IoT Gateway công nghiệp là gì?

IoT Gateway công nghiệp là một trong những phần thiết bị thiết yếu trong hệ sinh thái IoT, hỗ trợ sự phát triển theo cấp số nhân của vô vàn các thiết bị IoT. Tuy nhiên, có nhiều thách thức khác nhau xảy ra khi triển khai vô số thiết bị IoT. Ở đây Nexcom.vn sẽ thảo luận về cách IoT Gateways là một giải pháp tuyệt vời cho việc triển khai và ứng dụng IoT đang phát triển.

Xem thêm: Ứng dụng công nghệ Wi-Fi Mesh trong giám sát chuyển động công trình với Ethernet Gateway NIO 51

Nói một cách dễ hiểu, Gateway IoT là một máy tính thông minh hoạt động như một trung tâm trung tâm quản lý tất cả các thiết bị, cảm biến và thiết bị truyền động IoT được kết nối. Gateway hoạt động như một lối 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 Gateway IoT 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 Gateway IoT xử lý hầu hết dữ liệu ở biên và có khả năng chạy ra quyết định thời gian thực ở biên mà không cần bất kỳ sự hỗ trợ nào từ đám mây.

Sơ đồ ứng dụng

Gateway IoT hoạt động như thế nào?

Gateway IoT 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. Hậu cần của dữ liệu truyền từ rìa, cổng vào và đến mạng bên ngoài như đám mây liên quan đến việc tổng hợp, tóm tắt và đồng bộ hóa dữ liệu. Các thiết bị IoT giao tiếp với Gateway IoT bằng cách sử dụng 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 Gateway. Sau đó, IoT Gateway kết nối một loạt các cảm biến với Mạng WAN hoặc Đám mây thông qua WAN cáp quang 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 dịch 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 Gateway IoT dịch là AMQP, DDS, CoAP, MQTT và WebSocket.

Ngoài ra, các Gateway 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 cho biết nhiệt độ tăng lên, IoT Gateway có thể tự động điều khiển các thiết bị truyền động để hạ nhiệt độ xuống điểm lý tưởng để ngăn hàng hóa bị hư hỏng. Gateway IoT có thể giám sát đồng thời các khía cạnh khác nhau của các ứng dụng như ánh sáng, chất lượng không khí, hệ thống an ninh... Do đó, lợi ích chính của IoT Gateway là khả năng gửi bản tóm tắt dữ liệu đến mạng bên ngoài để xử lý và phân tích bổ sung.

>> Bypass - Tất cả các vấn đề quan trọng về IoT Gateway

Các tính năng chính của IoT Gateway

• Cung cấp giao tiếp M2M (máy với máy)
• Kết nối các thiết bị IoT với mạng bên ngoài (đám mây)
• Tổng hợp dữ liệu trên tất cả các thiết bị
• Chuẩn bị dữ liệu để gửi tới Đám mây (tinh chỉnh, xử lý và lọc dữ liệu)
• Hỗ trợ thời gian thực và tính toán ngoại tuyến
• Thực hiện tính toán ở biên thông minh
• Tăng cường an ninh mạng
• (FOTA) Cập nhật chương trình cơ sở qua mạng

Lợi ích của Gateway trong IoT và Framework điện toán Edge 

Khi số lượng thiết bị IoT gia tăng, sự tiến bộ của các ứng dụng trí tuệ nhân tạo và mạng 5G, ngày càng có nhiều tương tác và điện toán được thực thi ở vị trí tiên tiến. Xu hướng của các ứng dụng điện toán biên là kết quả của việc di chuyển sức mạnh 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. Điều đó đang được nói, các Gateway IoT hỗ trợ với hệ sinh thái điện toán biên, nơi nó xử lý quá trình 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 công nghiệp là gì?

Mặc dù IoT Gateway và bộ định tuyến khá giống nhau, nhưng IoT Gateway còn làm được nhiều hơn thế.

Cả Gateway IoT và bộ định tuyến đều hoạt động như một cầu nối kết nối các loại thiết bị và công nghệ truyền thông khác nhau. Các thiết bị và công nghệ cục bộ này có các giao diện và giao thức khác nhau được cổng dịch chuyển 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 bắc cầu kết nối giữa các thiết bị được kết nối của bạn và Internet. Nó chuyển Mạng cục bộ của bạn thành một bộ giao thức internet (TCP / IP) để kết nối với Mạng diện rộng của Nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) của bạn. Cổng IoT cũng hỗ trợ một quy trình tương tự, nơi nó kết nối các thiết bị IoT của bạn với internet.

Sự khác biệt chính là IoT Gateway tổng hợp, xử lý và lọc dữ liệu trước khi gửi lên đám mây. Khi xử lý dữ liệu và 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.

ỨNG DỤNG THỰC TẾ IOT GATEWAY

1. IoT Gateway ứng dụng trong nông nghiệp

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 về cây trồng và môi trường. 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. IoT Gateway 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 được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp

2. In-Vehicle IoT Gateway

Các ứng dụng trong xe thường yêu cầu IoT Gateway 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 du lịch, thông tin máy móc, thông tin đường bộ và các thông tin khác tùy thuộc vào nhiệm vụ của xe. Giả sử nó đang gửi thực phẩm đông lạnh đến một địa điểm xa. Sau đó, 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 có thể kéo dài. 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 vi mô của nhiệt độ lưu trữ. Với luồng dữ liệu liên tục, có thể thực hiện các điều chỉnh đối với nhiệt độ lưu trữ theo phản hồi có giá trị từ các cổng IoT.

Hơn nữa, các Gateway IoT công nghiệp của thường được chứng nhận sự phù hợp CE, FCC và EMC, E-mark, EN50155 và EN50121-3-2... để hỗ trợ khách hàng trong các ứng dụng quan trọng.

Tại sao các ứng dụng nên sử dụng IoT Gateway công nghiệp

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

Gateway IoT công nghiệp không quạt có phạm vi nhiệt độ rộng với nhiệt độ hoạt động rộng cho môi trường cực kỳ lạnh và nóng.

Để bao phủ một loạt các ứng dụng từ di động đến triển khai ở biên, Gateway IoT công nghiệp được trang bị dải điện áp đầu vào rộng.

Khả năng chống sốc và rung là một số yếu tố chính gây ra hỏng hóc cho các thiết bị cấp thương mại. Gateway 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 Gateway IoT công nghiệp trở nên tuyệt vời cho các ứng dụng IoT liên quan đến các cú sốc và rung động thường xuyên như các ứng dụng trong xe và các ứng dụng máy móc hạng nặng khác.

Gateway IoT công nghiệp được xây dựng với các thành phần cấp công nghiệp từ vỏ bọc đến các thành phần bên trong của chúng như cuộn cảm điện, điện trở, bo mạch chủ, I/O... Vỏ ngoài của Gateway IoT công nghiệp được làm từ nhôm ép đùn với kim loại nặng được đúc liền khối. Các bước bổ sung này giúp củng cố độ bền, độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị.