Working Smarter by IoT & Digital Transformation

Kiến trúc tham khảo Intel IoT Platform (The Intel® IoT Platform Reference Architecture)

0 215

Khi Internet vạn vật (IoT) đạt được đà tăng trưởng mạnh, sẽ có nhiều nhà cung cấp tham gia cuộc chơi này : các nhà cung cấp chip, các nhà cung cấp thiết bị gateway, các đơn vị tích hợp, các đơn vị phát triển phần mềm, bảo mật thông tin…, Sự đa dạng khiến chúng ta cần có 1 kiến trúc tham khảo chung để các nhà cung cấp, các nhà phát triển có thể dựa theo Platform đó để tạo ra những ứng dụng, sản phẩm và dịch vụ mang lại trải nghiệm cho người dùng cuối và tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp. Để giúp thỏa mãn nhu cầu này, Intel đã xác định và phát hành Platform Intel® IoT, bao gồm các kiến trúc tham khảo và danh mục sản phẩm từ Intel và hệ sinh thái.

Để hướng dẫn phát triển và triển khai các giải pháp IoT, Intel đã xác định các kiến trúc tham chiếu cho IoT, giải quyết các yêu cầu cho bảo mật dữ liệu và thiết bị, phát hiện thiết bị, cung cấp và quản lý, chuẩn hóa dữ liệu, phân tích và dịch vụ. Platform này là Platform chung cho các ứng dụng : Smart Factory, Smart Retail, Smart Supply Chain,… Mỗi nhà phát triển sẽ dựa theo Platform kiến trúc này để phát triển các hệ thống phù hợp theo ngành dọc của riêng mình.

Tổng quan về kiến trúc Intel IoT Platform phiên bản 2.0

Các kiến trúc tham chiếu này được thiết kế cho hai case study khác nhau: một để kết nối cơ sở hạ tầng kế thừa, đột phá Kết nối những thứ không kết nối, và một cơ sở hạ tầng tham khảo chung. Bài viết này thảo luận về cả kiến trúc tham khảo và các sản phẩm liên quan từ Intel giúp cho bạn đọc có thể hình dung được mình nên bắt đầu từ đâu.

Quảng cáo

Đến năm 2020, dự kiến sẽ có hơn 50 tỷ thiết bị được kết nối với cloud trong cái thường được gọi là Internet vạn vật (IoT). Trước khi điều này có thể trở thành hiện thực, các nhà cung cấp giải pháp phải nhận ra và giải quyết sự phức tạp của các giải pháp IoT để đảm bảo triển khai IoT an toàn, có thể mở rộng và có thể tương tác. Dọc theo những dòng này, Intel, làm việc với các đối tác hệ sinh thái của mình, đã xác định một đặc tả kiến trúc hệ thống (SAS) để kết nối gần như mọi loại thiết bị với cloud , cho dù nó có kết nối Internet nguyên gốc hay không, như hình dưới đây :

Hình 1 : End-to-End IoT Solution

Intel SAS phiên bản 2.0 chỉ định cách tích hợp nhiều thứ thông minh và kết nối khác nhau, từ chạy bằng pin cho đến các thiết bị hoạt động tải cực cao được chế tạo ngày nay với trí thông minh và kết nối đã được tích hợp. Trong một số cấu hình này, gateway IoT là không cần thiết.

Tuy nhiên, các thiết bị thông minh này có thể thiếu tính bảo mật, khả năng quản lý hoặc khả năng tích hợp cần thiết để kiểm soát dữ liệu theo thời gian thực, khép kín của dữ liệu được chia sẻ giữa những thứ thông minh và cloud . Phiên bản Intel IoT SAS 2.0 mô tả các phương pháp để khắc phục những vấn đề của phiên bản 1.0 : chỉ đơn giản là kết nối mọi thứ vào cloud bằng gateway.

Phiên bản 2.0 là một kiến ​​trúc tham khảo trong tương lai, Vì Nó tạo điều kiện cho sự hội tụ của công nghệ vận hành (OT) và công nghệ thông tin (CNTT) cho các hệ thống vật lý không gian mạng liền mạch sử dụng Universal Smart Object (USO), tương thích IPSO-Alliance.org. Một bản đồ toàn cầu cung cấp tài nguyên IoT với loại thành viên USO và loại có ID duy nhất toàn cầu (GUID) và có thể được đăng ký và khám phá với Nhà thầu hợp đồng Intel (iCB), tương thích với Thư mục tài nguyên CoRE từ IETF.org.

Thông số kỹ thuật được chứng minh trong tương lai thông qua việc sử dụng các mặt phẳng và luồng mô-đun để tái sử dụng trên các container ứng dụng, máy ảo (VM) và ảo hóa các chức năng mạng (NFV) do ETSI.org phát triển.

Tương như vậy, tuổi thọ của giải pháp được kéo dài với sự hỗ trợ cho mạng được xác định bằng phần mềm (SDN) theo Tổ chức mạng mở (ONF) và các kiến ​​trúc tham chiếu khác giúp quản lý các mạng lớn dễ dàng hơn tài nguyên phần cứng và phần mềm khác nhau.

Quản lý hệ thống IoT : SDN và Edge Computing

Quảng cáo

Giá trị của IoT và những thách thức khi triển khai IoT

Các công ty và tổ chức đã thu thập và lưu trữ dữ liệu trong nhiều năm, nhưng giờ đây các công nghệ phân tích dữ liệu mới cho phép sử dụng dữ liệu này hiệu quả hơn bằng cách chuyển đổi nó thành thông tin có thể tăng thông lượng hệ thống, cải thiện hiệu quả, giảm downtime và nâng cao trải nghiệm của khách hàng. Khi dữ liệu này được phân tích chi tiết bằng các công cụ tiên tiến có sẵn trên thị trường, có thể tìm thấy các mẫu và trích xuất ý nghĩa cuối cùng dẫn đến việc ra quyết định thông minh hơn.
IoT sẽ cung cấp cơ sở hạ tầng cần thiết để đạt được điều này bằng cách giúp thu thập, phân tích và hành động trên dữ liệu được tạo bởi một loạt các thiết bị đầu cuối dễ dàng hơn. Điều này được thực hiện bằng cách cung cấp kết nối dữ liệu và thiết bị, bảo mật, khả năng tương tác và khả năng phân tích cho phép năng suất cao hơn.

Những thách thức khi triển khai IoT

Trước những lợi ích đầy đủ của IoT có thể nhận ra, ngành công nghiệp phải giải quyết một số thách thức đối với khách hàng cuối cùng và nhà cung cấp giải pháp:

  • Bảo mật dữ liệu và quyền riêng tư phải luôn luôn có và trên toàn mạng và cloud để Security các thiết bị và  Thông tin riêng tư khi dữ liệu truyền từ mọi thứ sang cloud .
  • Phân mảnh nhà cung cấp giải pháp trong nhiều phân khúc thị trường dọc đã dẫn đến các giải pháp được xây dựng theo mục đích theo chiều dọc, ức chế khả năng tương tác, do đó cản trở luồng dữ liệu trên các vertical domain.
  • Khó khăn trong việc tích hợp cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin (CNTT) và công nghệ vận hành (OT) là quan trọng để nắm bắt tất cả dữ liệu và phân tích tất cả các thông tin theo ngữ cảnh trong công ty hoặc tổ chức trong thời gian thực.
  • Khái niệm kết nối thiết bị phổ biến với Internet vẫn còn ở giai đoạn đầu, với 85% thiết bị chưa được kết nối.
  • Phản biện về đầu tư ROI cho IoT : cách sử dụng dữ liệu không được sử dụng đúng mức, dẫn đến các tính toán ROI không giải thích được toàn bộ tiềm năng của IoT (ví dụ: tiết kiệm chi phí CNTT và OT, tạo doanh thu mới và liền kề).
  • Khả năng tương tác và các tiêu chuẩn không có sẵn hoặc bị phân mảnh trên toàn cầu, điều này làm chậm quá trình ra quyết định và áp dụng IoT.

Và Intel SAS này được phát triển để giải quyết những thách thức này và khi làm như vậy, sẽ giúp thúc đẩy sự phát triển của IoT.

