Làm thế nào một bóng đèn thông minh, một hệ thống theo dõi tim, TV và điện thoại thông minh...giao tiếp với nhau? Chúng có ngôn ngữ khác nhau và có thể sẽ có nhiều giao thức khác nhau hướng dẫn giao tiếp trong một hệ sinh thái IoT.

IoT đang tạo ra lượng dữ liệu không thể tưởng tượng được. Theo báo cáo từ Gartner dự báo rằng vào cuối năm 2019, tổng cộng 14,2 tỷ thiết bị sẽ được kết nối với Internet. Và con số này sẽ tăng lên 25 tỷ vào năm 2021. Hãy tưởng tượng hàng tỷ thiết bị ở rìa với các tiêu chuẩn khác nhau gửi thông tin lên Internet.

Môi trường phức tạp với lượng dữ liệu khổng lồ này đang khiến việc truyền thông của các thiết bị IoT trở nên khó khăn và chậm chạp.

Hiện tại và trong tương lai, các thiết bị IoT sử dụng một gateway như một trung tâm Hub chứa thông tin và giao tiếp với các mạng bên ngoài. IoT Gateway là một trong những yếu tố chính trong hệ sinh thái này. Nó xử lý tất cả các giao tiếp với tất cả các cảm biến và kết nối từ xa như Internet, ứng dụng hoặc người dùng.

Vậy IoT Gateway là gì?

Trong viễn thông, mục đích chính của một gateway là cung cấp một cầu nối giữa các loại công nghệ truyền thông khác nhau. Các công nghệ này có thể khác nhau về các loại kết nối, giao diện hoặc giao thức. Ví dụ: Cổng Internet tại nhà của bạn kết nối Mạng cục bộ (LAN) với Nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) của bạn. Cổng này liên kết mạng LAN của ISP thông qua các công nghệ như PPP hoặc HDLC với mạng LAN với TCP / IP.

IoT Gatway tuân theo cùng một nguyên tắc kết nối thông tin liên lạc cho các công nghệ khác nhau. Nó tạo ra một cầu nối giữa các cảm biến/thiết bị truyền động IoT và Internet. IoT Gateway tổng hợp tất cả dữ liệu, dịch các giao thức cảm biến và xử lý dữ liệu trước khi gửi.

IoT Gateway tổng hợp tất cả dữ liệu, dịch các giao thức cảm biến và xử lý dữ liệu trước khi gửi

Các thiết bị IoT kết nối với IoT Gateway bằng các chế độ truyền không dây tầm ngắn như Bluetooth LE, Zigbee, Z-wave hoặc tầm xa như LTE, LTE-M, WiFi và sau đó kết nối chúng với Internet (Cloud công cộng) thông qua Ethernet LAN hoặc Mạng cáp quang (HDLC/PPP).

IoT Gateway hiểu các giao thức truyền mode và dữ liệu (MQTT, CoAP, AMQP, DDS, Websocket) và có thể dịch chúng sang các giao thức khác mà hệ thống dữ liệu cần.

Các tính năng chính của Cổng IoT

• Cầu nối truyền thông và giao tiếp M2M.
• Phục vụ như một bộ đệm dữ liệu, bộ đệm và thiết bị phát trực tuyến.
• Dịch vụ ngoại tuyến và kiểm soát thời gian thực của thiết bị.
• Tổng hợp dữ liệu.
• Tiền xử lý, làm sạch và lọc dữ liệu trước khi gửi đi.
• Thông minh bổ sung cho một số thiết bị IoT.
• Nó cung cấp bảo mật bổ sung.
• Cấu hình thiết bị và quản lý thay đổi.

IoT Gateway hoạt động như thế nào?

Hầu hết các thiết bị IoT trong các mạng hiện nay đều có khả năng tổng hợp dữ liệu. Ví dụ: các cảm biến trong lưu lượng xe có thể tổng hợp dữ liệu và gửi nó đến một dịch vụ phân tích AI trên đám mây. Nhưng để tiếp cận đám mây, các cảm biến trước tiên phải gửi tất cả dữ liệu thô này đến IoT Gateway.

