Khi nói đến Internet of Things (IoT), mở rộng IoT và tác động của nó đối với gia đình và doanh nghiệp của chúng ta, không phải vô lý khi nói rằng đây là một trong những hiện tượng mang tính cách mạng nhất trong những năm gần đây. 

Với rất nhiều ví dụ về IoT trong thế giới thực các bối cảnh như sản xuất, chăm sóc sức khoẻ và giáo dục, chắc chắn rằng số lượng các thiết bị và người dùng được kết nối IoT sẽ chỉ phát triển trong những năm tới. Tuy nhiên, để đáp ứng làn sóng các thiết bị này vào thế giới của chúng ta, các công ty không thể chỉ tập trung vào quy mô thị trường hiện tại mà cần phát triển một nền tảng dài hạn, có khả năng mở rộng. 

Tuy nhiên, với những thách thức IoT ngày càng tăng, không phải doanh nghiệp nào cũng có thể xử lý khả năng mở rộng. Đó là lý do tại sao trong bài viết này, Asiasoft sẽ thực hiện tìm hiểu một số thách thức và giải pháp phổ biến về khả năng mở rộng IoT.

1. Khả năng mở rộng IoT có nghĩa là gì?

Khả năng mở rộng IoT là khả năng nhanh chóng và mạnh mẽ để chuyển từ việc thử nghiệm nguyên mẫu sang việc sản xuất hàng loạt một cách hiệu quả và liền mạch. Trong khi nhiều người thường liên kết khả năng mở rộng với các doanh nghiệp thương mại điện tử trên đám mây, trong lĩnh vực IoT, điều này ám chỉ khả năng mở rộng cả về phần mềm và phần cứng.

Trong ngữ cảnh IoT, khả năng mở rộng phần mềm là quan trọng để xử lý lượng lớn dữ liệu từ các thiết bị. Tính linh hoạt của phần mềm đảm bảo rằng hệ thống có thể mở rộng linh hoạt theo quy mô dữ liệu và yêu cầu người dùng.

Tuy nhiên, với IoT bao gồm cả phần cứng, khả năng mở rộng cũng áp dụng cho việc sản xuất và triển khai các thiết bị trên quy mô toàn cầu. Điều này đòi hỏi sự linh hoạt trong việc lặp lại và mở rộng thiết kế phần cứng, triển khai chúng trên các mạng di động khác nhau và tuân thủ các yêu cầu chứng nhận quốc tế.

Quá trình này thường đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc tương tác với nhiều bên liên quan như nhà cung cấp dịch vụ, nhà sản xuất phần cứng và các đối tác mạng di động. Việc mở rộng sang các khu vực địa lý mới yêu cầu tìm kiếm và tích hợp các nhà cung cấp dịch vụ mới, cũng như đáp ứng các yêu cầu chứng nhận đặc biệt của từng khu vực, điều này đòi hỏi sự đầu tư lớn về thời gian và nguồn lực.

2. Tại sao khả năng mở rộng lại quan trọng trong IoT?

Trong lĩnh vực Internet of Things (IoT), khả năng mở rộng quy mô đóng vai trò quan trọng như một yếu tố then chốt, đặc biệt trong việc ngăn chặn sự thất bại của dự án. Theo một báo cáo của Cisco vào năm 2017, tỷ lệ thất bại của các dự án IoT có thể lên tới 75%, làm nổi bật những thách thức đáng kể liên quan đến phát triển và triển khai các dự án IoT.

Dự án IoT đối mặt với sự phức tạp của nhiều công nghệ khác nhau, và rất ít công ty có đủ kiến thức chuyên môn về cả phần cứng, phần mềm và kết nối. Ví dụ, có các công ty sở hữu nền tảng phần cứng vững chắc có khả năng tích hợp các yếu tố cơ khí và điện tử, nhưng thiếu kiến thức về trải nghiệm người dùng được kết nối. Ngược lại, một số công ty chuyên về phát triển phần mềm và web nhưng lại không hiểu đầy đủ về sự phức tạp của việc quản lý thiết bị IoT hoặc khả năng kết nối.