Kiến trúc tham khảo IoT của Intel

Kiến trúc phân lớp Intel IoT
Kiến trúc phân lớp Intel IoT

Cộng đồng nhà phát triển có thể sử dụng kiến trúc tham chiếu Intel IoT để mang lại sự thông minh cho mọi thứ bằng cách cho phép phân tích cạnh (edge), tuân thủ các tiêu chuẩn hàng đầu và kiểm soát cloud kết nối trực tiếp. Kiến trúc như trong Hình 2, được xếp lớp, trong đó các khối màu trắng là các lớp người dùng, các khối màu xanh đậm là các lớp thời gian chạy chính và lớp màu xanh nhạt dành cho các nhà phát triển.

Lớp nghiệp vụ sử dụng lớp ứng dụng để truy cập các lớp khác trong giải pháp. Lớp bảo mật dọc ở phía bên phải của Hình 2. Kiến trúc cũng bao gồm 1 security layer để Security tất cả các lớp, điều này rất quan trọng để đáp ứng nguyên lý bảo mật đẳng cấp thế giới đã đề cập trước đây.  Phần sau đây mô tả luồng dữ liệu qua khung kiến trúc phân lớp này và các phần tiếp theo bao gồm tất cả các lớp kiến trúc chi tiết hơn.

Data Flow – Dòng dữ liệu

Hình 3 dưới đây mô tả một luồng dữ liệu công nghiệp điển hình thông qua kiến ​​trúc tham chiếu Intel của IoT để minh họa cách các thiết bị kết nối vào Internet nguyên gốc có thể được điều khiển thông qua cloud .

1. Thiết bị cảm biến điểm cuối chuyển đổi tín hiệu analog sang kỹ thuật số bằng bộ chuyển đổi analog sang số (ADC).

2. Các gateway thu thập dữ liệu từ các cảm biến điểm cuối hoặc (2 hình trong hình), nhiều thiết bị cảm biến có thể kết nối trực tiếp với Data Center qua Internet.

3. Các gateway chuẩn bị, giảm và tổng hợp dữ liệu. gateway thông tin cũng có thể bao gồm, asanexample, awebserver, chuyển tiếp dữ liệu lên cloud thông qua HTTPS Post đến Internetwork bằng giao thức MQTT.

4.  Data Center có thể bao gồm Edge Computer hoặc Cloud Data Center, được cấu hình cho độ trễ thấp để cung cấp phản hồi trong thời gian thực cho các gateway thông qua HTTPS Nhận / Gửi. Fog Computer có thể phản ứng thay thế trực tiếp với các thiết bị cảm biến điểm cuối. Fog là khu vực gần cloud và edge (gần 4 trong hình), được điều chỉnh cho độ trễ thấp với truy vấn và phân tích gần thời gian thực cho giá trị tại chỗ, không giống như cloud trung tâm được điều chỉnh cho băng thông cao và chế độ hàng loạt, cuối cùng cung cấp thông tin chi tiết sâu cho các hoạt động thời gian thực, từ đầu đến cuối, thời gian thực.

Các công nghệ kết nối phổ biến bao gồm : 3G,4G,5G, Wifi, Bluetooth, ZigBee, RFID, LoraWAN,… được thể hiện tại block 4′.

Hình 3: Data Flow in Intel IoT Platform

5. The gateways forward responses (lệnh điều khiển) đến các thiết bị truyền động / cảm biến điểm cuối.

6. Các thiết bị cảm biến điểm cuối chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số sang tín hiệu analog bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang analog (DAC).

7. Thiết bị truyền động và động cơ đáp ứng với đầu vào analog mới.

8. Data Center vận chuyển và nhập dữ liệu cảm biến để quản lý và bảo mật thiết bị.

9. Data Center chuyển tiếp dữ liệu khác cho các hoạt động thời gian chạy.

10. Data Center cũng chuyển tiếp dữ liệu đến các ứng dụng phân tích dữ liệu.

11. Các ứng dụng phân tích dữ liệu đánh giá dữ liệu lớn và tạo các báo cáo phân tích và hoạt động.

End-To-End Software

Các thành phần Software chính và các giao diện trong kiến trúc tham chiếu Intel IoT để kết nối các thiết bị không có kết nối Internet  được hiển thị trong Hình 4. Các thành phần được nhóm theo từng chức năng cụ thể và cloud. Các thành phần tại chỗ được đặt trên các thiết bị đầu cuối và gateway, như được mô tả trong 2 bảng : bảng 1 do các hạ tầng On premise chịu trách nhiệm và bảng 2 do Cloud Computing chịu trách nhiệm.

Chi tiết các Component sẽ không đựợc thảo luận chi tiết tại đây. Bạn có thể tra khảo các thông tin này trên Internet.

Software Component Intel IoT
Bảng 1 – Chức năng của On premise Software
Bảng 2: chức năng của Cloud Software

Lớp kết nối

Để hỗ trợ cho nguyên lý IoT của việc nhập dữ liệu liền mạch và kiểm soát thiết bị, kiến trúc tham chiếu Intel IoT của Intel thực hiện các hệ thống điều khiển vòng lặp và chuẩn hóa giao thức rộng. Một khía cạnh quan trọng là cho phép giao tiếp dữ liệu đa giao thức giữa các thiết bị ở rìa cũng như giữa các thiết bị / gateway, mạng và trung tâm dữ liệu. Hình 5 dưới mô tả ba loại mạng liên quan đến quá trình này.

Cũng tại lớp này chúng ta sẽ tìm thấy các chức năng chính :

  • Quản lý mạng nội bộ LAN
  • Quản lý khoảng cách , định vị
  • Quản lý mạng diện rộng WAN

Lớp Data và Analytics

Lớp dữ liệu đóng vai trò chính trong nguyên lý IoT trong việc cung cấp giá trị của data đến khách hàng thông qua những hiểu biết có giá trị được tạo ra bởi các phân tích dữ liệu và các hệ thống kiểm soát điều khiển-thu thập vòng kín được cải tiến (Điều này giống như hệ thống SCADA cũ trước đây, tuy nhiên với mức phân tích dữ liệu cao cấp hơn, hiểu rõ về dữ liệu hơn).

Kiến trúc tham chiếu Intel IoT giải quyết nhu cầu này bằng cách cho phép phân tích được phân phối trên cloud , gateway và thiết bị điểm cuối thông minh (ví dụ: thiết bị đeo wearable), như trong Hình 6 dưới đây.

Tương tự, điều khiển có thể được phân phối trên cloud và thiết bị đầu cuối. Việc Phân phối và kiểm soát phân phối cung cấp tính linh hoạt để tối ưu hóa các ứng dụng quan trọng về thời gian thực hoặc tính toán theo thời gian thực.

IoT Data Analytics Layer

Lớp quản lý

Lớp quản lý rất quan trọng để hiện thực hóa nguyên lý IoT của khám phá tự động và cung cấp các thiết bị đầu cuối. Kiến trúc tham chiếu Intel IoT cung cấp các chức năng quản lý thông qua sản phẩm Device Cloud, có phạm vi
được hiển thị trong Hình 7. Các thiết bị được quản lý nằm ở phía bên trái và Platform cloud ở phía bên phải. Mỗi thiết bị được quản lý có một tác nhân quản lý thực thi việc quản lý trong thiết bị của mình và giao tiếp với Platform cloud qua tin nhắn (Có thể là MQTT, hoặc HTTP). Nhà điều hành quản lý các thiết bị đầu cuối thông qua giao diện người dùng dựa trên web.


Device Cloud là một hệ thống để quản lý số lượng thiết bị đầu cuối được kết nối từ nhỏ đến rất lớn (có thể đến vài triệu Endpoint). Các chức năng chính của nó là kết nối an toàn các thiết bị với cloud , cập nhật phần mềm thiết bị và giám sát các thiết bị. Device Cloud có thể kết nối với các gateway để quản lý các thiết bị chưa được kết nối.

Các tập lệnh có thể được sử dụng để viết các ứng dụng sử dụng Platform cloud . Một tùy chọn khác là viết các ứng dụng ở một nơi khác, sử dụng API REST để tận dụng các chức năng của Platform.

