để bảo mật trực tuyến và ngoại tuyến.