IoT Gateway tuân theo quy trình đơn giản sau:

1-Tiền xử lý, làm sạch và lọc dữ liệu thô.

2-Dịch các giao thức để mã hóa và giao tiếp.

3-Gửi dữ liệu đến đích trên Internet hoặc Intranet.

Lợi ích của việc sử dụng IoT Gateway là gì?

Dữ liệu tiền xử lý ở cạnh để cải thiện thời gian phản hồi

IoT Gateway cung cấp các khả năng điều khiển bằng phần mềm tại mạng biên, được gọi là điện toán cạnh. Gateway sử dụng sức mạnh này ở rìa để đối phó với lượng dữ liệu khổng lồ mà các cảm biến IoT tạo ra. Nếu tất cả dữ liệu này phải được chuyển qua gateway (bao gồm cả dữ liệu rác và dữ liệu không cần thiết), độ trễ trong giao tiếp sẽ bị ảnh hưởng đáng kể. Để giảm quá tải dữ liệu này, một IoT Gateway sử dụng các khả năng tính toán cạnh để thu thập, phân tích và giải mã các khối lượng dữ liệu lớn này.

IoT Gateway có thể xử lý trước và lọc ra dữ liệu không cần thiết ở điểm cuối để có ít dữ liệu được chuyển tiếp.

Cung cấp bảo mật cho dữ liệu IoT bằng cách thêm một tuyến phòng thủ

Một đồ chơi thông minh IoT có tên My Friend Cayla đã bị cấm ở Đức vì nó được dán nhãn là một thiết bị gián điệp. Đồ chơi không có tiêu chuẩn bảo mật nào. Một người có thể hack nó, và lắng nghe toàn bộ cuộc trò chuyện xung quanh con búp bê, và thậm chí nói qua nó. Nhưng đây không phải là trường hợp duy nhất; Ngoài ra còn có máy điều nhiệt gia đình, xe tự lái, giám sát video và thậm chí toàn bộ các nhà máy thực phẩm bị hack.

IoT Gateway cung cấp tuyến phòng thủ đầu tiên. Nó làm giảm tiếp xúc với Internet và các phần bên ngoài khác. Tất cả các thiết bị IoT phải được kết nối với gateway để liên lạc, điều này làm cho nó trở thành mục tiêu đầu tiên của một cuộc tấn công. Không có một gateway ở giữa giao tiếp, toàn bộ hệ sinh thái IoT có nguy cơ bị tấn công.

Cải thiện hiệu quả năng lượng trên các thiết bị IoT

IoT đang làm cho việc lái xe trở nên an toàn, thông qua các cảm biến được triển khai trên đường, đèn giao thông và lối băng qua đường. Nhưng những cảm biến này cần phải tự chủ cao về mặt năng lượng. Họ cần kết nối tầm xa để gửi dữ liệu tới các cellular towers hoặc vệ tinh, tiêu thụ lượng điện năng lớn.

Các ứng dụng như ứng dụng này, thường thất bại vì cảm biến/bộ truyền động có thời lượng pin hạn chế. Trong các trường hợp khác, ngay cả các công nghệ sử dụng nhiều năng lượng như Bluetooth và WiFi cũng không được hỗ trợ bởi hầu hết các cảm biến IoT này. Nhưng một IoT Gateway gần đó được kết nối với lưới có thể đóng vai trò là cầu nối để rút ngắn các phạm vi tín hiệu đó và quản lý tất cả các giao tiếp cảm biến.

Với phương pháp này, các cảm biến chỉ cần một phạm vi tín hiệu khoảng cách ngắn, vì vậy chúng sử dụng radio công suất thấp và do đó tiết kiệm pin quý giá.

Dịch tất cả các loại kết nối IoT hỗn hợp thành một giao thức chuẩn duy nhất

Công việc của cảm biến IoT là thu thập dữ liệu từ môi trường bên ngoài và gửi nó đến một bộ phân tích (trong đám mây hoặc máy chủ). Trong một ứng dụng như lái xe an toàn trên mạng, dữ liệu được cảm nhận từ nhiều loại cảm biến, có thể là chuyển động, ánh sáng, máy quay video, v.v. Nhưng nội dung của dữ liệu không liên quan đến cơ chế truyền thông. Tất cả những gì một giao thức truyền thông cần làm là làm cho các thiết bị giao tiếp với nhau một cách hiệu quả và gửi dữ liệu của chúng đến một nền tảng phân tích trung tâm.

Nhưng nếu có 25 tỷ thiết bị IoT vào năm 2021, có khả năng sẽ có một hệ sinh thái rộng lớn về các giao thức, quy tắc và tiêu chuẩn truyền tải. Một IoT Gateway sẽ có thể hiểu nhiều giao thức này và dịch giao tiếp từ cảm biến sang đám mây.

IoT Gateway dịch tất cả các loại kết nối IoT hỗn hợp thành một giao thức chuẩn duy nhất

Các ứng dụng sử dụng IoT Gateway

Dưới đây là một số ví dụ về các tình huống sử dụng thực tế trong đó các IoT gateway có thể được sử dụng. Mỗi trường hợp đi kèm với một ví dụ về thiết bị IoT Gateway.

IoT Gateway có thể cung cấp liên lạc an toàn trong các lĩnh vực IT và OT công nghiệp

IoT có thể giúp ngành vận tải container bằng cách theo dõi mọi container và cải thiện an ninh của chúng. Thách thức là các container vận chuyển thường được đặt xung quanh khu vực ẩm ướt và nhiệt độ rộng. Một IoT gateway cho loại hình công nghiệp này cần được thiết kế để tiêu thụ điện năng thấp, hiệu suất xử lý cao, khả năng bảo mật và sẵn sàng cho các môi trường khắc nghiệt.

IoT Gateway để xử lý các thiết bị hình ảnh trong chăm sóc sức khỏe một cách an toàn

Các thiết bị hình ảnh IoT trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe có thể giúp các bác sĩ X quang điều chỉnh các yếu tố bên ngoài như cài đặt ánh sáng của phòng và kiểm soát phơi nhiễm bức xạ. Nhưng điều tuyệt vời hơn là bằng cách kết nối tia X với Internet, họ có thể sử dụng các dịch vụ ML và AI trên đám mây để phân tích hàng ngàn hình ảnh chất lượng cao. Cổng IoT có thể chuyển tiếp khối lượng lớn dữ liệu hình ảnh và cung cấp bảo mật mà y tế cần.

IoT Gateway in-vehicle cung cấp Mạng Vehicle Area (VAN)

Các phương tiện phản ứng khẩn cấp như xe cứu thương hoặc cảnh sát cần các thiết bị IoT như máy ảnh, radar, hệ thống bản đồ hoặc cảm biến để cải thiện công việc của nhân viên an toàn công cộng. Một gateway trong xe có thể cung cấp quyền truy cập an toàn và đáng tin cậy vào các thiết bị IoT này trong VAN tới các mạng bên ngoài.

Xe phản ứng khẩn cấp đang di chuyển liên tục, tốc độ cao, địa hình gồ ghề... vì vậy chúng cần được chế tạo thiết bị cho mục đích này. Các cổng trong xe này cần phải chắc chắn - từ chống sốc, chống thấm nước, chống bụi, chống nhiệt độ và chống ẩm. Các thiết bị này cũng cần vùng phủ sóng được cải thiện với các công nghệ như LTE.

Kết luận

Trong một thế giới không có gateway, các thiết bị không thể giao tiếp với Internet hoặc các mạng bên ngoài. IoT Gateway là một yếu tố chính trong hệ sinh thái IoT. Nó là cầu nối của truyền thông, nó kết nối các cảm biến Zigbee với Internet, các thiết bị Bluetooth với ứng dụng cloud gốc và hơn thế nữa. IoT Gateway giúp giảm độ trễ và cải thiện công suất ở Edge bằng cách xử lý thông tin thô trước. IoT Gateway cũng cung cấp thêm một dòng bảo mật trong các môi trường dễ bị tấn công này.