Device Cloud có chức năng quản lý thiết bị chính sau:
• Khám phá, đăng ký và cung cấp thiết bị mới
• Cập nhật ứng dụng và hệ điều hành
• Quản lý luồng dữ liệu từ các thiết bị (nghĩa là chính sách đích và lưu trữ)
• Tải lên hoặc truyền dữ liệu qua giao diện máy khách ActiveMQ
• Dừng / khởi động lại thiết bị đã chọn
• Xác định và quản lý các sự kiện, báo động và thông báo
• Sử dụng quy tắc phía cloud để bắt đầu hành động
• Mở rộng khả năng Platform bằng cách sử dụng tập lệnh
• Quản lý thiết bị trực tiếp thông qua shell lệnh của nó
• Quản lý tổ chức, người dùng và quyền truy cập
• Tải lên và tải xuống các tập tin đến / từ một thiết bị

Để minh hoạ chức năng device management chúng ta hãy xem hình dưới đây (nguồn: Thingsboard IoT)

Kết quả hình ảnh cho device management IoT thingsboard

Lớp điều khiển

Kiến trúc tham chiếu Intel IoT cung cấp hướng dẫn sớm để tách lớp quản lý thành mặt phẳng quản lý và mặt phẳng điều khiển, với các đối tượng chính sách và điều khiển và API. Lớp điều khiển có thể di chuyển khỏi thiết bị và ngoài cơ sở cho điều khiển từ xa hoặc cloud , một yêu cầu chính của lập trình điều khiển tập trung được xác định bằng phần mềm (SDN).

Software Defined IoT và những lợi ích của SDN khi triển khai hệ thống IoT

Lớp bảo mật

Phần cứng và phần mềm mạnh mẽ-Security cấp độ là rất cần thiết để đảm bảo an ninh đẳng cấp thế giới, trong đó là một nguyên lý IoT nền tảng. Security giống như một quá trình hơn là một sản phẩm vì nó phụ thuộc vào việc đánh giá mô hình mối đe dọa đối với các case study cụ thể và giải quyết từng mối đe dọa có thể. Một cách tiếp cận bảo mật lớp rất được khuyến khích vì nó thiết lập nhiều cơ chế Security chống lại tin tặc.

Kiến ​​trúc tham chiếu Bảo mật trong Intel IoT trải rộng các thiết bị đầu cuối, mạng và cloud , do đó cung cấp bảo vệ đầu cuối được McAfee, một công ty bảo mật hàng đầu thế giới, Intel cung cấp danh mục sản phẩm phần mềm bảo mật toàn diện để giúp các nhà phát triển cung cấp các giải pháp có thể tương tác và có thể mở rộng, trải rộng mọi cấp độ của IoT.

Intel Building Block

Intel, McAfee và Wind River đã phát triển các sản phẩm đóng vai trò là các khối xây dựng IoT mà các nhà phát triển có thể sử dụng để thiết kế các giải pháp IoT đầu cuối dựa trên kiến trúc tham khảo IntelT IoT. Các sản phẩm, được hiển thị trong Hình dưới, được phủ lên trong Hình 3.

Hình 9 : Intel Building Block

Kết luận

Bài viết trên, SmartFactory đã chia sẽ những thành phần cơ bản nhất của kiến trúc IoT Platform do Intel đề xuất, Các nhà phát triển có thể dựa trên nền tảng này để phát triển các giải pháp ngành dọc của riêng mình: bán lẻ, chuỗi cung ứng, nhà máy thông minh,… và tích hợp các giải pháp khác nhau để có thể tạo ra 1 giải pháp tổng thể End-To-End cho doanh nghiệp.

Bạn đọc quan tâm đến bản gốc của bài viết, xin LH admin để được chia sẻ thêm nhé.

Đăng ký để nhận ebook
Đăng ký để nhận ebook "Những điều cơ bản cần biết về Smart Factory và công nghệ IoT" từ chúng tôi.
Đăng ký để được nhận ebook "Những điều cơ bản cần biết về Smart Factory và công nghệ IoT".

Để lại bình luận

Địa chỉ email của bạn sẽ không được công bố.