Sự thiếu hụt chuyên môn ở cả hai hướng này làm cho khả năng mở rộng trở nên phức tạp và tăng nguy cơ thất bại của dự án. Do đó, việc có khả năng mở rộng quy mô là quyết định chiến lược quan trọng, giúp đảm bảo tính linh hoạt và khả năng đáp ứng linh hoạt với các thách thức đa dạng mà một dự án IoT có thể phải đối mặt.

3. Những thách thức về khả năng mở rộng IoT phổ biến

Tránh thất bại trong lĩnh vực Internet of Things (IoT) đồng nghĩa với việc giảm thiểu rủi ro cho dự án của bạn. Đa số các dự án IoT thất bại do chỉ tập trung vào một nhóm nhỏ các trường hợp sử dụng hoặc liên quan đến những thách thức phức tạp khi mở rộng quy mô. Điều này có thể bao gồm các điều chỉnh cần thiết để triển khai sản phẩm ở các khu vực khác nhau hoặc những nỗ lực lớn để thí nghiệm thiết kế nguyên mẫu trước khi đưa vào sản xuất. Sự chậm trễ hoặc hạn chế trong quá trình sản xuất có thể dẫn đến mất mát khách hàng và tình hình cạnh tranh trên thị trường.

Độ tin cậy và khả năng mở rộng là hai khía cạnh liên quan chặt chẽ trong lĩnh vực này. Trước khi triển khai, quan trọng là đảm bảo bạn có đủ thiết bị và khả năng kết nối để thực hiện đúng những cam kết đã đưa ra với khách hàng. Điều này đặt ra những thách thức cụ thể, và để tránh thất bại, việc vượt qua những thách thức này đòi hỏi sự chuẩn bị cẩn thận và quản lý hiệu quả của quy trình triển khai.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số thách thức phổ biến đối với khả năng mở rộng IoT:

3.1. Bảo mật các thiết bị IoT của bạn

Khi triển khai một sản phẩm IoT trên quy mô lớn, điều này đồng nghĩa với việc có nhiều thiết bị hoạt động hơn và mở rộng số lượng thiết bị kết nối, tăng nguy cơ mối đe dọa bảo mật. Mỗi thiết bị mới tăng thêm một điểm tấn công và mở rộng quy mô mang lại nguy cơ truy cập mạng của nhiều người hơn.

Botnet, trong trường hợp này, đặt ra mối đe dọa lớn đối với an ninh bảo mật của thiết bị IoT. Bất kỳ lỗ hổng nào có thể được khai thác, botnet có thể thực hiện cuộc tấn công từ chối dịch vụ phân tán, khiến hệ thống bị quá tải bằng cách gửi hàng loạt tin nhắn và yêu cầu, đặt ra nguy cơ tắt hệ thống. Một cuộc tấn công DDoS có thể gây nguy hiểm lớn đối với dự án cụ thể hoặc thậm chí là toàn bộ doanh nghiệp.

Bảo mật thiết bị IoT và mạng khi mở rộng quy mô sản xuất và triển khai đối mặt với thách thức lớn, đặc biệt là đối với các doanh nghiệp nhỏ không có đội ngũ chuyên gia an ninh mạng nội bộ để hỗ trợ. Điều này đòi hỏi các biện pháp bảo mật mạnh mẽ và sự tập trung đặc biệt vào quản lý rủi ro để đối mặt với các thách thức tiềm ẩn.

3.2. Quản lý thiết bị

Quản lý thiết bị IoT, đặc biệt là sau khi thiết bị đã được sản xuất và triển khai, là một trở ngại đầy thách thức khác. Hầu hết các thiết bị điện tử đều được bán và vận chuyển với phần mềm cơ sở mới nhất. Tuy nhiên, điều cần thiết là phải có cách phát hành và tải các bản cập nhật, bao gồm cả các bản vá bảo mật, khi bạn phát hiện ra các lỗ hổng mới và phát triển các tính năng mới.

Các thiết bị được kết nối cần dịch vụ qua mạng đáng tin cậy để cung cấp các bản cập nhật định kỳ khi chúng được triển khai, mang lại cho bạn khả năng đẩy các bản cập nhật đó một cách nhanh chóng mà không cần sự giám sát của con người ở phía thiết bị.

Việc tích hợp kiến ​​trúc phần cứng với các nhà cung cấp kết nối và đám mây là một thách thức khác vốn có trong việc quản lý thiết bị. Đây có thể là một quá trình phức tạp và đầy thử thách khi các công ty cố gắng tự tích hợp phần cứng, phần mềm và khả năng kết nối. Một cách để tránh vấn đề đau đầu này là chọn một nhà cung cấp duy nhất có thể xử lý cả ba lĩnh vực.

3.3. Đảm bảo vùng phủ sóng di động

Việc đảm bảo vùng phủ sóng di động cho việc triển khai IoT cũng có thể gặp khó khăn, đặc biệt là khi bạn đang triển khai các thiết bị trên các khu vực địa lý rộng lớn.

Kết nối di động là một mảnh ghép thiết yếu để triển khai thành công vì sự gián đoạn có thể đồng nghĩa với việc mất dữ liệu quan trọng. Để quản lý việc triển khai IoT di động trên quy mô lớn, các công ty phải đưa ra một loạt quyết định chiến lược về:

• Nhà sản xuất và chương trình cơ sở (bao gồm cả việc sử dụng SIM truyền thống hay eSIM cho phép cập nhật OTA)
• Ngăn xếp mạng vi điều khiển
• Nhà cung cấp SIM nhà khai thác mạng di động
• MNO đối tác chuyển vùng
• Công nghệ truy cập vô tuyến (2G, 3G, LTE và các loại di động LPWAN khác nhau như Cat 1, M1, NB-IoT)
• Chứng nhận khu vực
• Các giao thức và tiêu chuẩn IoT
• Nhà cung cấp Internet

Ngoài ra còn có câu hỏi về việc quyết định giữa di động và WiFi cho dự án IoT của bạn. Sự lựa chọn phụ thuộc phần lớn vào trường hợp sử dụng, nhưng không phải lúc nào cũng rõ ràng cái nào là tốt nhất cho việc triển khai cụ thể của bạn.

Tìm một đối tác có thể quản lý ít nhất một số quyết định và đàm phán này có thể giúp đơn giản hóa một vấn đề phức tạp.

4. Các kỹ thuật hỗ trợ khả năng mở rộng liền mạch trong IoT

Các mạng và ứng dụng IoT cần phải có khả năng xử lý sự gia tăng về tính năng và người dùng, đặc biệt là số lượng thiết bị. Hầu hết các dự án IoT đều bắt đầu với mục tiêu dài hạn là cải thiện hiệu suất đồng thời mở rộng quy mô. Một số kỹ thuật sau đây có thể giúp các dự án như vậy đạt được khả năng mở rộng lâu dài và thiết thực và hiệu quả:

4.1. Khởi động tự động

Tất cả các thiết bị IoT trên cùng một mạng có thể giao tiếp với nhau, điều này gây ra nhiều vấn đề bảo mật. Với sự gia tăng số lượng thiết bị, việc thực hiện các tác vụ như khởi động, cấu hình phần mềm, đăng ký và nâng cấp thiết bị theo cách thủ công không còn khả thi nữa.

Tính khả thi của việc thực hiện các tác vụ cấu hình liên quan đến việc mở rộng quy mô theo cách thủ công có thể được giải quyết bằng quá trình khởi động tự động. Việc thêm bộ tải khởi động cần thiết để kích hoạt tự động hóa trong các thiết bị IoT giúp tiết kiệm thời gian và tăng hiệu quả.

Tính bảo mật của giao diện thiết bị có thể được tăng cường bằng cách khởi động cơ sở hạ tầng khóa bảo mật từ xa. Điều này sử dụng các dịch vụ của bên thứ ba để xác thực thiết bị với thiết bị chính và ngược lại. Trong trường hợp này, thiết bị sẽ được gắn một mã nhận dạng duy nhất để hỗ trợ kết nối HTTPS an toàn giữa các thiết bị và giao diện.

4.2. Kiểm soát tốt hơn đường ống dữ liệu IoT

Khối lượng dữ liệu tăng cao do các thiết bị IoT tạo ra đòi hỏi đường truyền dữ liệu có độ trễ thấp, thông lượng cao, cho phép dễ dàng kiểm soát. Điều này sẽ cho phép đưa ra những hiểu biết sâu sắc và suy luận mô hình mà các thuật toán trí tuệ nhân tạo có thể dễ dàng sử dụng, ngay cả ở quy mô lớn.

Việc mở rộng quy mô để bao gồm số lượng thiết bị ngày càng tăng cũng đòi hỏi các đường ống dữ liệu để xử lý dữ liệu tăng đột ngột. Số lượng thiết bị và luồng dữ liệu được kết nối đồng thời sẽ quyết định dung lượng của đường ống dữ liệu.

Việc kiểm soát thích hợp đường truyền dữ liệu sẽ cho phép điều chỉnh theo các thông số trên. Các điểm cuối dịch vụ, hàng đợi tin nhắn và chức năng tính toán luồng phù hợp phải được áp dụng cho đường dẫn.

4.3. Phương pháp tiếp cận ba trục để mở rộng quy mô

Các ứng dụng IoT có thể mở rộng quy mô thông qua các phương pháp dịch vụ web để tăng cường trao đổi thông tin, mã hóa và kiểm soát truy cập. Họ làm như vậy theo ba hướng cơ bản hoặc “trục” – chia tỷ lệ bằng cách nhân bản trên trục X, chia tỷ lệ bằng cách chia tách những thứ khác nhau trên trục Y và chia tỷ lệ bằng cách chia tách những thứ tương tự trên trục Z.

Chia tỷ lệ trục X xác định việc sử dụng nhiều tài nguyên hơn để phân phối nhu cầu khi chúng được nhận trên các máy chủ khác nhau. Những nhu cầu này được phục vụ thông qua các máy chủ có khả năng lưu giữ thông tin trạng thái từ yêu cầu này sang yêu cầu khác. Việc mở rộng quy mô trở nên dễ dàng hơn với các máy chủ như vậy.

Cách tiếp cận trục Y phân bổ vĩnh viễn các nhiệm vụ hiện tại dựa trên sự khác biệt giữa các quy trình liên quan. Chia tỷ lệ theo trục Z có nghĩa là phân bổ các nhiệm vụ khi dữ liệu yêu cầu và phản hồi đến máy chủ. Vì vậy, mô hình khả năng mở rộng theo ba hướng này là lý tưởng cho các hệ thống IoT.

4.4. Kiến trúc vi dịch vụ đáng tin cậy

Trong loại kiến ​​trúc này, các ứng dụng bao gồm các vi xử lý mang tính cá nhân giao tiếp với nhau thông qua các API độc lập với nền tảng. Việc chia từng ứng dụng theo kiến ​​trúc này cho phép khả năng mở rộng IoT dễ dàng quản lý.

Mỗi phân đoạn hoặc đơn vị chức năng của ứng dụng IoT được chia sẽ thực hiện một chức năng riêng biệt. Để có khả năng mở rộng tối ưu, mỗi đơn vị chức năng này phải được biên dịch riêng trước khi chúng được thực thi. Các đơn vị chức năng giao tiếp với nhau một cách có hệ thống cho phép tối ưu hóa đồng thời các ứng dụng IoT.

4.5. Sử dụng nhiều công nghệ lưu trữ dữ liệu

Một hệ thống IoT có nhiều thành phần khác nhau và việc sử dụng các công nghệ lưu trữ dữ liệu khác nhau cho chúng sẽ giúp tăng khả năng mở rộng. Bằng cách phân chia việc lưu trữ dữ liệu được tạo cho từng thành phần, việc mở rộng quy mô sẽ trở thành một quy trình có tổ chức hơn.

Các công nghệ lưu trữ dữ liệu khác nhau cũng sẽ có các phương pháp truy vấn và truy xuất dữ liệu khác nhau. Các kho lưu trữ dữ liệu dung lượng lớn với chi phí thấp như hồ dữ liệu, kho dữ liệu, Hadoop HDFS hoặc lưu trữ blob trên đám mây là những lựa chọn khả thi cho khả năng mở rộng IoT.

Các thuật toán học máy sẽ được áp dụng để truy xuất lượng lớn dữ liệu IoT một cách hiệu quả. Tuân theo kỷ luật thích hợp trong việc xác định sơ đồ dữ liệu được thu thập và lập danh mục, nó sẽ làm sạch dữ liệu cho các thuật toán này.

4.6. Bus sự kiện phân tán

Bus sự kiện phân tán giống như một cơ sở hạ tầng truyền thông phức tạp cho hệ thống IoT của bạn. Thay vì các thành phần riêng lẻ tương tác trực tiếp, chúng trao đổi thông điệp hoặc “sự kiện” trên nền tảng chia sẻ này. Điều này thúc đẩy tính độc lập và linh hoạt, cho phép từng thành phần hoạt động mà không bị liên kết chặt chẽ với các thành phần khác.

Cách tiếp cận này nâng cao khả năng thích ứng và khả năng phục hồi của hệ thống của bạn. Trong trường hợp trục trặc ở một khu vực, nó sẽ ảnh hưởng tối thiểu đến những khu vực khác. Đó là kiến ​​trúc chiến lược nhằm thúc đẩy hoạt động phối hợp và hiệu quả hơn của các thiết bị IoT của bạn.

Việc chọn công nghệ phù hợp cho cơ sở hạ tầng truyền thông này là rất quan trọng. Độ tin cậy và tính đơn giản cần được ưu tiên để đảm bảo trao đổi tin nhắn liền mạch và đáng tin cậy.

4.7. Cơ chế bộ nhớ đệm thông minh

Bộ nhớ đệm thông minh giống như có một hệ thống bộ nhớ thông minh. Thay vì tìm nạp dữ liệu từ điểm lưu trữ trung tâm mọi lúc, thông tin được sử dụng thường xuyên sẽ được lưu trữ một cách chiến lược ở gần nơi cần thiết hơn. Nó giống như có một hệ thống lưu trữ được tổ chức tốt giúp giữ các tệp được truy cập thường xuyên trong tầm tay dễ dàng.

Điều này dẫn đến việc truy xuất dữ liệu nhanh hơn, hệ thống phản hồi nhanh hơn và ít căng thẳng hơn cho trung tâm máy chủ trong thời gian bận rộn. Điều này giống như có một trợ lý cá nhân dự đoán nhu cầu của bạn bằng cách luôn sẵn sàng cung cấp những thông tin được sử dụng nhiều nhất.

Hãy tưởng tượng việc thiết lập trợ lý này quyết định thời gian lưu giữ thông tin sẵn có, đảm bảo nó luôn được cập nhật và đảm bảo không chiếm quá nhiều dung lượng.

4.8. Cơ sở hạ tầng đám mây đàn hồi

Cơ sở hạ tầng đám mây đàn hồi cung cấp khả năng điều chỉnh linh hoạt các tài nguyên được phân bổ cho hệ thống của bạn dựa trên nhu cầu. Nó giống như việc mở rộng hoặc thu hẹp không gian thị trường của bạn một cách kỳ diệu để đáp ứng những biến động trong hoạt động của người dùng.

Tính linh hoạt này đảm bảo việc sử dụng tài nguyên tối ưu, cung cấp chính xác công suất tính toán cần thiết. Đó là một cách tiếp cận hiệu quả về mặt chi phí, tương tự như việc chỉ trả tiền cho những tài nguyên được tiêu thụ trong thời gian cao điểm, giảm thiểu những chi phí không cần thiết.

Cần lập kế hoạch cẩn thận để mở rộng quy mô tài nguyên một cách liền mạch. Đạt được sự cân bằng phù hợp về tốc độ mở rộng quy mô và tối ưu hóa chi phí cũng tương tự như việc có một cách tiếp cận chiến lược về bất động sản, đảm bảo các nguồn lực phù hợp chính xác với nhu cầu của các ứng dụng IoT của bạn.