Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị Cloud IoT đa năng ứng dụng trong công nghiệp
Internet vạn vật (IoT - Internet of Things) là mạng lưới thiết bị kết nối với nhau bằng internet. Các thiết bị này có thể đại diện cho mọi vật thể có trong thực tế như thiết bị sản xuất, phương tiện xe cộ, con người, động vật, đến các chi tiết nhỏ như khoá cửa, công tắc điện… Hiện nay, IoT đang là cơ sở để xây dựng Thành phố thông minh (Smart City), Lưới điện thông minh (Smart Grid), Tòa nhà thông minh (Smart Building), Ngôi nhà thông minh (Smart Home), Trang trại thông minh (Smart Farm)…
Theo báo cáo của giám đốc Bill Morelli ở tổ chức IHS Markit Ltd. đến năm 2019, IoT đem lại 40,6 tỉ USD từ các sản phẩm thiết bị kết nối vào hạ tầng Internet nhờ các ứng dụng. Đến năm 2025 thì tổng doanh số của các sản phẩm và giải pháp trong lĩnh vực IoT sẽ đạt được 11.110 tỉ USD. Như vậy, với ước tính sẽ có hơn 26 tỷ đối tượng kết nối IoT vào năm 2020 (theo Gartner), có thể phân loại các ứng dụng theo 9 miền trải khắp các lĩnh vực sản xuất - kinh tế - xã hội. Thị trường phân đoạn IoT có thể bao gồm bất kì, từ các công tắc IoT, các hệ thống chiếu sáng thông minh, cho đến các hệ thống cao cấp hơn mà đòi hỏi lý thuyết điều khiển chuyên biệt, nội dung đồ họa phong phú và nhiều tính năng hơn. Sự tăng trưởng chính trong IoT là thiết bị, linh kiện điện tử... được kết hợp sử dụng trong an ninh thương mại, điều khiển trung tâm, router hoặc điện thoại di động.
Tuy nhiên sự phát triển các hệ thống IoT đi kèm với những thách thức thiết kế khác nhau cần đổi mới trong các thiết bị, linh kiện bán dẫn IoT. Để mang lại hiệu quả hơn trong mảng thị trường này, điều quan trọng là phải hiểu hệ thống kiến trúc, điều kiện môi trường, nhu cầu kết nối và chức năng tổng thể cần cho ứng dụng hiệu quả.
Cuộc Cách mạng Công nghệ 4.0 (CMCN 4.0) hiện nay được xây dựng và phát triển trên nền tảng số hoá của CMCN 3.0 và ra đời thực tế ảo, các đối tượng thông minh và sự gắn kết giữa không gian thực và không gian số. CMCN 4.0 không chỉ là sự phát triển tiếp nối các thành tựu KH&CN của nhân loại, mà nó có tính cách mạng, có thể làm biến đổi sâu sắc toàn bộ hệ thống quản lý của một quốc gia, của thế giới, làm đảo lộn các phương thức truyền thống trong giao tiếp, mua bán, sinh hoạt…
Các thành tố cơ bản của CMCN 4.0 bao gồm Internet kết nối vạn vật IoT (Internet of Things); Điện toán đám mây (Cloud Computing); Trí tuệ nhân tạo AI (Artificial Intelligence); Máy in 3D (Printer 3D); Năng lượng tái tạo và Công nghệ sinh học. Trong Nội dung này, Đề tài thực hiện nghiên cứu tổng quan, tập trung vào khảo sát, phân tích, đánh giá các hệ thống IoT để đề xuất cấu hình và các yêu cầu cho hệ thống ứng dụng trong công nghiệp.
Xuất phát từ thực tiễn, Cơ quan chủ trì Phân Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa tại Tp. HCM cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài TS. Trần Viết Thắng thực hiện “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị Cloud IoT đa năng ứng dụng trong công nghiệp” với mục tiêu nghiên cứu thiết kế, chế tạo một cụm IoT Cloud gồm Gateway và các node để ứng dụng thực tế.
Hiện nay, các giao thức bảo mật thường được tích hợp trên các trình duyệt web như Chrome, Firefox... hoặc trên các hệ điều hành cài đặt sẵn trên smart phone. Tuy nhiên mức độ bảo mật của chúng là thấp. Các thiết bị kết nối mạng nói chung đều được cài đặt Firmware. Tuy nhiên, chúng thường được phát hiện các lỗ hổng để bị xâm nhập.
Một số cách thức phổ biến mà tin tặc (hacker/hacker) thường sử dụng để xâm nhập hệ thống kết nối Internet như sau: Tấn công theo cách quét các cổng I / O vật lý; Tấn công qua cập nhật chương trình cơ sở; Tấn công qua giao diện JTAG; Tấn công gián tiếp (tấn công kênh bên).
Hai giải pháp chính để bảo mật thông tin ở cấp độ 3 là: 1) Sử dụng giải pháp bảo mật phổ biến là mã hoá thông tin trước khi truyền đi và giải mã thông tin sau khi nhận dữ liệu. 2) Cài đặt Firmware có cấp độ bảo mật cao cho các thiết bị kết nối mạng.
Đề tài sử dụng phần mềm lập trình và mô phỏng trên Octave MATLAB. Octave MATLAB cung cấp các khả năng cho giải pháp số của các bài toán tuyến tính và phi tuyến, cũng như để thực hiện các thí nghiệm số khác. Nó cũng cung cấp khả năng đồ họa mở rộng để trực quan hóa và thao tác dữ liệu. GNU Octave thường được sử dụng thông qua giao diện tương tác của nó (GUI), nhưng nó cũng có thể được sử dụng để viết các chương trình không tương tác và người dùng không phải cài đặt trước trên máy tính. Ngôn ngữ GNU Octave phần lớn tương thích với MATLAB để hầu hết các chương trình có thể dễ dàng chỉnh sửa, lưu trữ. Ngoài ra, các chức năng đã biết từ thư viện và từ 100 lệnh gọi (Command line) và chức năng hệ thống UNIX tiêu chuẩn được hỗ trợ. 100/100++ và mã Fortran có thể được gọi từ Octave bằng cách tạo tệp hoặc sử dụng tệp Hex tương thích MATLAB.
Nhóm thực hiện đề tài đã khảo sát một số chức năng cơ bản và có sử dụng một số cảm biến để thực nghiệm các chức năng của mạch đảm nhiệm vai trò Gateway và IoT node.
Đề tài đã hoàn thành 5 nội dung nghiên cứu chính, trong đó đã nghiên cứu khảo sát các cấu hính IoT Cloud trên thế giới, các giải pháp thiết kế cho sản phẩm đăng ký, giải pháp bảo mật và thực thi bảo mật trên IoT cloud được thiết kế, vỏ hộp cho sản phẩm in 3D.
Đề tài đã lựa chọn giải pháp thiết kế IoT Cloud và Node cảm biến đa chức năng trên cơ sở vi điều khiển STM32.
Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18449/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
https://vista.gov.vn/
